盛業(yè)龍 王莎莎 許美玲 黃國賓 馬文廣 楊雙龍 段勝智 王麗特 楊利云 趙靜 肖炳光 龔明

摘 要 為篩選可用于生產(chǎn)和育種的抗旱烤煙品種，本試驗(yàn)利用大型活動式防雨旱棚進(jìn)行人工控水，對24個(gè)烤煙品種進(jìn)行干旱脅迫，對團(tuán)棵期和旺長期各烤煙品種生長指標(biāo)及抗旱相關(guān)生理生化指標(biāo)進(jìn)行測定。結(jié)果表明，干旱下株高、單葉面積、葉片含水量、根冠比等生長指標(biāo)均呈下降趨勢，而脯氨酸、可溶性糖和丙二醛（MDA）含量則有所增加，但不同品種間甚至同一品種在不同生育期下各項(xiàng)指標(biāo)的變化存在明顯差異。利用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)的方法計(jì)算各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值并對不同品種在2個(gè)生育期的抗旱性進(jìn)行綜合評價(jià)，發(fā)現(xiàn)筑波1號的平均隸屬函數(shù)值最高，為0.721，其他依次為G-80（0.676 5）、K346（0.631）和潘圓黃（0.608 5），抗旱性較強(qiáng)，而云煙87、吉煙7號、NC89的平均隸屬函數(shù)值均低于0.4，表現(xiàn)出相對較弱的抗旱性。

關(guān)鍵詞 烤煙；干旱脅迫；抗旱性；綜合評價(jià)

中圖分類號 S572 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

干旱、低溫、鹽漬等多種環(huán)境因子對農(nóng)作物的生長和產(chǎn)量有重要影響[1-2]。干旱是影響植物生長發(fā)育和產(chǎn)量的主要因子，因干旱脅迫對農(nóng)作物造成的損失在所有非生物脅迫中占首位[3]。煙草是中國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，種植面積和總產(chǎn)量居世界之首[4]。作為以葉片為收獲對象的煙草而言，整個(gè)生育期對水分需求很敏感，尤其在移栽后如果得不到適量的水分，就會受干旱脅迫而產(chǎn)生生理障礙，引起光合作用下降[5]，煙葉抗氧化系統(tǒng)變化[6]，煙葉滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)的變化[7-8]，導(dǎo)致植株生長受阻，最終影響其產(chǎn)量和品質(zhì)[9-11]。

云南由于其特定的生態(tài)環(huán)境，擁有獨(dú)特和優(yōu)質(zhì)的煙葉風(fēng)格，成為中國主產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙區(qū)。但近幾年中西南部地區(qū)頻繁發(fā)生的干旱[12-13]，給煙草的生產(chǎn)帶來巨大的影響。因此，準(zhǔn)確地鑒定并篩選出抗旱性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)煙草品種，是亟待解決的生產(chǎn)難題。作物的抗旱性是一個(gè)復(fù)雜的綜合性狀，主要由避旱性和耐旱性相互作用構(gòu)成的，若以單一的指標(biāo)進(jìn)行判定則具片面性。所謂抗旱性的綜合評價(jià)，是用多個(gè)指標(biāo)綜合評定作物的抗旱性來彌補(bǔ)單一指標(biāo)評定的片面性[14]。目前，在煙葉品質(zhì)、代謝物、病害抗性等方面的研究均已取得較為深入的成果，但對不同品種抗旱性評定和篩選方面仍鮮有報(bào)道。本研究擬通過在大型活動式防雨旱棚內(nèi)，人工控制土壤含水量對24個(gè)烤煙品種進(jìn)行干旱脅迫處理，在團(tuán)棵期和旺長期對煙草的農(nóng)藝性狀及生理生化指標(biāo)進(jìn)行測定，并用隸屬函數(shù)統(tǒng)計(jì)分析法，對其抗旱性進(jìn)行綜合評價(jià)與分析排序，篩選出抗旱性強(qiáng)的烤煙品種，為烤煙抗旱性新品種的選育與栽培提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

