氯脅迫下水凝膠用量對煙苗生長發育和抗氧化酶活性的影響

摘要：為緩解氯脅迫對煙苗生長發育的不利影響，本試驗以水凝膠為材料，設置5個處理即CK（不施KCI和水凝膠）、CK1（1.15 g KCl/盆+0 g水凝膠）、T1（1.15 g KCl/盆+1 g水凝膠／盆）、T2（1.15 g KCl/盆+3 g水凝膠／盆）和T3（1.15 g KCl/盆+5 g水凝膠／盆），研究氯脅迫下施用水凝膠對煙苗生長發育、抗氧化系統和常規化學成分的影響。結果表明，隨著水凝膠用量增加，煙苗氯含量呈下降趨勢，T2、T3處理煙苗氯含量較CK1分別降低21.35%和30.62%；T2處理煙苗地上部地下部鮮重、地上部地下部干重較CK1分別提高16. 90%、20. 29%、20.00%和30.93%，T3處理煙苗地上部地下部鮮重、地上部地下部干重較CK1分別提高27. 70%、22.46%、30.77%和37. 11%；T2、T3處理煙苗光合速率較CK1分別提高29.23%、41.78%；T2處理煙苗過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性以及丙二醛（MDA）含量較CK1分別降低19.30%、22. 11%、12.98%和13. 25%，T3處理煙苗CAT、POD、SOD活性以及MDA含量較CK1分別降低19. 91%、21.59%、21. 13%和20.33%；T2、T3處理有效提高氯脅迫下煙苗煙堿、總糖、還原糖含量和鉀氯比。綜上可見，施用水凝膠可有效緩解氯脅迫對煙苗的不利影響，促進煙苗生長發育。

關鍵詞：水凝膠；氯脅迫；煙苗；生長發育；抗氧化酶活性

中圖分類號：S572 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024） 10-0080-06

我國北方煙區土壤氯含量較高，煙草對氯素營養又較為敏感，因此極易吸收土壤中的氯元素而積累在煙葉中，導致國內一些煙區的煙葉氯含量過高，而過量的氯會限制煙株生長、降低煙葉質量、影響卷煙吸食品質等。水凝膠又稱強吸水性樹脂或者強吸水保濕劑，是一種具有超強吸水持水能力的新型高分子網狀材料。水凝膠在吸水的同時還能夠通過溶脹與成鍵作用將溶液中的離子包裹固定，具備離子吸附的性能。因此，針對植煙土壤中氯含量過高這一現象，利用水凝膠自身的離子吸附性能，可以有效吸附、包裹土壤中的氯離子，緩解土壤氯含量過高對煙草的不利影響。

近年來大量研究表明，水凝膠可以有效吸附氯離子，降低環境中的氯含量。吳嘉茵等研制出新型納米纖維素水凝膠并對其氯離子的吸附效應進行研究，發現其對Cl-有良好的熒光淬滅效應。張用吉等研制出PVP/石墨烯復合材料并將其用于吸附水中氯離子，結果顯示其對氯離子的吸附量達到400 mg/g。梅雅楠等研究水凝膠對旱地土壤養分和烤煙質量的影響發現，水凝膠能有效降低烤后煙葉中的氯含量。目前，煙草上關于水凝膠的研究多集中在抗旱和重金屬吸附等方面，而水凝膠在緩解煙草氯脅迫方面的研究鮮有報道。為此，本試驗基于水凝膠對離子的吸附性能，研究不同用量水凝膠對氯脅迫下煙苗生長發育的影響，旨在為緩解煙苗氯脅迫提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試烤煙品種為K326。水凝膠為市售“可信的”牌商用水凝膠（聚丙烯酰胺）。KCl（AR）為天津光復科技發展有限公司產品。風干土（過40目篩）取自河南農業大學許昌校區，有機質含量為19.09 g/kg、堿解氮74.70 mg/kg、有效磷8.70mg/kg、速效鉀114.50 mg/kg、水溶性氯24. 80mg/kg，pH值7.6。

1.2 試驗設計與方法

將無菌K326煙草種子均勻播撒在經過消毒處理的漂浮育苗盤的基質中，置于河南農業大學煙草學院國家煙草栽培生理生化研究基地中心實驗室光照培養架中25℃條件下培養，保證有充足水分。當煙苗生長到3片幼葉時，用Hoagland營養液繼續培養至4片真葉，營養液每周更換2次。

試驗設計如表1所示。選取長勢一致的強壯幼苗從育苗盤中連基質一起拔出（2022年5月8日），移栽到塑料盆（直徑X高= 16.5 cm×9.8 cm）中。每處理植煙4盆，每盆1株，重復3次。移栽前，將KCl、水凝膠與風干土混合均勻裝入塑料盆，移栽后煙苗置于光照培養架上培養。培養條件為：光照強度4 000 lx，平均光照12 h/d，每盆2d澆水50 mL，10 d（2022年5月18日）后每盆2d澆水100 mL。煙苗移栽21 d（2022年5月29日）時取樣進行指標測定。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 生物量測定

