干旱胁迫对烟草幼苗生理特性的影响

段丽丽　刘仁祥

摘要：为研究干旱胁迫对烟草幼苗根、茎、叶生理特性的影响，对烟草幼苗进行20%PEG6000干旱胁迫处理，于胁迫处理2 h、24 h后进行根、茎、叶3个部位的取样，通过测定干旱胁迫下烟草幼苗的生理指标了解其抗旱特性。结果表明：根、茎、叶3个部位的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase， SOD）活性随干旱胁迫时间的增加都呈现出先增加后降低的趋势；根、茎、叶3个部位的过氧化物酶（peroxidase， POD）活性随干旱胁迫时间的增加呈现出不同的变化；烟苗根和茎的过氧化氢酶（catalase， CAT）活性呈现出增加的趋势，叶片的CAT活性随胁迫时间的增加呈现出先升高后降低的趋势；随干旱胁迫時间的增加，根的丙二醛（malondialdehyde， MDA）含量呈现出先增加后降低的变化趋势，烟苗茎和叶的MDA含量随胁迫时间的增加而增加，在胁迫24 h时达到1.09和6.76 nmol/g。生理指标相关性分析表明烟草幼苗中CAT活性与MDA含量呈极显著正相关关系（P＜0.01），相关系数为0.91。该研究结果可为进一步研究烟草抗旱性研究提供理论依据。

关键词：烟草；干旱；生理特性；酶活性

中图分类号：S572文献标志码：A生长在自然环境中的植物，受到干旱、低温、盐、高温等自然环境的胁迫，而干旱对植物生长发育的影响位于前列［1-5］。近年来，由于全球气候变暖、土地沙漠化等气候问题导致土壤保水能力和含水量降低，进而导致农作物大量减产［6］。水分对植物的生长发育至关重要［7-8］，干旱显著影响植物各阶段的生长发育、生理生化代谢过程和生态环境，是植物成活与生长的重要限制因素之一［9］。干旱胁迫会导致植物的生理生化过程受到损害，例如细胞膜结构、关键酶活性、活性氧积累与合成、气孔调节和其他气体交换特性等［10-11］。孙颖等［12］研究干旱胁迫对3种地被植物生长的影响发现，叶绿素含量、自由水/束缚水比值随干旱程度的提高呈现下降的趋势，而细胞膜透性随胁迫程度的提高呈现升高的趋势。刘文瑜等［13］通过研究干旱胁迫对不同藜麦品种苗期生理特性的影响表明，随干旱胁迫程度的加剧，藜麦幼苗叶片MDA含量、POD酶活性呈现逐渐增高的趋势，SOD和CAT酶活性呈现先升高后降低的趋势。

烟草Nicotiana tabacum L.（2n=4x=48）起源于热带，是茄科烟草属植物，是一种以叶片为收获物的重要经济作物和商业作物，在全世界120多个国家广泛种植［14-18］。同时，烟草也是一种进行生物学研究的模式植物［19］和重要的植物生物反应器［20-22］。烤烟的整个生育期对水分的需求量大，不同生育阶段对水分的需求不同，当田间持水量小于50%时会影响烟草的生长发育，导致产量减少和品质下降［23-25］。中国西南地区是我国的烤烟主产区，该地区地形地貌复杂多样，降水分布极不均匀，该区域春旱灾害频发，影响烟苗移栽存活率和烟苗生长，而后期补苗则会导致烟草生长不整齐，从而使得生产成本增加和质量均匀性下降，因此，季节性干旱已成为限制我国西南地区烟叶生产的主要问题［26］。为此，本研究以烤烟主栽品种‘K326为试验材料，研究不同干旱胁迫时间下烟草根、茎、叶3个组织的酶活性变化，探究烟草不同组织对干旱胁迫的响应，以期为干旱胁迫下烟草的响应机制提供理论基础。