24個(gè)烤煙品種由云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供（表1）。采用漂浮育苗方式培育煙苗（GB/T 25241.1-2010），待煙苗長至3～5葉期時(shí)，移栽至土壤類型為水稻土的大型活動式防雨旱棚（行、株距120 cm×50 cm），人工控水進(jìn)行干旱脅迫處理，田間管理按常規(guī)。待煙苗長至團(tuán)棵期時(shí)，取第11片葉為研究對象；長至旺長期時(shí)，取中部葉為研究對象，共取2次樣，于上午8：00～10：00采集樣品。取樣時(shí)，每次取3～5株煙草，將葉片主側(cè)脈去掉后，取葉片中部的部分，剪碎并混勻，稱取0.5 g，液氮速凍后于-80 ℃保存，測量相關(guān)生長指標(biāo)。

1.2 方法

1.2.1 干旱脅迫處理 試驗(yàn)于2012年在云南省煙草科學(xué)農(nóng)業(yè)研究院玉溪市研和基地活動式防雨旱棚內(nèi)進(jìn)行。采用2因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，重復(fù)3次。主因素為水分，設(shè)置干旱脅迫和正常供水（CK）2個(gè)處理，副因素為24個(gè)烤煙品種，每個(gè)小區(qū)種植12株，對照和干旱脅迫處理分開，中間間隔用防水材料隔開，避免澆水滲透的影響，其他條件同大田生產(chǎn)管理。對照每隔1 d每株澆水2 000 mL，處理組每隔10 d澆水500 mL。

1.2.2 煙草生長指標(biāo)的測定 在團(tuán)棵期與旺長期測量各烤煙品種的株高、葉片數(shù)、莖圍、節(jié)距、葉長和葉寬等，計(jì)算單葉葉面積（參照YC/T 142-2010《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量方法》）及根冠比。

1.2.3 煙草生理生化指標(biāo)測定 葉片含水量的測定：取中部完全展開葉片稱量鮮重，于恒溫箱中105 ℃殺青15 min， 75 ℃烘干至恒重，稱其干重，并計(jì)算葉片含水量；脯氨酸含量測定：酸性茚三酮比色法[15]；可溶性糖含量測定：蒽酮比色法[16]；MDA含量測定：硫代巴比妥酸（TBA）法[17]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

參考相關(guān)指標(biāo)[18]，利用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析法，分別求出24個(gè)煙草品種各個(gè)指標(biāo)的平均抗旱隸屬值，綜合評價(jià)不同煙草品種的抗旱性[14]。數(shù)據(jù)用SPSS 11.5統(tǒng)計(jì)軟件分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果用Sigmaplot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同烤煙品種在干旱脅迫下生長狀況及根冠比的變化

干旱脅迫下，植物細(xì)胞分裂與擴(kuò)張受抑，生長速度顯著減緩[19]，此時(shí)生長速率、葉片數(shù)、葉面積、干物質(zhì)積累程度可作為評定品種間抗旱性差異的最直接的指標(biāo)[14]。本試驗(yàn)中，與對照相比，干旱脅迫導(dǎo)致團(tuán)棵期和旺長期煙草株高、葉面積、葉片數(shù)及根冠比（圖1～4）明顯降低，降低程度及其脅迫指數(shù)在不同品種中有所不同，不同烤煙品種在不同生育期的響應(yīng)差異又各有不同，表現(xiàn)出不同的抗旱性。由圖1可知，在團(tuán)棵期，24個(gè)品種的平均株高脅迫指數(shù)為84.13%，有14個(gè)品種（約占58.33%）的株高脅迫指數(shù)在85%以上，在旺長期，平均株高脅迫指數(shù)僅為75.59%，其中云煙97、云煙99、K346、筑波1號和NC1071在2個(gè)時(shí)期的株高脅迫指數(shù)均在85%以上，而云煙202、云煙87和G-28在2個(gè)時(shí)期的株高脅迫指數(shù)低于70%。

