基于称重法的7个烟草品种旺长期抗旱性评价

汪志威，胡秋舲，祖 达，刘仁祥

(1.六盘水市农业科学研究院，贵州六盘水 553000；2.六盘水市农业农村局，贵州六盘水 553000；3.贵州大学，贵州贵阳 550025)

近年来，受全球气候变化的影响，西南地区极端干旱天气频发，严重影响作物安全生产。烟草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低于50%，其产量和品质将会遭受重大影响。贵州作为我国优质烟叶烟草生产地区，受伏旱威胁严重。因此，对烟草品种展开抗旱性鉴定，就必须有一套较好的抗旱性鉴定方法，对指导烟草安全生产具有十分重要的意义。目前对作物的抗旱性鉴定方法研究多集中在水稻和玉米上，在烟草上尚没有一种成型的方法，且抗旱性鉴定参考指标尚不明确，不同人对抗旱鉴定指标选择不尽相同。蒋明义等以MDA作为抗旱鉴定指标研究表明，抗旱水稻品种比不抗旱品种MDA含量增长速度慢，且增幅较小；张海明等研究玉米和甘蔗的抗旱性也发现，抗性品种受干旱胁迫后MDA含量增长速度慢；Singh研究了大麦的抗旱性，结果表明Pro可作为大麦抗旱鉴定的指标，抗性品种在受干旱胁迫后Pro增长加快；汪耀富等研究发现，干旱后烟叶中SOD活性先上升后下降；周冀衡等认为，干旱胁迫下烟草叶片 SOD、CAT 活性均增强；覃鹏等研究表明，干旱胁迫下烟草多数保护酶活性均增强，抗旱品种上升幅度更大。烟草旺长期是烟草产量和品质形成的关键时期，也是伏旱容易出现的时期，明确不同烟草品种在旺长期抗旱能力对指导烟草安全生产具有重要意义。鉴于此，笔者采用盆栽试验，在烟草旺长期通过称重法控制盆栽土壤相对含水量在30%～35%，连续处理21 d，测定叶片MDA、Pro、SOD和CAT含量的变化，并以此为联合指标采用隶属函数法，对供试品种进行抗旱性评价，为烟草生产品种选择提供指导，并为形成一套较为快速且准确的烟草抗旱鉴定方法提供参考。

1 材料与方法

供试土壤(生土)为0～20 cm表层黄壤土，土壤pH 5.53，有机质25.36 g/kg，全氮1.52 g/kg，有效磷17.35 mg/kg，速效钾190.26 mg/kg，经自然风干过0.5 cm筛。移栽盆规格高45 cm，口径37 cm。

试验材料为生产常用的NC82、K326、TN90、韭菜坪2号、毕纳1号、南江三号和红花大金元7个品种，均由贵州省烟草品质研究重点实验室提供。

材料培养。试验在贵州大学烟草试验基地试验大棚里进行。供试品种采用漂浮育苗，待烟苗6叶1心时,选择生长整齐一致的植株移栽到盆中。每盆装过筛土12.5 kg，后期培土2.5 kg，同时施烟草专用复合肥(N∶PO∶KO=1∶1∶2)100 g。以正常生长的为对照，各处理3次重复，每重复3盆，每品种处理和对照各设置2盆为预备材料，其他管理按常规高产栽培进行。

干旱处理。待供试品种植株生长到旺长期时，采用称重法控制盆土相对含水量为30%～35%，连续处理21 d。于干旱处理后第7、14和21天08:00—09:00选取从上往下第5片叶，用冰盒带回实验室保存于超低温冰箱。

加水量=盆钵整体理论重量-盆钵整体实际重量

盆钵整体理论重量=盆重+估计苗重+总干土重×(1+田间持水量×目标值的最大值)

总干土重=盆钵装土重/(自然含水量+1)

采用TBA法测定丙二醛(MDA)含量；采用茚三酮法测定脯氨酸(Pro)含量；采用氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性；采用紫外吸收法测定CAT活性。

旱害指数。参照研究人员提出的冷害指数得出旱害指数，旱害指数是指干旱处理结果(TR)与非干旱处理结果(CK)之差占非干旱处理结果的百分比，即旱害指数=(TR-CK)/CK×100%。

2 结果与分析

从表1可以看出，干旱处理后，总体上随着干旱时间的延长，供试品种的MDA含量先升高后降低。干旱7 d后，韭菜坪2号的MDA含量最低，为6.52 μmol/g， 红花大金元的MDA含量最高，为11.07 μmol/g。与对照相比，韭菜坪2号的MDA含量降低，但不显著，其他材料除TN90和南江三号外均显著或极显著升高。干旱处理14 d后，K326的MDA含量最低，为22.07 μmol/g，最高的是TN90，为37.38 μmol/g，与对照相比，南江三号和K326的MDA含量降低，其他烟草品种MDA含量均显著或极显著升高。干旱处理21 d后，各烟草品种中MDA含量最低的是K326，为13.38 μmol/g，与各自对照相比，K326的MDA含量降低，但不显著；NC82、TN90、韭菜坪2号、红花大金元的MDA含量极显著升高。