1材料与方法

1.1试验材料

试验材料为烤烟品种‘K326，由贵州省烟草品质研究重点实验室提供。

1.2试验设计

试验于2021年2—4月在贵州大学烟草研究基地进行。将烟草种子播种于育苗盘中，采用漂浮育苗方式进行育苗，漂盘放置于贵州大学烟草研究基地的温室大棚中，白天温度为16 h/25 ℃，夜间温度为8 h/20 ℃，湿度为75%，育苗期间采用正常管理。试验设置对照（CK）、胁迫2 h（短时胁迫）、胁迫24 h（长时胁迫）3个处理组。待烟苗长至5叶1心时用20%PEG6000进行处理，将20%PEG6000完全淋透基质，处理前取的样品为CK（0 h），淋透后2 h和24 h后取烟苗根、茎、叶3个部位的组织，每个处理混合3株取样并设置3次重复，将取好的样品放入冻存管后再转入液氮中，最终于-80 ℃长期保存备用。

1.3生理指标测定方法

超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性及丙二醛（MDA）含量测定参考文献［27］的方法进行测定，按照样本鲜重进行酶活性及MDA含量计算。

1.4数据分析及做图

试验数据用Excel 2019进行整理，DPS软件的Duncan新复极差法进行差异性分析，不同小写字母表示差异显著。用 Origin 2021绘图软件进行绘图，采用平均值±标准差数据进行做图。

2结果与分析

2.1干旱胁迫下烟苗SOD活性变化

干旱胁迫下烟苗SOD活性变化见图1所示。由图1可知，根、茎、叶3个部位的SOD活性随干旱胁迫时间的增加，SOD活性增加，SOD活性都呈现出先增加后降低的趋势。根、茎、叶3个部位的SOD活性在干旱胁迫2 h后达到164.92、64.99、196.21 U/g，其中，叶片SOD活性最高，茎中的SOD活性最低。与CK相比，干旱胁迫2 h和24 h的根、茎、叶SOD活性均达到显著差异。

2.2干旱胁迫下烟苗POD活性变化

图2为干旱胁迫下烟苗POD活性变化。从图2可以看出，根、茎、叶3个部位的POD活性随干旱胁迫时间的增加呈现出不同的变化。与CK相比，根中的POD活性随干旱时间的增加呈现出先增加后降低的变化趋势，在胁迫2 h后酶活性达到37 750.99 U/g，但差异不显著。烟苗茎和叶中的POD活性呈现出随干旱胁迫时间的增加而增加的趋势，在干旱胁迫24 h后，茎和叶中的POD活性分别为6 769.59和5 040.05 U/g。

2.3干旱脅迫下烟苗CAT活性变化

干旱胁迫下烟苗CAT活性变化见图3所示。在干旱胁迫下，随干旱胁迫时间的增加，烟苗根和茎的CAT活性呈现出增加的趋势，在干旱胁迫24 h时，根和茎的CAT活性分别达到24.61和33.20 U/g， 与CK（0 h）相比，达到显著差异。烟苗叶片的CAT活性随胁迫时间的增加呈现出先升高后降低的趋势，在胁迫2 h后，CAT活性达到234.25 U/g，与CK（0 h）相比，达到显著差异。

2.4干旱胁迫下烟苗MDA含量变化

由图4可知，根、茎、叶3个部位的组织在干旱胁迫下呈现出不同的变化。在干旱胁迫下，随干旱胁迫时间的增加，根的MDA含量呈现出先增加后降低的变化趋势，在干旱胁迫2 h时，MDA含量达到1.87 nmol/g，但未达到显著差异。烟苗茎和叶的MDA含量随干旱胁迫时间的增加而增加，在干旱胁迫24 h时达到1.09和6.76 nmol/g。与CK相比，茎的MDA含量在干旱胁迫24 h后达到显著差异，叶片的MDA含量在干旱胁迫2 h后达到显著差异。

2.5不同生理指标间的相关性分析

烟苗干旱胁迫下根、茎、叶中的SOD、POD、CAT活性和MDA含量相关性分析结果见表1。由表1可知，在干旱胁迫下，烟草幼苗中CAT活性与MDA含量呈极显著正相关关系（P＜0.01），相关系数为0.91，而其他指标间没有显著的相关关系。说明在干旱胁迫下，烟草幼苗通过提高CAT活性及MDA含量来抵御干旱，提高自身的抗旱能力。

