低溫脅迫下2個烤煙品種幼苗對外源亞精胺的生理響應

蔣朝維 陶軒 楊雷 李洋洋 肖漢乾 張明發 張一揚

摘要： 為探究低溫脅迫下不同品種煙苗對噴/灌施外源亞精胺的生理響應，以烤煙品種K326、湘煙7號為試驗材料，通過人工模擬低溫試驗，待煙苗長出6張葉片時噴施或灌施100 mL 0.4 mmol/L亞精胺溶液，預處理3 d后低溫處理4 d，測定幼苗的生長指標、光合參數、保護酶（SOD、POD、CAT）活性及滲透調節物質含量。結果顯示：（1）與對照相比，2個品種煙苗在低溫脅迫處理后生物量均顯著降低，總體表現為T1>T3>T2、T4 （P<0.05）。（2） 在光合參數指標上，2個品種煙苗均整體表現出灌施效果優于噴施。湘煙7號煙苗灌施（T1）比噴施（T3）處理的氣孔導度顯著提高18.19%，兩者蒸騰速率及凈光合速率無顯著差異，胞間CO2濃度顯著降低3.65%；K326幼苗煙苗灌施（T2）比噴施（T4）處理的蒸騰速率、氣孔導度、凈光合速率分別顯著提高7.99%、16.67%、24.19%，胞間CO2濃度顯著降低1.43%。 （3）在2種施用方式下，湘煙7號幼苗的保護酶活性及滲透調節物質和丙二醛（MDA）含量均整體均優于K326幼苗。灌施處理下湘煙7號幼苗（T1）比K326幼苗（T2）的SOD、POD、CAT活性分別顯著提高了11.54%、16.03%、15.24%；T1處理比T2處理的可溶性糖及脯氨酸含量分別顯著提高11.54%和10.94%，而MDA含量顯著下降23.36%。噴施處理下湘煙7號幼苗（T3）比K326幼苗（T4）抗氧化酶活性分別顯著提高10.14%、9.60%、2.89%；T3處理比T4處理的可溶性糖及脯氨酸含量分別顯著提高10.24%和13.22%，MDA含量顯著降低16.08%。綜上，外源亞精胺噴施或灌施均能不同程度改善K326及湘煙7號幼苗的抗寒能力，尤以湘煙7號灌施效果較佳。

關鍵詞： 低溫逆境；亞精胺；保護酶活性；煙苗耐寒性；施用方式

中圖分類號：S572.01 ?文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）02-0073-05

在全球變暖的大趨勢下，極端天氣頻發［1］。其中，低溫脅迫對農作物產量和品質的影響愈發嚴重［2］。煙草作為重要的經濟作物，在全球范圍內都有廣泛種植及消費；煙草產業涉及到煙草種植、加工、銷售等多個環節，對國家和地區的經濟發展有著重要的貢獻［3］。但煙草原產于熱帶和亞熱帶地區，喜溫作物生長通常對光熱條件十分敏感［4-5］。低溫脅迫不僅影響煙株的光合作用和呼吸作用，還會影響煙株的生長發育，造成葉片發黃、變脆、變形等癥狀，最終嚴重損壞煙葉的產量和品質［6-7］。

亞精胺作為植物生長調節劑之一，被廣泛應用在現代農業作物生產中，不僅能影響植物的激素代謝和信號傳遞，促進根系發育，提高葉片光合效率，延緩衰老及增強種子活力等，還可通過增強植物活性氧清除效率及進一步激活抗氧化酶系統來提高作物的抗逆性，如抗寒、抗旱、抗鹽堿及抗病性等［8-16］。因此，對于極易遭遇“倒春寒”等低溫冷害的部分煙區，探究外源物的施用方式與煙草品種響應低溫脅迫的生理機制具有重要的生產意義。前人研究多集中在外源物質的種類及濃度對調控煙苗抗寒性的影響。本研究通過人工模擬低溫試驗，設定亞精胺的不同施用方式，探究低溫脅迫下烤煙品種K326、湘煙7號幼苗的生物量和生理生化指標的變化情況，以期為烤煙栽培生產提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2022年6月至10月在湖南農業大學生命科學樓煙草科學與健康重點實驗室完成。供試烤煙品種為冷敏感型K326、較耐冷型湘煙7號。供試藥品亞精胺，購自湖南佰歐樂生物有限科技公司。