由圖2可知，在團(tuán)棵期，24個(gè)品種的平均葉面積脅迫指數(shù)為85.16%，有12個(gè)品種（占50%）的葉面積脅迫指數(shù)在85%以上，而在旺長期，平均葉面積指數(shù)僅為72.58%，其中，云煙203、云煙97和 K346在2個(gè)時(shí)期的葉面積脅迫指數(shù)始終在80%以上，而吉煙7號、云煙85、云煙87在2個(gè)時(shí)期的葉面積脅迫指數(shù)均低于70%。

由圖3可知，干旱脅迫在團(tuán)棵期對煙草的葉片數(shù)影響相對較小，24個(gè)品種的平均葉數(shù)脅迫指數(shù)為89.1%，其中僅3個(gè)品種（占12.5%）的葉數(shù)脅迫指數(shù)低于85%；在旺長期，平均葉數(shù)指數(shù)為87.14%，其中中煙100、K346和NC1071均在90%以上，但吉煙7號在2個(gè)生長期的葉數(shù)脅迫指數(shù)均明顯低于其他品種，分別為75.56%和65.28%，云煙87和NC95在旺長期的葉數(shù)脅迫指數(shù)也僅為65.75%和66.67%。

根冠比是植物地下部分與地上部分相關(guān)性的直接體現(xiàn)。由圖4可知，干旱脅迫下，旺長期24個(gè)品種的根冠比脅迫指數(shù)相差較大，平均為86.63%，其中紅花大金元、云煙203和云煙87的根冠比脅迫指數(shù)均在97%以上，受干旱脅迫影響較小，而吉煙7號、云煙97、云煙99和K346的根冠比脅迫指數(shù)均明顯低于其他品種，較大程度地受到干旱脅迫的抑制。

綜合對株高、葉面積、葉片數(shù)根冠比脅迫指數(shù)及相應(yīng)隸屬函數(shù)值的綜合比較可知（表2、3），云煙87、吉煙1號的脅迫指數(shù)較小，而K346、云煙99、NC1071有較高的脅迫指數(shù)，表現(xiàn)出其生長特性受干旱脅迫的影響較小。

2.2 不同烤煙品種在干旱脅迫下生理生化指標(biāo)的變化

組織含水量是表示葉片組織水分狀況的常用指標(biāo)，葉片含水量脅迫指數(shù)可以反映出植株的抗脫水能力。由圖5可知，與團(tuán)棵期相比，在旺長期中干旱脅迫對煙草植株的葉片含水量的影響更為明顯，其中云煙99、革新3號、中煙100的脅迫指數(shù)相對較低（≤93%），抗脫水能力較差；NC89、云煙202、K326的葉片含水量脅迫指數(shù)較高（≥99%），抗脫水能力較強(qiáng)。

脯氨酸是植物細(xì)胞中重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，能夠提高細(xì)胞的保水能力，保護(hù)膜結(jié)構(gòu)，維持酶活性[20-21]。干旱脅迫下，煙株迅速積累脯氨酸，脯氨酸含量可作為煙株抗旱能力的一個(gè)鑒定指標(biāo)。由圖6可知，旺長期煙株脯氨酸積累水平高于團(tuán)棵期，其平均脯氨酸含量增長率為62.2%，遠(yuǎn)高于后者的52.72%。在不同生育期，不同烤煙品種的脯氨酸積累能力相差很大，在團(tuán)棵期，G-28、潘圓黃的脯氨酸積累水平最高，積累指數(shù)分別為186.96%和160.27%，在旺長期G-28的脯氨酸積累指數(shù)仍為較高的136.32%，此外云煙202、NC82、筑波1號的脯氨酸積累指數(shù)也高達(dá)130%以上，這些品種可以通過大幅度積累脯氨酸以適應(yīng)干旱環(huán)境；而紅花大金元、云煙87、云煙99、NC95在2個(gè)生育期中的干旱脅迫下脯氨酸積累程度均較低。

