烟草苗期抗旱性鉴定指标筛选与评价

吴 迪，汪志威，刘仁祥*，王浏杰，孟 军，赵婷婷，莫泽君

(1.贵州大学，贵州 贵阳 550025;2.六盘水市农业委员会，贵州 六盘水 553000)



烟草苗期抗旱性鉴定指标筛选与评价

吴 迪1，汪志威2，刘仁祥1*，王浏杰1，孟 军1，赵婷婷1，莫泽君1

(1.贵州大学，贵州 贵阳 550025;2.六盘水市农业委员会，贵州 六盘水 553000)

【目的】比较不同烤烟品种苗期的抗旱性，选育抗旱品种。【方法】采用盆栽试验，于烟草苗期对17个材料进行干旱处理，测定相关形态指标和生理生化指标，进行烟草抗旱性鉴定指标筛选，并对供试材料的抗旱性进行评价。【结果】烟苗经干旱处理后，随着时间的推移，叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量呈上升趋势，叶片组织含水量呈下降趋势，MDA含量呈先下降后上升趋势，SOD含量呈先上升后下降趋势；叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、SOD、MDA各指标平均隶属函数值与幼苗成活率呈显著或极显著相关。【结论】参试材料间的抗旱性存在差异，以NC82和红花大金元的抗旱性较好。

烤烟；抗旱性；苗期

【研究意义】烟草起源于热带地区[1]，是我国重要的经济作物之一，水分对其生命活动具有重要作用，在生长季节如果田间土壤含水量长期不能保持在50 %以上，其产量和品质将会遭受重大影响[2-7]。贵州因其独特生态环境，烟叶产量高、品种好、效益突出。但近年来春旱事件频发，又缺乏必要的灌溉设施[8]，春旱已成为制约烟草种质和产量形成的重要因素[9-10]。因此，探究烟草苗期抗旱性与其他生育期的抗旱性的关系具有十分重要的意义。【前人研究进展】水稻苗期抗旱性是水稻抗旱性的重要组成部分[12-14]，而烟草苗期抗旱性是否也与烟草生育后期的抗旱性有对应关系尚不清楚。【本研究切入点】在烟草苗期采用人工控水，以干旱复水后幼苗存活率为主要指标，以叶绿素、SOD、MDA及等为辅助指标，采用数量分析法中的隶属函数法，对17份烟草材料苗期抗旱性进行鉴定并作出评价。【拟解决的关键问题】不同的性状指标能在不同程度上反映作物的抗旱性，如何正确选用有效的抗旱性指标直观表现作物抗旱能力强弱是目前迫切需要解决的问题。干旱复水后幼苗存活率综合反映了植物的抗旱能力[28-30]，能代表植物的抗旱性，但存在要求较高，试验持续时间长，不适用大批量种质资源的鉴定。因此，研究力求寻找一种简单易行、准确有效的抗旱性评价方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验以贵州烟叶生产和烟草育种研究中常用的NC82(1)、K326(2)、TN90(3)、韭菜坪2号(4)、毕纳一号(5)、南江三号(6)和红花大金元(7)等7个品种为亲本，以及采用NCⅡ设计组配的NC82×韭菜坪2号(8)、NC82×南江三号(9)、K326×TN90(10)、K326×韭菜坪2号(11)、K326×南江三号(12)、NC82×毕纳1号(13)、NC82×红花大金元(14)、K326×毕纳1号(15)和K326×红花大金元(16)等10个组合为试验材料。以上材料由贵州大学烟草重点实验室提供。

1.2 试验设计

4叶1心时，选择烟苗整齐一致的苗盘，将育苗盘架空进行干旱处理，10 d后将育苗盘放入育苗池复水。于处理开始第2、4、6和8天上午7：00-8：00，取烟苗倒数第2叶制备样品待测。