采用Zhang等的方法測定煙苗生物量。

1.3.2 葉片光合速率測定

參照More等的方法，采用11- 6400型光合儀對煙苗葉片凈光合速率（Pn）進行測定。

1.3.3 葉片丙二醛含量和抗氧化酶活性測定

參考李合生所著《植物生理生化實驗原理和技術》中的方法測定。其中，SOD活性采用氮藍四唑光還原法測定，POD活性用愈創木酚法測定，CAT活性采用紫外分光光度法測定，MDA含量采用硫代巴比妥法測定。

1.3.4 煙葉常規化學成分測定

將烘干后的煙葉磨碎并過60目篩，采用《煙草及煙草制品氯的測定 連續流動法》（YC/T 162-2011）中的方法測定。

1.4 數據處理與分析

所有數據均通過Microsoft Excel 2016和IBMStatistics SPSS 20.0軟件進行統計分析，用Mi-crosoft Excel作圖，多重比較采用Duncan's法。

2 結果與分析

2.1 不同水凝膠用量對氯脅迫下煙苗氯含量的影響

由圖1可知，氯脅迫下（CK1）煙苗氯含量顯著高于CK。與CK1相比，T1、T2和T3處理由于施加不同用量的水凝膠，其煙葉氯含量均顯著下降，且隨水凝膠施用量的增加降幅增大，分別降低10.67%、21. 35%和30. 62%。這可能是由于隨著水凝膠用量增加其對土壤中氯離子的吸附量增大進而減少煙株可吸收的氯含量所致。

2.2 不同水凝膠用量對氯脅迫下煙苗單株生物量的影響

由表2可知，氯脅迫限制煙苗的生物量積累，CK1煙苗地上部鮮重、地上部地下部干重都顯著低于CK。T1、T2、T3處理煙苗生物量隨水凝膠用量增加呈現出增加趨勢。相較于CK1，T1處理煙苗地上部地下部鮮重、地上部地下部干重分別增加3.32%、6.52%、4.62%和13.40%；T2處理煙苗地上部地下部鮮重、地上部地下部干重分別增加16.90%、20.29%、20. 00%和30. 93%；T3處理煙苗地上部地下部鮮重、地上部地下部干重分別增加27 .70%、22. 46%、30. 77%和37.11%?？梢?，水凝膠能緩解氯脅迫對煙苗生長的抑制作用。

2.3 不同水凝膠用量對氯脅迫下煙苗光合速率的影響

氯是構成煙草葉綠體和光合反應中輔酶的不可或缺的元素，但氯含量過高則會導致植物光系統Ⅱ遭受破壞，降低光合速率。由圖2可知，CK1煙苗的凈光合速率顯著低于CK，施用水凝膠后，煙苗的光合速率顯著提高，與CK1相比，T1、T2、T3處理分別升高11.67%、29.23%和41 .78%。這可能是由于施用水凝膠降低了氯脅迫下煙葉氯含量，進而緩解氯對煙苗光合的抑制作用。

2.4 不同水凝膠用量對氯脅迫下煙苗MDA含量的影響

MDA是植物細胞膜脂過氧化最主要的產物之一，MDA含量升高，說明植物細胞膜受到氧化損傷，其含量越高，破壞程度越大。由圖3可知，氯脅迫下（CK1）煙苗MDA含量顯著升高，較CK提高14.48%，而T2和T3處理煙苗MDA含量顯著低于CK1，分別降低13.25%和20.33%。

2.5 不同水凝膠用量對氯脅迫下煙苗抗氧化酶活性的影響

氯脅迫會誘導植物抗氧化酶活性升高，以清除體內過量積累的活性氧。由圖4可知，CK1煙苗SOD、CAT、POD活性均高于CK，分別升高17.93%、46.22%和104.74%。T1、T2和T3處理煙苗SOD活性較CK1分別降低8.71%、12.98%和21. 13%，CAT活性較CK1分別降低8.97%、19.30%和19. 91%，POD活性較CK1分別降低27.76%、22.11%和21.59%。施用水凝膠后，煙苗SOD、CAT活性的變化趨勢相同，均隨著水凝膠用量增加而下降。由此得出，水凝膠能夠降低氯脅迫對煙苗的氧化損傷程度，使其無需大量誘導抗氧化酶活性升高來用以清除活性氧。