可溶性糖是細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)的主要貢獻(xiàn)者，在干旱脅迫下，植物積累可溶性糖，抵抗不利環(huán)境，維持其結(jié)構(gòu)的完整和正常生長[22]。由圖7可知，在不同的生育期，不同烤煙品種的可溶性糖的積累能力相差較大；在團(tuán)棵期，云煙85、G-80、筑波1號的可溶性糖積累指數(shù)最高，分別為64.64%、107.23%和75.42%，而在旺長期則為云煙99、RG17、K346和筑波1號。

丙二醛（MDA）是膜脂過氧化的產(chǎn)物之一，常被用作衡量脂質(zhì)過氧化程度的指標(biāo)[23]。由圖8可知，24個(gè)烤煙品種中，干旱脅迫對葉片中MDA積累的影響在團(tuán)棵期和旺長期相似；通過MDA增長率和隸屬函數(shù)分析可知，云煙202、NC89和革新3號在2個(gè)生育期中MDA積累程度均較高，而云煙87、CV87和NC95的MDA含量增長率則較低。

2.3 干旱脅迫下24個(gè)品種抗旱性的綜合評價(jià)

由表2～3可知，干旱脅迫下，各指標(biāo)的響應(yīng)差異較大，使用單一指標(biāo)并不能完全反映出品種抗旱性的強(qiáng)弱。通過對團(tuán)棵期和旺長期各個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)平均值的評價(jià)分析并得到綜合排名（表4），可以看出筑波1號、G-80、K346和潘圓黃抗旱性較強(qiáng)，而吉煙7號、云煙87、NC89抗旱性較弱。

3 討論與結(jié)論

作物抗旱性鑒定指標(biāo)大致可分為形態(tài)生長指標(biāo)和生理生化指標(biāo)2大類[24-28]。在前期研究的基礎(chǔ)上[29-32]，本研究選用了株高、葉數(shù)、葉面積、根冠比等與抗旱性密切相關(guān)的生長指標(biāo)，結(jié)合生理生化指標(biāo)測定，對24個(gè)烤煙品種在不同生長時(shí)期（團(tuán)棵期和旺長期）的抗旱性分別進(jìn)行比較篩選與綜合評價(jià)。

干旱脅迫下煙草的生長發(fā)育受到嚴(yán)重抑制，株高、葉片形態(tài)、有效葉片數(shù)減小，生物量大幅下降，根冠比升高[33-35]。余濼等[33]研究指出，在團(tuán)棵期、旺長期、成熟期，最適于為煙營養(yǎng)吸收的土壤相對含水率分別為 70%～75%、80%～85%和 70%～75%，表明煙草在不同生長時(shí)期對水分的敏感度存在一定的差異。林杰[35]最新研究發(fā)現(xiàn)，使用株高、最大葉長、最大葉寬、葉片數(shù)、葉綠素含量等作為抗旱性篩選指標(biāo)，對5種主栽煙草品種（云煙87、K326、NC89、秦?zé)?6、云煙97）在旺長期、現(xiàn)蕾期和成熟期的抗旱性評定結(jié)果存在一定的差異。不同指標(biāo)在不同時(shí)期變化可能是相似的，比如株高，在旺長期和現(xiàn)蕾期都表現(xiàn)為降低；但也可能是相反的，比如葉綠素含量。本研究結(jié)果顯示，24個(gè)烤煙品種中，干旱脅迫不同程度地抑制了其株高、葉片數(shù)、葉面積和根冠比，且對同一個(gè)品種在不同的生長階段，各個(gè)指標(biāo)的變化亦有所不同，如干旱在團(tuán)棵期抑制了絕大多數(shù)品種的株高，而對于G-80、革新三號和NC95這種抑制作用在旺長期才明顯地表現(xiàn)出來。煙草的抗旱性是一個(gè)受多因素影響的復(fù)雜數(shù)量性狀，且不同品種的抗旱機(jī)制也不盡相同，使得不同品種對某一個(gè)具體的指標(biāo)的抗旱性反應(yīng)也不一定相同[36]。