3结论与讨论

在非生物胁迫中，干旱是影响植物生长的主要胁迫之一［28］。植物遭受逆境胁迫时，会引起细胞膜损伤和膜透性的增加，细胞内活性氧的增加，诱发脂质过氧化作用，导致胞液外渗、代谢失调，最终导致死亡［29-30］。SOD、POD、CAT是植物体内主要的抗氧化保护酶，其中，SOD被认为是防御活性氧（ROS）反应的基础，提高植株内的CAT和POD活性，是植物重要的抗旱机制［31-32］。许多研究表明，在不同程度的干旱胁迫下，SOD、POD、CAT活性随干旱程度的增加呈现出先上升后下降的趋势［33-35］。本研究结果表明，干旱胁迫下，烟苗的根、茎、叶SOD、POD、CAT活性随干旱胁迫时间的增加，呈现出先增加后降低或者一直增加的趋势。这些研究结果与高鹏飞［36］对光叉委陵菜、张冬野［35］对番茄幼苗的研究结果一致。

MDA是植物体膜脂过氧化的重要产物之一， 可作为反映植物体受损的重要生理指标。研究表明， MDA具有细胞毒性，其含量累积会导致植物细胞膜稳定下降，MDA含量越高，说明植物受损程度越严重［37］。本研究结果发现，在干旱胁迫下，随干旱胁迫时间的增加，根的MDA含量呈现出先增加后降低的变化趋势，而烟苗茎和叶的MDA含量随胁迫时间的增加而增加，表明干旱胁迫使烟苗的MDA含量变高，说明干旱胁迫导致植物受损严重。

生理指标间的相关性分析表明，烟草幼苗中CAT活性与MDA含量呈极显著正相关关系（P＜0.01），相关系数为0.91，而其他指标间的相关性未达到显著或者极显著相关。说明在干旱胁迫下，烟草幼苗通过提高CAT活性及MDA含量来抵御干旱，提高自身的抗旱能力。这与马亚珺等［38］研究低温胁迫对紫花苜蓿幼苗升力特性的研究结果一致。

综上所述，干旱胁迫下，烟苗随着干旱胁迫时间的增加，烟苗根、茎、叶3个部位的SOD、POD、CAT活性和MDA的含量呈现出不同的变化趋势。在干旱胁迫下，烟苗通过提高抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性来清除活性氧，减轻对植物的损害。该研究结果为研究干旱胁迫下烟苗酶活性的变化奠定理论基础。参考文献：

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（责任编辑：于慧梅）

Effect of Drought Stress on the Physiological Characteristics

of Nicotiana tabacum L. Seedlings

DUAN Lili LIU Renxiang

（1.College of Agriculture， Guizhou University， Guiyang 550025， China; 2.Journal Editorial Department， Guizhou University，

Guiyang 550025， China; 3.Guizhou Key Laboratory for Tobacco Quality Research， Guiyang 550025， China）Abstract： In order to study the effects of drought stress on physiological characteristics of roots， stems and leaves of Nicotiana tabacum L. seedlings， we treated the tobacco seedlings with 20% PEG6000 drought stress. The roots， stems and leaves tissues of tobacco seedlings were sampled after 2 h and 24 h of drought stress treatment， and the drought resistance indexes of tobacco seedlings were determined by measuring the physiological indicators of tobacco seedlings under drought stress. The results showed that， with the increase of drought stress time， the activity of superoxide dismutase （SOD） in roots， stems and leaves showed a trend of first increasing and then decreasing， while the activity of peroxidase （POD） in the root， stem， and leaf showed different changes. The activity of catalase （CAT） in roots and stems of tobacco seedlings showed an increasing trend， but that in leaves increased at first and then decreased with the increase of stress time. With the increase of drought stress time， the malondialdehyde （MDA） content in roots showed a trend of first increasing and then decreasing. However， the MDA content in stems and leaves of tobacco seedlings increased with the increase of stress time， and reached 1.09 and 6.76 nmol/g after drought stress 24 h， respectively. The correlation analysis of physiological indicators showed a highly significant positive correlation between CAT enzyme activity and MDA content in tobacco seedlings， with a correlation coefficient of 0.91. These research results could provide a theoretical basis for further research on tobacco drought resistance.

Key words： Nicotiana tabacum L.; drought stress; physiological characteristics; enzyme activity