1.2 試驗設計

選取包衣完整的烤煙種子播于32孔育苗穴盤，每穴2粒，待基質吸滿水分使包衣充分裂解后，置于晝/夜溫度為28 ℃/20 ℃、光—暗周期為15 h—9 h、相對濕度為75%、光照度為7 000 lx的人工培養房催芽7 d后，去除未發芽或長勢差的種子以保證每穴1株，每隔3 d補施1/5霍格蘭營養液至穴盤1/3刻度處。待煙苗長出6張葉片時，挑選長勢一致的煙苗，于每天17：00用100 mL 0.4 mmol/L亞精胺溶液灌根（且地上部噴施同等體積清水）或葉施（地下部根施同等體積去離子水）。經預處理3 d后，將處理煙苗轉移至4 ℃的人工氣候培養箱，其余條件保持不變，每個處理32株，重復3次，以蒸餾水作對照（CK）處理，低溫處理3 d后，進行取樣測定各指標。試驗設計詳見表1。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 幼苗生長指標測定

每個處理隨機選取10株幼苗，測量最大葉長、葉寬，計算最大葉面積；稱量地上部、地下部鮮質量后，于105 ℃殺青20 min，再于65 ℃烘干至恒質量，稱量地上部、地下部干質量，計算根冠比。

1.3.2 幼苗生理指標測定

使用Li-Cor便攜式光合儀測蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）、胞間濃度（Ci）、凈光合速率（Pn）。

可溶性糖含量、保護酶（SOD、POD、CAT）活性及脯氨酸含量測定參照高俊鳳的方法［17］，丙二醛（MDA）含量測定參照張志良等的方法［18］。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2019及SPSS 26.0軟件整理分析數據，采用GraphPad Prism 8.0繪圖。

2 結果與分析

2.1 亞精胺噴/灌施對低溫脅迫下烤煙幼苗生物量的影響

由表2可知，低溫脅迫顯著抑制了烤煙幼苗葉片生長及干物質量積累。常溫下，噴施或灌施 0.4 mmol/L 亞精胺處理（CK1、CK2、CK3、CK4）的最大葉面積、地上部干質量、地下部干質量及根冠比無顯著差異。但在正常溫度下，湘煙7號幼苗的地上部鮮質量在噴施處理（CK3）下比灌施處理（CK1）顯著提高了7.13%，K326幼苗噴施處理（CK4）比灌施處理（CK2）的地上部鮮質量提高了23.01%。低溫脅迫下，噴施或灌施亞精胺處理的最大葉面積、地上部和地下部鮮質量、地上部和地下部干質量及根冠比表現為T1>T3>T2、T4，湘煙7號幼苗灌施（T1）的最大葉面積、地下部鮮質量、地上部干質量、地下部干質量、根冠比比噴施處理（T3）分別顯著提高5.89%、7.69%、4.55%、33.33%、25.00%；K326幼苗灌施處理（T2）比噴施處理（T4）的生物量分別提高0.84%、7.25%、3.05%、5.05%，而地下部干質量與根冠比在兩處理間（T2和T4）間無差異。初步表明，亞精胺灌施對促進低溫脅迫下烤煙幼苗生長量的效果優于噴施，且對湘煙7號生物量的提高效果更為顯著。

2.2 亞精胺噴/灌施對低溫脅迫下烤煙幼苗光合性能參數的影響

由表3可知，與常溫對照相比，低溫脅迫導致K326、湘煙7號煙苗胞間CO2濃度顯著升高，蒸騰速率、氣孔導度、凈光合速率顯著降低。對同種幼苗而言，灌施處理效果均優于噴施。湘煙7號煙苗灌施（T1）的氣孔導度比噴施處理（T3）顯著提高18.19%，胞間CO2濃度比噴施顯著減小3.65%，但兩者在蒸騰速率、凈光合速率上無顯著差異；K326幼苗煙苗灌施（T2）比噴施處理（T4）的蒸騰速率、氣孔導度、凈光合速率分別顯著提高7.99%、16.67%、24.19%，胞間CO2濃度顯著降低1.43%。對同種施用方式來說，湘煙7號整體耐寒表現要優于K326。灌施處理下，湘煙7號幼苗（T1）的蒸騰速率、氣孔導度、凈光合速率分別比K326幼苗（T2）顯著提高9.18%、39.29%、26.22%，胞間CO2濃度顯著降低5.14%。噴施處理下，湘煙7號幼苗（T3）各光合指標分別比K326幼苗（T4）顯著提高14.05%、37.5%、55.34%，T3胞間CO2濃度較T4顯著降低2.95%。

