干旱脅迫后復水對烤煙的農藝性狀及內源保護酶活性的影響

黃 婷，周冀衡，張 卓，劉曉穎，李 強，李鵬飛，邱 堯，高遲鑾；黃邵理

（1.湖南農業大學生物科學技術學院，湖南 長沙 410128；2.湖南農業大學煙草研究院，湖南 長沙410128；3.云南省煙草公司文山州公司，云南 文山 663000）

干旱一直以來都是植物生存的主要逆境因子之一，直接制約著植物的正常生長發育以及產量的提高。植株對干旱脅迫的響應是一個復雜而系統的生理生化過程，并已形成了受遺傳性制約的適應機制[1]。例如，植株體內的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）能清除植株在干旱脅迫下所產生的活性氧，使植物膜免受活性氧的傷害[2-3]。

近年來，煙草在干旱脅迫下的應對機制及其抗旱機理已有較多研究，并取得了一定的進展[4-5]。袁有波等[6]和覃鵬等[7]的研究表明，不同時期和不同程度的干旱脅迫會對煙草葉片三大保護酶的活性產生影響。但過去的研究主要集中在脅迫期間的變化及影響，而對干旱脅迫后復水條件下煙葉的生長及保護酶系的恢復情況研究較少。

紅花大金元和K 326是我國烤煙種植的主要品種，也是卷煙工業的主要原料。因此，試驗以紅花大金元和K 326這兩個不同烤煙品種為材料，研究在不同程度干旱脅迫后復水處理對烤煙農藝性狀及保護酶系活性的影響，以期為逆境后烤煙的恢復提供指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗于2013年在湖南農業大學煙草基地防雨大棚內進行，供試烤煙品種為K 326和紅花大金元（湖南農業大學煙草研究院），供試花盆為聚乙烯塑料盆（市購），供試土壤為黃棕壤。

1.2 試驗設計

采用盆栽試驗，選取K 326和紅花大金元長勢良好、形態較一致的5葉期煙苗，于4月15日將煙苗移栽到花盆中，裝干土2 kg/盆，在移栽還苗期保持土壤相對含水率在75%~85%之間。還苗后（即移栽后第15天）進行控水處理，試驗設置4個不同的干旱脅迫：T1，正常供水，使土壤相對含水量控制在80%左右，作對照（CK）；T2，輕度干旱，保持土壤相對含水量在65%左右；T3，中度干旱，保持土壤相對含水量在50%左右；T4，重度干旱，保持土壤相對含水量在35%左右，每天定期監測盆栽土壤的水分含量，各處理干旱脅迫水平持續30 d左右,每個處理6次重復。

除水分管理外，其余栽培管理均按照正常煙葉生產技術規程進行。各處理脅迫結束后第1天開始復水，每2 d進行一次復水處理，按正常供水量澆水。

1.3 測定項目及數據分析

在干旱脅迫的第30天以及復水的第1、4、8天對煙株進行株高、莖圍的測定；同時采摘煙株頂端以下的第5片葉（避開主脈）測定其葉長、葉寬以及SOD、POD和CAT活性；每項指標重復測定3次，取其平均值。烤煙農藝性狀采用常規方法測定，SOD、POD和CAT的活性分別采用鄒琦、愈創木酚法和李忠光的方法[8-10]測定。數據采用Excel 2007和DPS統計分析軟件進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 復水對不同干旱脅迫下K326和紅花大金元煙葉生長的影響

煙葉農藝性狀能反應出各處理煙葉的生長情況。從表1和表2中看出，脅迫結束后，干旱處理烤煙的農藝性狀均比對照烤煙的差，且差異極顯著，這說明干旱脅迫不同程度地影響了烤煙的生長。復水后，各處理烤煙的生長情況均獲得一定程度的恢復。到復水的第8天，K 326處理2的煙株各項指標均已恢復到同期對照煙株的90%以上，而處理4煙株各項指標只恢復到同期對照煙株的75%左右；紅花大金元處理2的煙株各項指標恢復到同期對照煙株的85%左右，而處理4的煙株各項指標只恢復到同期對照煙株的60%左右。

表1 不同干旱脅迫復水后K326煙株的農藝性狀Table 1 The agronom ic traits of K 326 tobacco p lant under different drought stress and after re-watering （cm）

表2 不同干旱脅迫復水后紅花大金元煙株的農藝性狀Table 2 The agronom ic traits of HD tobacco plant under different drought stress and after re-watering （cm）

由此可見，復水處理有助于緩解干旱脅迫對煙株造成的傷害，同時恢復烤煙的正常生長發育；但是，隨著干旱程度的加劇，煙株的生長恢復效果變差，所需復水處理的時間變長。同時，從品種來看，K 326復水后煙株的生長恢復速度和效果均優于紅花大金元。

2.2 復水對不同干旱脅迫下K326和紅花大金元煙葉SOD活性的影響

由圖1和圖2可知，脅迫結束時，K326和紅花大金元干旱處理的SOD活性均大于對照，且差異極顯著。這說明在干旱脅迫下，烤煙通過提高SOD活性，加快活性氧清除速度，來適應干旱環境。復水的第1天，除對照外，其他處理煙葉的SOD活性都開始下降；其中，K 326的處理2和處理3以及紅花大金元的處理2，其煙葉的SOD活性均已接近對照煙株的水平，但兩個品種處理4煙株的SOD活性仍分別是同期對照煙葉的1.16倍和1.58倍。隨著復水處理的繼續，在第4天 時，K 326的處理4和紅花大金元的處理3，其煙葉的SOD也已經接近對照煙株的水平，而紅花大金元處理4煙葉的SOD活性仍是對照煙株的1.22倍；到復水的第8天，紅花大金元處理4煙葉的SOD活性仍未恢復到對照煙株的水平。這可能是因為處理4的干旱脅迫較為嚴重，導致植株受到不可逆的傷害，其SOD活性已超出了保護膜系統所能承受的范圍。