1.3 测定项目及方法

2 结果与分析

2.1 苗期干旱对烟草部分生理生化指标的影响

2.1.1 叶绿素a、叶绿素b的的含量 叶绿素是植物体内光合作用色素比较重要的一类色素，干旱胁迫会导致叶绿素的生物合成受阻。从图1看出，干旱处理明显影响烟草叶片叶绿素a的含量，随干旱时间的延长，7、9、11、12和15号品种叶片叶绿素a含量上升，其他品种先上升后下降。干旱2 d后，叶绿素a含量7号品种最高，为5.734 mg/g， 3号品种最低，为2.304 mg/g；干旱4 d后，叶片叶绿素a含量7品种最高，为5.937 mg/g， 11号品种最低，为2.984 mg/g；干旱6 d后，叶片叶绿素a含量10号品种最高，为7.098 mg/g， 16号品种最低，为4.876 mg/g；干旱8 d后，叶片叶绿素a含量8号品种最高，为8.365 mg/g， 3号品种最低，为4.39 mg/g。综合比较，干旱处理后，各品种叶绿素a含量以1号和7号的较高而稳定，3号较低且不稳定。短期叶绿素a含量上升可能是植物本身对干旱逆境胁迫下的应激反应，但随着干旱时间的延长，抗旱性低的材料首先表现出叶绿素合成受阻，活性氧积累，加速叶绿素的分解，叶绿素a出现下降趋势。

干旱处理后，1、7和9号品种叶片叶绿素b含量随干旱时间的延长而上升，其余品种则先下降再上升。叶绿素b含量上升可能是叶绿素b比叶绿素a稳定，以及烟株本身面临干旱逆境胁迫下的应激反应。干旱2 d后，叶片叶绿素b含量1号品种最高，为2.47 mg/g， 3号品种最低，为1.66 mg/g；干旱4 d后，叶片叶绿素b含量7号品种最高，为2.48 mg/g， 13号品种最低，为1.31 mg/g；干旱6 d后，叶片叶绿素b含量8号品种最高，为2.81 mg/g， 3号品种最低，为1.60 mg/g；干旱8 d后，叶片叶绿素b含量7号品种最高，为3.07 mg/g， 3号品种最低，为1.73 mg/g。干旱处理后总体以1、7和8号品种的叶绿素b含量较高且稳定，3号较低且不稳定。

图1 17份烟草材料苗期干旱2～8 d后叶绿素a和叶绿素b的含量Fig.1 Contents of chlorophyll a and chlorophyll b in 17 test materials with drought treatment for 2-8 days in seedling stage

图2 17个烟草品种苗期干旱2～8 d后叶片的类胡萝卜素含量Fig.2 Carotenoids content in 17 test materials with drought treatment for 2-8 days in seedling stage

2.1.2 类胡萝卜素含量 类胡萝卜素是植物体内重要的抗氧化物质之一，能够消除和减轻由干旱胁迫产生的活性氧损伤。由图2可知，干旱处理后，所有品种的类胡萝卜素含量随干旱时间的延长而增加。表明干旱后烟株体内产生抗逆生理生化反应，类胡萝卜素含量增加，清除干旱引起的损伤。干旱2 d后，叶片类胡萝卜素含量最高的是7号品种，为1.36 mg/g，最低的是3号品种，为0.12 mg/g；干旱4 d后，含量最高的是7号品种，为1.80 mg/g，最低的是11号品种，为0.79 mg/g；干旱6 d后，含量最高的是7号品种，为1.95 mg/g，最低的是16号品种，为1.14 mg/g；干旱8 d后，含量最高的是8号品种，为2.27 mg/g，最低的是3号品种，为1.39 mg/g。总体上，1、2、6和7号品种的类胡萝卜素含量较高，3、15和17号含量较低。结合叶绿素a和b的含量变化，这3个指标的变化具有一致性。

2.1.3 叶片组织含水量 叶片组织含水量是衡量作物叶片水分含量的一个重要指标，反应叶片组织抗脱水能力的大小，与抗旱性有着密切的联系。由图3可知，随干旱时间的延长，各烟草品种叶片组织含水量降低，总体上前期降低速度比后期慢。干旱处理8 d后，1、2、3、6和7号品种叶片组织含水量任保持较高，在所有品种中表现出来了较好的抗脱水能力；5、8和10号的叶片组织含水量较低，表现出较差的抗脱水能力。干旱初期，干旱胁迫会导致烟叶叶片气孔受阻，蒸腾速率下降以维持自身体内水分平衡，烟株自己生理生化活动调节，但随着干旱胁迫的加剧,细胞间CO2积累浓度增加，CO2补偿点增加，水分利用率降低，含水量下降增快。大量研究结果表明，干旱胁迫后，叶片组织含水量降低速度较慢的植物抗旱能力强，与本研究结果一致。