2.3 亞精胺噴/灌施對低溫脅迫下烤煙幼苗滲透調節物質及MDA含量的影響

由圖1可見，與常溫對照相比，經低溫脅迫處理后，煙苗體內可溶性糖、丙二醛（MDA）、脯氨酸含量均顯著增加。低溫下，通過對同一煙苗在不同施用處理下相比，湘煙7號幼苗灌施（T1）的脯氨酸含量較噴施處理（T3）顯著提高3.65%，MDA含量較T3顯著降低12.50%，兩者的可溶性糖含量無顯著差異；K326幼苗灌施（T2）和噴施（T4）處理在可溶性糖含量上無顯著差異，在丙二醛含量及脯氨酸含量上差異顯著，T2處理脯氨酸含量較T4處理顯著提高5.79%，丙二醛含量顯著降低4.38%。在同一施用方式下，湘煙7號幼苗整體效果優于K326幼苗。湘煙7號灌施處理（T1）的可溶性糖、脯氨酸含量分別比K326灌施處理（T2）顯著提高11.54%、10.94%，MDA含量顯著降低23.36%；湘煙7號噴施處理（T3）的可溶性糖、脯氨酸含量分別比K326幼苗噴施（T4）分別顯著提高10.24%、13.22%，MDA含量顯著降低16.08%。

2.4 亞精胺噴/灌施對低溫脅迫下烤煙幼苗保護酶活性的影響

由圖2可知，常溫下各處理對煙苗體內的3種保護酶（SOD、POD、CAT）活性影響無顯著差異。在經歷低溫脅迫后，各處理煙苗的SOD、POD、CAT活性均顯著增強。在相同施用方式下，湘煙7號幼苗的保護酶活性均整體均優于K326幼苗。灌施處理下湘煙7號幼苗（T1）比K326幼苗（T2）的SOD、POD、CAT活性分別顯著提高11.54%、16.03%、15.24%；噴施處理下湘煙7號幼苗（T3）比K326幼苗（T4）抗氧化酶活性分別顯著提高10.14%、9.60%、2.89%。對同一品種煙苗而言，灌施效果要優于噴施。湘煙7號灌施處理（T1）的SOD、POD、CAT活性分別較噴施處理（T3）顯著提高6.04%、9.63%、7.19%；K326幼苗灌施處理（T2）的SOD活性較噴施處理（T4）顯著提高4.71%，而其POD及CAT活性差異不顯著。初步表明，灌施處理對保護酶的活性增強效果優于噴施處理，且以湘煙7號表現更佳。

3 討論

當植物遭受低溫逆境時，施用外源植物生長調節劑是緩解脅迫傷害的重要農業管理措施之一［19］。相關研究表明，通過灌施與噴施多胺，作用于地下部或地上部器官直接被植物吸收利用，可大大提高植物體內的多胺含量［20］。但同一作物對亞精胺的吸收轉化和利用效率因品種特性或生長時期各異，導致不同品種對亞精胺施用方式的響應效果不盡相同［21］?？緹熡酌绲母晌镔|量、最大葉面積、根冠比等均可作為判定幼苗質量的重要標準。本研究中，噴施及灌施亞精胺均能不同程度地改善低溫脅迫下烤煙幼苗的農藝性狀；對于同種煙苗來說，灌施效果整體優于噴施，湘煙7號幼苗灌施（T1）的最大葉面積、地下部鮮質量、地上部干質量、地下部干質量、根冠比分別比噴施（T3）顯著提高5.89%、7.69%、4.55%、33.33%、25.00%，這與張永平等發現適宜濃度的外源亞精胺有利于改善甜瓜幼苗生長發育的研究結果［22］相似；但最佳濃度不一致，這主要是由于作物品種不同而表現各異。光合作用作為植物體內最重要的代謝過程之一，不僅能為作物各器官的建成提供能量和物質，也是農業高產優質的根本保證，但此過程極易受溫度影響。低溫下，植物光合色素合成酶活性受到抑制，光合色素的合成及保護能力均被減弱，且低溫使得葉綠體膜組分改變，光合電子傳遞受阻，從而影響ATP、NADPH等的產生，進而導致植物生長發育受到抑制［23-25］。本研究在低溫脅迫下，與噴施處理相比，K326灌施亞精胺的幼苗葉片在低溫脅迫下蒸騰速率、氣孔導度、凈光合速率均得到顯著改善，胞間CO2濃度顯著減小，而湘煙7號灌施處理下僅在氣孔導度及胞間CO2濃度上存在顯著差異，蒸騰速率和凈光合速率差異不顯著，表明外源亞精胺能有效改善葉綠體的光合特性，并緩解低溫下非氣孔因素對凈光合速率的抑制作用，這與魏曉凱等的研究結果［26］一致，且以灌施處理改善效果較好，說明灌施亞精胺對烤煙幼苗葉片的葉綠體結構起到良好的保護作用?；钚匝踉谡４x過程中是必需的，但低溫脅迫會導致細胞積累過量活性氧自由基等有毒物質，嚴重破壞細胞的正常生理代謝功能［27］。因此，植物通過調控保護酶活性及滲透調節物質含量（如脯氨酸和可溶性糖含量等）清除活性氧，緩解低溫冷害造成的細胞損傷［28］。本研究中，通過對同一煙苗在不同施用方式下相比，湘煙7號幼苗灌施（T1）較噴施（T3）及K326幼苗灌施（T2）較噴施處理（T4）的脯氨酸含量均得到顯著提高，MDA含量顯著降低，但不同施用方式對同一品種煙苗的可溶性糖含量影響不顯著。而在在同一施用方式下，湘煙7號幼苗整體效果優于K326幼苗，這在保護酶活性方面也取得了同樣的結果。灌施處理下湘煙7號幼苗（T1）比K326幼苗（T2）的SOD、POD、CAT活性分別顯著提高11.54%、16.03%、15.24%。對同一品種煙苗而言，灌施效果整體要優于噴施。湘煙7號灌施處理（T1）的SOD、POD、CAT活性分別較噴施處理（T3）顯著提高6.04%、9.63%、7.19%；K326幼苗灌施處理（T2）的SOD活性較噴施處理（T4）顯著提高4.71%，而其POD及CAT活性差異不顯著。初步表明，灌施處理對保護酶的活性增強效果優于噴施處理，且以湘煙7號表現更佳。 這可能是由于外源亞精胺對保護酶活性及滲透調節物質含量的調控效應因煙苗品種而異。湘煙7號在低溫環境下生長更為穩定，能夠快速通過調節生理代謝和形態結構等方式適應低溫環境的影響，從而保持生長和發育的正常進行［29］。植株體內較高含量的脯氨酸能夠誘導細胞內保護酶活性及含量增加，從而啟動幼苗抗寒生理機制，及時清除過量自由基及丙二醛，可溶性糖可與水分子結合以調節細胞滲透勢，緩解低溫脅迫對自身的傷害［30-31］。