表1 不同品种干旱处理不同天数后烟草品种MDA含量比较Table 1 Comparison of tobacco MDA contents after different days of drought treatment

从表2可以看出，干旱对烟草旺长期叶片的脯氨酸含量影响十分明显，经干旱处理后，各品种叶片脯氨酸含量极显著高于各自对照。干旱7 d后，供试品种叶片脯氨酸含量最高的南江三号，为681.47 μg/g，最低的是红花大金元，为412.51 μg/g；旱害指数最大的是K326，为69.74%，最小的是TN90，为38.04%。干旱14 d后，各材料叶片脯氨酸含量最高的是南江三号，为1 023.64 μg/g，最小的是红花大金元，为471.71 μg/g；旱害指数最高的是K326，为115.18%，最小的是红花大金元，为35.60%。干旱21 d后，供试品种叶片脯氨酸含量最高的是南江三号，为936.15 μg/g，最低的是红花大金元，为406.33 μg/g；旱害指数最大的是南江三号，为96.21%，最小的是红花大金元，为18.80%。综合比较，干旱后脯氨酸含量较高的是K326，较低的是红花大金元。

表2 不同品种干旱处理不同天数后叶片脯氨酸含量的比较Table 2 Comparison of tobacco proline contents after different days of drought treatment

由表3可知，连续干旱7 d后，与对照相比，供试品种SOD 活性除TN90略有下降外总体上呈增强趋势，其中K326的SOD活性极显著增强，旱害指数为11.60%。连续干旱处理14 d后，与对照相比，TN90的SOD 活性显著降低，旱害指数为-9.10%，红花大金元的SOD 活性略有降低，但不显著；其他品种SOD 活性均呈上升趋势，K326和南江三号叶片SOD 活性极显著增强，旱害指数分别为11.85%、11.30%。连续干旱处理21 d后，与对照相比，K326和南江三号的SOD活性极显著增强，旱害指数分别为11.51%和10.87%，其他品种SOD 活性呈下降趋势，其中TN90和红花大金元的SOD活性极显著降低，旱害指数分别为-10.12%和-12.02%。

表3 不同品种干旱处理不同天数后烟草SOD活性的比较Table 3 Comparison of tobacco SOD activity after different days of drought treatment

由表4可知，连续干旱7 d后，与对照相比，供试品种韭菜坪2号和红花大金元的CAT 活性略有下降，但不显著；TN90的CAT活性显著下降，旱害指数为-7.63%；NC82和南江三号的CAT活性略有增加，但不显著，K326和毕纳1号的CAT活性呈现显著或极显著增强，旱害指数分别为22.88%、7.40%。连续干旱处理14 d后，与对照相比，TN90、韭菜坪2号、毕纳1号、红花大金的CAT 活性显著降低，旱害指数分别为-13.26%、-13.37%、-14.12%、-14.49%；NC82、K326和南江三号的CAT活性显著或极显著增强，旱害指数分别为12.84%、26.67%、10.06%。连续干旱处理21 d后，与对照相比，红花大金元的CAT活性降低，但不显著；TN90的CAT活性显著降低，旱害指数为-9.38%；其他供试材料CAT 活性均呈增强趋势，其中NC82、毕纳1号和南江三号的CAT 活性显著或极显著增强，旱害指数分别为23.68%、13.06%、13.65%。

表4 不同品种干旱处理不同天数后烟草CAT活性的比较 Table 4 Comparison of tobacco CAT activity after different days of drought treatment

利用MDA含量、Pro含量、SOD活性和CAT活性的隶属函数值对7个烟草材料进行抗旱性综合评价，结果见表5。由表5可知，7个烟草品种可分为4类：高抗品种为K326和南江三号；中抗品种为NC82；不抗品种包括韭菜坪2号和毕纳1号；干旱敏感材料包括TN90和红花大金元。

表5 不同品种4个指标隶属函数值和抗旱性综合评价比较Table 5 Comparison of subordinate function values and the comprehensive evaluation of drought resistance of different varieties

MDA是植物受胁迫后细胞膜质过氧化物之一，是衡量植物受害程度的重要指标。赵会杰等研究表明，干旱后烟草MDA含量较对照极显著增加；汪耀富等研究发现，干旱后烟草MDA含量增加，干旱程度越严重， MDA含量越高；覃鹏等在试验中发现，随着干旱程度的增加供试烟草品种叶片MDA含量呈先升后降的趋势。该研究发现，随干旱时间延长，供试品种的MDA含量先升高后降低，这与覃鹏的研究结果相同，但与汪耀富等的研究结果不尽相同。这可能是因为赵会杰只测定了干旱20 d后烟草叶片MDA变化，而没有测定干旱20 d前后烟草叶片MDA含量变化；汪耀富则是连续干旱10 d 后复水在测定烟草叶片MDA变化，该试验则是一直保持土壤相对含水量为30%～35%干旱处理21 d，并于第7、14、21天测定烟草叶片MDA变化，因此结果不同。该研究结果还发现，随着干旱时间的延长，高抗品种K326的MDA含量持续降低，而干旱敏感品种TN90和红花大金元MDA含量显著升高。这可能是在受到干旱胁迫后，高抗品种能迅启动应答反应，促进某些基因的表达从而清除氧自由基对细胞膜的伤害，而干旱敏感品种缺乏这种基因从而缺乏应答机制。