2.1.4 叶片MDA含量和SOD活性 作为植物细胞膜质过氧化物之一MDA，能够与细胞内各种成分进行反应，造成并加剧细胞膜的损伤，细胞膜质过氧化增强，进而使叶片细胞膜透性增强。由表1可知，烟草苗期干旱对叶片MDA含量影响较大，总体上随着干旱时间的延长呈先降低后升高趋势，但不同品种间存在显著差异。干旱处理2 d后，MDA含量最高的是13号材料，为8.54 μmol/g，最低的是16号材料，为4.21 μmol/g；干旱处理4 d后，最高的是5号，为7.79 μmol/g，最低的是4号，为5.29 μmol/g；干旱处理6 d后，最高的是3号，为13.08 μmol/g，最低的是13号，为6.63 μmol/g。干旱胁迫下，MDA含量先降低可能是植物对逆境的应激反应而产生生化修复作用消除MDA，但随着干旱延长，加剧膜脂过氧化水平，细胞膜损伤，修复作用减小，MDA含量上升[31]。

图3 17个烟草品种苗期干旱2～8 d后叶片组织的含水量Fig.3 Leaf tissue moisture content in 17 test materials with drought treatment for 2-8 days in seedling stage

SOD能够有效抵御并清除植物逆境胁迫后产生的超氧阴离子自由基和过氧化氢等活性氧伤害。干旱处理后，亲本(1～7号材料)SOD活性(除6号外)均随着干旱时间的延长表现出先升高后降低趋势，组合(8～17号)中的11、12、13、16和17号SOD活性随着干旱时间的延长持续上升，8、10、14和15号组合则先下降后上升。干旱2 d后，SOD活性最高的是10号，为170.79 U/(g min)，16号材料最低，为143.686 U/(g min)；干旱4 d后，13号材料SOD活性最强，为173.92 U/(g min)，10号材料最低，为143.68 U/(g min)；干旱处理6 d后，12号材料SOD活性最强，为179.68 U/(g min)，最低的为3号材料，为152.77 U/(g min)。干旱前期，SOD活性升高可能是烟株抗逆的自我调节，随着时间增强，SOD活性下降，表明超氧阴离子自由基和过氧化氢等活性氧的清除能力下降，调节与代谢能力失调，干旱抵抗能力下降[31]。

2.1.5 幼苗成活率 干旱复水后幼苗存活率较直接反应了植物的抗旱性，是可信度较高的抗旱鉴定指标之一。由图4可知，17个烟草品种幼苗在苗期连续干旱10 d复水5 d后，其存活率存在明显差异。各品种中复水后成活率1和7号较高，分别为78.23 %和78.58 %，表现出了较强的抗旱性； 3号、8号最低，存活率分别为32.62 %和31.15 %，抗旱性较差。

2.2 烟草苗期抗旱性相关指标的相关性

经相关性分析，叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素与幼苗成活率的相关系数分别为0.7823、0.7905、0.7791，呈极显著相关；SOD和MDA与幼苗成活率的相关系数分别为0.5021和-0.5263，分别呈显著相关和显著负相关；叶片组织含水量与幼苗成活率的相关系数为0.3243，无相关性。

表1 烟草苗期干旱叶片的MDA含量和SOD活性

注：小写字母表示5 %水平的显著性。

Note： Different lowercase letters indicate 5 % significant level.

表2 苗期17个烟草品种各指标隶属函数值及综合评价

2.3 各材料的抗旱性评价

将叶绿素a和b、类胡萝卜素、SOD、MDA和叶片组织含水量指标转换为隶属函数值，采用廖景荣[27]耐旱程度划分标准，对参试材料进行抗旱性综合评价结果(表2)表明，17个参试材料中，1和7号表现为高抗，2、4、5、6、8、12、13、16和17号表现为中抗，9、11、14和15号表现为低抗，10号表现为不抗，3号表现为干旱敏感。

利用各指标隶属函数值对17个参试材料进行聚类分析(图5)，17个材料抗旱性能力可划分为4类，抗旱性较强的有7、1、17、8、6、13、2、5和4号，抗旱性中等的有12、15、11、14、16和9号，抗旱性较差的是10号，抗旱性最弱的是3号；7号的抗旱能力最强，1号次之。

图4 17个烟草品种幼苗连续干旱10 d复水5 d后的成活率Fig.4 Seedling survival rates of 17 tobacco cultivars with 5 days water supply after 10 days drought treatment