4 結論

綜上，灌施或噴施0.4 mmol/L亞精胺均能不同程度緩解K326、湘煙7號煙苗遭受低溫脅迫的傷害程度，增強幼苗保護酶活性，提高脯氨酸含量，并降低丙二醛含量，一定程度改善光合特性，從而提高烤煙幼苗的御寒潛能，尤以湘煙7號灌施效果較佳。

參考文獻：

［1］ 殷 聰，楊 飛. “一帶一路”區域極端氣候事件變化及其對典型農業區生長季的影響［J］. 中國農業氣象，2021，42（6）：463-474.

［2］陳英英，王雅新，陳正洪，等. 鄂西煙草種植區氣象災害的時空變化分析［J］. 華中農業大學學報，2023，42（2）：186-193.

［3］閆新甫，孔勁松，羅安娜，等. 近20年全國烤煙產區種植規模消長變化分析［J］. 中國煙草科學，2021，42（4）：92-101.

［4］黎旺姐，李 勇，張 剛，等. 不同生長溫度對煙草葉片游離氨基酸含量及脯氨酸和苯丙氨酸代謝的影響［J］. 基因組學與應用生物學，2017，36（3）：1043-1054.

［5］楊利云，段勝智，李軍營，等. 不同溫度對煙草生長發育及光合作用的影響［J］. 西北植物學報，2017，37（2）：330-338.

［6］鄒 平，楊 霞，云 龍，等. 巨藻Lessonia nigrescens巖藻多糖對煙草幼苗低溫脅迫的緩解效應［J］. 山東農業科學，2022，54（12）：97-103.

［7］Li J A，Muneer M A，Sun A H，et al. Magnesium application improves the morphology，nutrients uptake，photosynthetic traits，and quality of tobacco （Nicotiana tabacum L.） under cold stress［J］. Frontiers in Plant Science，2023，14：1078128.

［8］Wang Y，Wang G J，Zheng Y T，et al. Polyamines are involved in chilling tolerance in tobacco （Nicotiana tabacum） seedlings［J］. Plant Growth Regulation，2019，89（2）：153-166.

［9］張碧茹，米俊珍，趙寶平，等. 亞精胺浸種對燕麥種子萌發期的耐鹽性影響研究［J］. 種子，2022，41（6）：107-111.