2.6 不同水凝膠用量對氯脅迫下煙苗常規化學成分的影響

由表3可知，氯脅迫下煙苗鉀含量顯著提高，但過量施用水凝膠（T3）會抑制煙苗對鉀的吸收。氯脅迫限制了煙苗煙堿的合成，然而施用水凝膠的T2和T3處理較CK1的煙堿含量分別提高12.90%、9.68%（P＜0.05）。T2處理煙苗還原糖含量顯著高于CK和CK1，分別提高7.28%和9.46%。T2處理煙苗總糖含量顯著高于CK1，提高7.76%。氯脅迫顯著降低煙苗的鉀氯比，隨水凝膠用量增加，鉀氯比呈顯著上升趨勢，T2和T3處理較CK1分別提高26.89%和32.77%。氯脅迫下施用水凝膠對煙苗的糖堿比無顯著影響。

3 討論

3.1 不同水凝膠用量對氯脅迫下煙苗氯含量及光合速率的影響

水凝膠不僅可以吸附土壤中的Cd2+、Cu2+等陽離子，還能包裹Cl-、NO3-等陰離子。田飛通過盆栽試驗與大田試驗發現，煙葉氯含量與土壤氯含量呈顯著或極顯著正相關。本研究中，施用水凝膠顯著降低了氯脅迫下的煙苗葉片氯含量，且隨水凝膠用量的增加效果越顯著，這與秦端端等的研究結果類似。其原因可能是，隨水凝膠用量增加，其對土壤中Cl-的吸附量增大，從而降低土壤中可被煙苗吸收的氯含量。

氯參與植物葉綠素的合成，適當施氯會促進煙葉的光合作用，促使煙葉干物質積累，但過量施氯則會抑制煙草生長，從而降低煙草生物量。植物葉片光合作用降低的因素，主要包括由氣孔部分關閉導致的氣孔限制和葉肉細胞光合活性下降導致的非氣孔限制兩類。胡小婉等認為，氯脅迫會抑制植物氣孔打開，進而降低其光合作用和蒸騰作用，抑制生長。李建和等研究發現，供氯過多會抑制葉綠素的合成，進而抑制煙葉光合速率。王少先等研究施氯對煙草植株光合特性影響時發現，施氯量達到一定程度后其光合作用會下降。本研究中，施用水凝膠處理有效降低了煙苗葉片氯含量，進而緩解氯脅迫對煙苗光合作用的抑制，促進煙苗生物量的積累，且隨水凝膠用量增加效果越顯著，這與田飛等的研究結果相似。

3.2 不同水凝膠用量對氯脅迫下煙苗抗氧化酶活性、MDA含量和常規化學成分的影響

抗氧化酶系統被認為是植物遭受環境脅迫時重要的防御體系，主要包括過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）等?？寡趸富钚缘母叩团c植物對脅迫的抗性有密切關系。劉正魯等研究發現，氯化鈉脅迫顯著增加茄子葉片中的活性氧（ROS）積累，誘導其抗氧化酶活性升高。MDA是植物細胞膜脂過氧化的產物，其含量越高，氧化損傷越大。李春雷以幼齡茶樹為研究對象，采用水培法研究不同濃度氯離子對茶樹抗氧化系統的影響，發現隨氯離子濃度升高，MDA含量顯著增加，而在低氯脅迫下MDA含量與對照差異不顯著。本試驗中，氯脅迫即CK1處理煙苗的抗氧化酶（SOD除外）活性、MDA含量相較于CK均顯著升高，表明氯脅迫會導致煙苗抗氧化酶活性升高，以及造成膜脂過氧化損傷：而施用水凝膠后，葉片氯含量顯著降低，有效緩解氯脅迫對煙苗的氧化損傷，降低煙苗抗氧化酶活性和MDA含量，這與萬春陽等的研究結果相似。

蔣海峰等研究認為，施用過量氯肥會導致煙草中煙堿、鉀含量和鉀氯比下降。張陽等研究發現，適量施氯促進煙草總糖、還原糖的合成，但過量施氯會起抑制作用，同時降低鉀氯比。本試驗中，氯脅迫下煙苗煙堿、總糖、還原糖含量以及鉀氯比均降低，但水凝膠的施用有效緩解了這一效應。這可能是由于，施用水凝膠可以促進植物根系發育，而煙堿的合成是在煙草根系中進行，因此水凝膠促進了煙苗煙堿合成：總糖和還原糖含量與煙草的光合作用密切相關，水凝膠的施用有效緩解了氯脅迫對煙苗光合的抑制作用，進而促進總糖和還原糖的合成。

4 結論

綜上所述，氯脅迫下施用適量水凝膠可以有效緩解氯對煙苗生長發育的不利影響，減少煙株對氯的吸收，提高煙葉的光合作用，促進煙苗生物量積累，緩解氯對煙苗的氧化損傷，從而保證煙草植株能夠正常生長發育，同時促進煙苗煙堿、總糖、還原糖的合成以及提高鉀氯比。

基金項目：國家自然科學基金項目（32300342）；國家重點研發計劃項目（2017YFD0200808）；河南省煙草公司平頂山市公司項目（PYKJ202401）；河南省煙草公司三門峽市公司項目（2022411200200004x）