脯氨酸是植物蛋白质的组成成分之一，在植物中广泛以游离态存在。在干旱胁迫下，脯氨酸迅速积累。脯氨酸的积累可以在植物细胞质中起着渗透调节的重要作用，而且在稳定生物大分子结构、降低细胞酸性、减轻氨毒害、调节细胞氧化还原等方面起着重要作用。孟军等研究表明，Pro可以作为烟草抗旱性鉴定指标，随干旱时间延长，烟草叶片Pro含量增加先增加后下降。崔保伟等研究发现，不同生育时期干旱烤烟叶片中游离脯氨酸的含量均增加。该研究结果表明，随干旱时间延长，烟草叶片Pro含量总体上呈现先上升后下降趋势，这与孟军等的研究结果相同。高抗品种K32和南江三号在受干旱胁迫后，Pro增长速率极显著高于干旱敏感品种TN90和红花大金元。这可能是因为Pro的迅速积累，可有效减轻干旱对植物细胞的伤害，这与王韶唐的观点相同。因此，Pro可以作物烟草旺长期抗旱鉴定的参考指标之一。

保护酶系统是作物的一种自我保护机制，在受到干旱胁迫时SOD和CAT等能有效清除干旱胁迫下产生的活性氧自由基，保护作物膜系统不受活性氧自由基的破坏，已被众多研究者用作抗旱鉴定指标。SOD和CAT能高效清除植物受胁迫产生的超氧阴离子自由基，对植物的抗性具有十分重要的作用。前人对不同植物的干旱研究表明，抗旱性越强，SOD活性上升幅度越大；SOD活性下降越多的其抗旱性越差。研究发现，干旱后烟叶中SOD活性先上升后下降，CAT 活性则一直下降。周冀衡等研究表明，干旱胁迫下，烟草叶片 SOD、CAT 活性均增强。覃鹏等研究认为，干旱胁迫下烟草保护酶活性均有所增强，抗旱品种上升幅度更大。王茅雁等研究玉米的抗旱性与保护酶活性的关系时发现，抗旱性不同的品种在干旱胁迫下CAT的表现不同，抗旱性强的品种在干旱初期CAT活性保持不变或升高，在后期小幅度降低，抗旱性差的品种CAT活性则一直下降。该研究发现，随着干旱时间的延长，高抗品种K326和南江三号的叶片SOD、CAT活性显著增加；干旱敏感品种TN90和红花大金元在受干旱胁迫后，SOD和CAT活性降低，这与覃鹏等的研究结果相同。在应对干旱胁迫过程中，高抗品种和敏感品种SOD和CAT活性变化表现出了高度的一致性：高抗品种SOD和CAT活性一致增加，敏感品种一致降低。因此，SOD和CAT活性可作为烟草旺长期抗旱鉴定的重要参考指标。

植物抗旱机制十分复杂，同一植物采用不同的抗旱鉴定方法，可能鉴定结果不一样。选择合适的抗旱鉴定方法，不仅能提高筛选抗旱品种的效率，还能提高抗旱鉴定结果的准确性。采用大田自然干旱鉴定，易于操作并且结果可靠，但是该方法受天气影响大，也不宜开展多年试验，并且年份间的鉴定结果可能出现较大差异。利用盆栽试验，采用称重法控制盆栽土壤含水量，可根据试验需求，合理选择干旱胁迫时间，准确控制干旱胁迫强度，便于进行多年重复试验，鉴定结果较可靠且便于比较，是一种较好的干旱胁迫处鉴定法。但是称重法工作量大，仍难以鉴定大批量材料。

隶属函数法其以定量形式分析不同品种对干旱的反应，能较为准确地评定作物间以及品种间的抗旱性差异，使品种间的抗旱性更具可比性。该试验以称重法作为烟草干旱处理方法，最大程度上保证供试材料生长环境一致，以自身对照消除因品种特性带来的误差，采用隶属函数法综合评价烟草的抗旱性，提高了鉴定结果的可靠性。该研究结果认为，K326为抗旱品种，红花大金元为干旱敏感品种，与前人研究的结果相同。这也许能说明采用称重法作为抗旱鉴定处理方法，以与抗旱相关的指标的隶属函数值作为评判标准，是一种较好且较准确的作物抗旱筛选鉴定方法。

4 结论

以称重法控制盆栽土壤含水量，通过测定与抗旱性相关的指标作为联合鉴定指标，选用隶属函数值法对材料进行抗旱性鉴定，是一个比较好的烟草抗旱性鉴定方法。干旱后MDA和Pro含量变化及SOD和 CAT的活性变化可以作为烟草旺长期抗旱鉴定的重要参考指标。该试验鉴定出2个高抗烟草品种K326和南江三号以及2个干旱敏感型材料TN90和红花大金元。