［10］ 海 霞，米俊珍，趙寶平，等. 外源亞精胺對鹽脅迫下燕麥幼苗生長及生理特性的影響［J］. 西北植物學報，2021，41（6）：1003-1011.

［11］吳亞勝，郭世榮，張 杰，等. 亞精胺和叢枝菌根真菌對黃瓜生長的影響［J］. 應用生態學報，2018，29（3）：891-898.

［12］李 佳. 多胺和乙烯對小麥弱勢籽粒灌漿的影響及其機理［D］. 楊凌：西北農林科技大學，2017：3-7.

［13］楊 楓，陳傳武，范七君，等. 溫度和多胺對柑橘潰瘍病發生的影響及作用機制［J］. 中國農業科學，2018，51（10）：1899-1907.

［14］劉新婷，閻 寧，李 雯，等. 亞精胺處理對采后番木瓜果實質地及成熟衰老的影響［J］. 熱帶作物學報，2020，41（2）：378-385.

［15］劉書錦，黃益宗，李 顏，等. 外源亞精胺對水稻吸收積累鎘砷的影響［J］. 農業環境科學學報，2020，39（10）：2172-2180.

［16］余琦隆，韓瑩琰，郝敬虹，等. 外源亞精胺對高溫脅迫下生菜氮代謝的影響［J］. 中國農業科學，2022，55（7）：1399-1410.

［17］高俊鳳. 植物生理學實驗指導［M］. 北京：高等教育出版社，2006：210-218，228.

［18］張志良，瞿偉菁，李小方. 植物生理學實驗指導［M］. 4版.北京：高等教育出版社，2009：154.

［19］胡振陽，程 宏，盧 臣，等. 施氮量和植物生長調節劑對優質稻抗倒能力及產量的調控效應［J］. 江蘇農業科學，2021，49（6）：52-60.

［20］王文娟，師尚禮，何 龍，等. 干旱脅迫下多胺在植物體內的積累及其作用［J］. 草業學報，2023，32（6）：186-202.

［21］石 碩，宋思豪，遆月迎，等. 外源亞精胺處理方式對鹽脅迫下草莓生理生化的影響［J］. 北京農學院學報，2022，37（4）：32-36.

［22］張永平，許 爽，楊少軍，等. 外源亞精胺對低溫脅迫下甜瓜幼苗生長和抗氧化系統的影響［J］. 植物生理學報，2017，53（6）：1087-1096.

［23］ 胡晨曦，李子恒，張云虹，等. 低溫弱光對不同品種辣椒幼苗生長和光合特性的影響［J］. 福建農業學報，2022，37（5）：617-625.

［24］關思慧，柴亞倩，崔洪鑫，等. 低溫脅迫對2個石榴品種幼苗光合參數和生理特性的影響［J］. 果樹學報，2023，40（5）：946-958.

［25］鄭友峰，陳家蘭，肖 昉，等. 不同溫度對莧菜光合特性及光合作用相關基因表達的影響［J］. 植物資源與環境學報，2022，31? ? ?????（5）：50-57.

［26］魏曉凱，何佶弦，俞世康，等. 外源亞精胺對低溫脅迫下煙草種子萌發及幼苗生理特性的影響［J］. 江蘇農業科學，2022，50（7）：94-99.

［27］唐 露，朱博為，喬 飛，等. 外源甜菜堿對滲透脅迫下巴西蕉幼苗生長和生理的影響［J］. 西南林業大學學報（自然科學），2023，43（2）：26-34.

［28］徐青山，張均華，魏倩倩，等. 乙烯通過調控氧化還原水平和耐冷基因表達提高早稻秧苗耐低溫脅迫能力［J］. 土壤，2023，55（1）：153-160.

［29］胡日生，向世鵬，蒲文宣，等. 烤煙新品種湘煙7號的選育及其特征特性［J］. 中國煙草科學，2022，43（4）：1-5.

［30］毛林鮮，朱蕓琦，吳美麗，等. 低溫脅迫對3種蕨類植物生理指標的影響［J］. 西南農業學報，2022，35（12）：2772-2779.

［31］曾洪學，屈興紅. 葛藤對低溫脅迫的生長和生理生化響應［J］. 北方園藝，2022（18）：109-116.

收 稿日期：2023-04-01

基金項目：湖南省煙草公司重點資助項目（編號： HN2022KJ06）。

作者簡介：蔣朝維（1997—），女，湖南邵陽人，碩士研究生，研究方向為烤煙栽培生理。E-mail：920871836@qq.com。

通信作者：張一揚，碩士，副教授，主要從事煙葉生產技術研究與教學工作。E-mail：cnhncs@163.com。