圖1 不同干旱脅迫復水后K326煙葉SOD活性變化Fig.1 Changes of SOD activity in K 326 tobacco leaf under different d rought stress and after re-watering

由此可見，復水有助于煙葉SOD活性的恢復，但隨著干旱程度的加劇，可能會對煙株SOD造成無法恢復的損害。

2.3 復水對不同干旱脅迫下K326和紅花大金元煙葉POD活性的影響

由圖3和圖4可知，在干旱脅迫結束后，K326和紅花大金元各處理的POD活性變化與SOD的基本一致，干旱處理POD活性均高于對照；隨著干旱程度的加劇，POD的活性越來越高，且與對照處理差異極顯著。復水開始后，K 326和紅花大金元干旱處理的POD活性開始下降，復水的第1天，K 326的處理2和處理3以及紅花大金元的處理2 ，其煙葉的POD活性迅速下降到接近對照煙株的水平，但處理4煙葉的POD活性則分別是同期對照煙株的3.27倍和2.34倍；復水的第4天，K326的處理4和紅花大金元的處理3，其煙葉的POD活性已接近對照煙株的水平，但紅花大金元處理4的煙葉POD活性仍是對照的1.59倍；復水的第8天，紅花大金元處理4煙葉的POD活性也已經恢復到CK水平。這表明在不同干旱程度下，兩個品種的POD活性在復水后均能較好地恢復到對照處理的水平。

2.4 復水對不同干旱脅迫下K326和紅花大金元煙葉CAT活性的影響

圖3 不同干旱脅迫復水后K326煙葉POD活性變化Fig.3 Changes of POD activity in K 326 tobacco leaf under different d rought stress and after re-watering

由圖5和圖6可知，干旱脅迫結束時，CAT活性變化與SOD和POD的活性變化不同，干旱處理的CAT活性均低于對照處理，且干旱程度越嚴重，CAT活性越低。復水開始后，除對照外，其他處理煙葉的CAT活性開始上升。復水的第1天，K326的處理2和處理3以及紅花大金元的處理2，其煙葉的CAT活性已經明顯恢復到對照煙株的水平，而處理4的CAT活性則分別為同期對照煙株的22.81%和20.39%。隨著復水處理的繼續，在第4天，K326的處理4和紅花大金元的處理3 ，其煙葉的CAT活性已恢復到對照煙株的水平，而紅花大金元處理4煙葉的CAT活性已經上升到對照煙株的83.05%；到第8天，紅花大金元處理4煙葉的CAT活性也上升到接近對照煙株的水平。這說明兩個品種烤煙的CAT活性在脅迫后通過復水能恢復到接近正常水平。

3 結論與討論

試驗結果表明，烤煙K 326和紅花大金元在干旱脅迫后通過復水處理能使其生長和保護酶活性得到一定程度的恢復，但是隨著干旱程度的加劇，兩個品種煙葉的生長和保護酶活性在復水后恢復所需的時間也越來越長；而且干旱加劇到一定程度，可能會給煙葉保護酶系統造成難以恢復的損害。SOD、POD和CAT是植物細胞抵御活性氧傷害的重要保護酶，當植物受到干旱脅迫時，會通過改變其活性達到自我保護和減少傷害的目的。在復水處理后，這3種保護酶活性基本都能恢復到正常水平，這表明因活性氧引起的膜脂過氧化和氧化還原平衡紊亂得到了修復；但是隨著干旱程度的加劇，保護酶活性的恢復越來越困難，所需的時間也越來越長，并且當干旱加劇到一定程度時，有可能使煙葉的保護酶功能喪失。

對比K 326和紅花大金元兩個品種在相同程度的干旱脅迫下復水后的生長狀況和保護酶活性的變化，可以發現K 326的生長和保護酶活性恢復速度總體上要比紅花大金元的快，特別是在處理4的情況下，K326煙株的生長狀況在復水第8天就已恢復到同期對照煙株的80%左右，其保護酶活性在復水的第4天就恢復到了對照煙株的水平，而紅花大金元煙株在復水第8天時保護酶活性才基本接近對照煙株的水平。這表明K 326的抗旱性要優于紅花大金元，且抗旱性強的品種（K 326）保護酶在復水后的恢復速度要快于抗旱性弱（紅花大金元）的品種，這與張靜等[11]和陳恒旺等[12]的研究結果基本一致。

綜上所述，上述結果可為煙草在干旱脅迫后的“傷害—修復—補償”機制以及烤煙品種的抗逆性篩選等研究提供一定的依據。同時，試驗發現復水后的K326保護酶系的恢復能力優于紅花大金元，表明K326品種對干旱地區適應性更強，可為煙區品種的優化布局提供參考。但是，研究采用的是盆栽試驗，且僅以K 326和紅花大金元兩個品種為研究對象，因此煙株在大田環境中的干旱脅迫表現以及其他烤煙品種是否也存在類似現象還得進一步研究。

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