3 讨 论

前人在研究作物抗旱指标时，多研究各指标在干旱条件下的变化，再根据这些指标的变化能否反应作物的抗旱性来筛选可作为抗旱鉴定指标[17]。但植物的抗旱性是一个多基因控制的数量性状，若以某个单一孤立指标来衡量作物的抗旱与否，很难得到准确的结论。而从形态、生理、生化等指标中筛选几个综合指标已成为作物抗旱鉴定的共识。植物抗旱与否，最直观、最可靠的一个指标就是干旱后能否成活。李艳等[17]研究认为，采用干旱后幼苗成活鉴定水稻的抗旱性理论依据充分，具有实用价值；江龙等[19]研究也发现，干旱后幼苗存活率是鉴定干旱的可靠指标；盛业龙等[8]研究表明：抗旱性强的烟草品种干旱后幼苗成活率显著高于干旱敏感品种。王贺正等[18]也通过以干旱后幼苗成活率为标准，建立了水稻苗期抗旱鉴定综合指标体系。本研究发现，干旱复水后，高抗品种幼苗存活率极显著高于干旱敏感品种，这与盛业龙的研究结果相同。因此干旱后幼苗成活率是作物抗旱性鉴定的主要指标之一。以干旱后幼苗成活率为主要指标，通过其他各指标与该指标的相关分析发现叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶片SOD和MDA含量与幼苗成活率呈显著或极显著相关。

图5 17个烤烟品种的隶属函数值聚类Fig.5 Subordinative function value cluster of 17 test materials

4 结 论

NC82和红花大金元为高抗品种，TN90为干旱敏感品种。与干旱敏感品种相比，抗旱性强的品种经干旱处理后，叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和SOD含量高，MDA含量低，这与前人研究结果相近[19-25]。因此，以干旱后幼苗成活率为主要指标，通过相关分析筛选出的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、SOD和MDA等5个指标为烟草干旱鉴定的综合指标，不仅能提高鉴定的科学性，还可提高鉴定结果的可靠性。

采用干旱后幼苗成活率作为烟草品种苗期干旱鉴定的主要指标，鉴定方法简便易行、准确有效。叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、SOD和MDA含量与幼苗成活率显著或极显著相关，可作为烟草苗期抗旱鉴定的辅助指标。17个烤烟材料中，筛选出2份高抗材料和1份干旱敏感材料，高抗材料分别为NC82和红花大金元，敏感材料为TN90。

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(责任编辑 聂克艳)

Screening and Evaluation of Tobacco Seedling Drought Resistance Identification Indexes

WU Di1, WANG Zhi-wei2, LIU Ren-xiang1*, WANG Liu-jie1, MENG Jun1, ZHAO Ting-ting1, MO Ze-jun1

(1. Guizhou University, Guizhou Guiyang 550025, China; 2. Liupanshui Agricultural Commission, Guizhou Liupanshui 553000, China)

【Objective】This study aimed to compare the drought resistance of different flue-cured tobacco cultivars and thus to breed drought-resistant cultivars.【Method】Drought treatments were conducted on 17 test materials in seedling stage in a pot experiment, the corresponding morphological, physiological and biochemical indexes were measured, then the drought resistance identification indexes were screened, and the drought resistance of test materials were evaluated at last.【Result】Contents of chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoids in drought-treated tobacco seedlings showed an increasing trend, that of tissue water content showed an decreasing trend, MDA first decreased and then increased, SOD activity first increased and then decreased; Mean membership index values of chlorophyll a, chlorophyll b, carotenoids, SOD and MDA significantly or very significantly corrected with seedling survival rate.【Conclusion】Drought resistance of the test materials is different, in which NC82 and Honghuadajinyuan are of better drought resistance.

Tobacco; Drought resistance; Seedling stage

1001-4829(2017)6-1309-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.6.012

2016-11-23

贵州省科技厅团队建设项目“贵州省烟草品质遗传改良与生物转化科技创新人才团队”(20154011)，贵州省烟草公司重大专项“优质烤烟品种选育关键技术研究与品种选育”(201602)

吴 迪(1992-)，男，河南鹿邑人，在职硕士，研究方向：作物遗传育种，E-mail：876865710@qq.com，*为通讯作者：刘仁祥，E-mail：rxliu@gzu.edu.cn。

S572

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