水是植物生命活動的基礎(chǔ)，其含量通常占植物組織鮮重的65%～90%。植物葉片的相對含水量直接反映葉片組織的水分虧缺狀態(tài)，常為衡量植物抗旱性的重要指標(biāo)。汪耀富等[37]研究發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下，煙草葉片中相對含水量下降，水勢降低。本試驗(yàn)結(jié)果表明，多數(shù)品種的葉片組織含水量在旺長期均受到干旱脅迫的明顯影響，但少數(shù)品種如G-80、潘圓黃、K326等，其葉片含水量在2個(gè)時(shí)期均未檢測到顯著變化，表現(xiàn)出較強(qiáng)的葉片保水能力。

MDA是膜脂過氧化的產(chǎn)物之一，常被用作干旱脅迫下衡量脂質(zhì)過氧化程度的指標(biāo)[23]。植物在干旱脅迫下通過主動性積累某些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和可溶性物質(zhì)，以維持細(xì)胞的含水量和膨壓[38]。脯氨酸是高等植物中受到最廣泛關(guān)注的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，近年來還報(bào)道了其維持生物大分子結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)、維持細(xì)胞的氧化還原平衡、清除活性氧等多重功能[39]。盡管目前對于脯氨酸積累與植物抗旱性的直接關(guān)系尚無定論[40]，但已在玉米、大麥等多種作物發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下抗旱強(qiáng)的品種能夠積累更多的脯氨酸[39]。除脯氨酸外，研究還發(fā)現(xiàn)可溶性糖也可作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)參與馬鈴薯、油菜、煙草等多種作物的抗旱性形成[41-42]。在本研究結(jié)果中，干旱脅迫均引起了煙草葉片MDA含量的增加，同時(shí)誘導(dǎo)了脯氨酸和可溶性糖的積累，但不同品種甚至對于同一品種在不同生育期，各物質(zhì)的積累程度也有所差異，如脯氨酸是G-28在干旱脅迫下團(tuán)棵期和旺長期均發(fā)生顯著積累的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，潘圓黃在團(tuán)棵期積累脯氨酸的程度遠(yuǎn)高于旺長期。而革新三號和筑波1號在干旱脅迫下的滲透調(diào)節(jié)則以可溶性糖積累為主。此外本研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，各品種滲透調(diào)節(jié)能力的高低與膜脂過氧化程度也不存在直接相關(guān)性，如云煙202在干旱脅迫下，團(tuán)棵期和旺長期均能積累較高程度的脯氨酸，但其膜脂過氧化程度也很高，這些結(jié)果與林杰[35]研究結(jié)果一致性，也直接反映了單一指標(biāo)評價(jià)抗旱性的片面性。

作物的抗旱性是一個(gè)受多基因調(diào)控的復(fù)雜數(shù)量性狀，可分為避旱性和耐旱性，后者又包括避脫水性和耐脫水性[14]。不同作物品種甚至同一品種在不同生育期對某一個(gè)具體的指標(biāo)的抗旱性反應(yīng)也存在一定的差異[35]，因此使用單一指標(biāo)進(jìn)行抗旱性評定會不可避免的存在片面性。本試驗(yàn)在前期研究的基礎(chǔ)上[31-32]， 采用隸屬函數(shù)值分析法，綜合選用多個(gè)形態(tài)生長指標(biāo)和生理生化指標(biāo)，并采用性狀相對值作為評價(jià)品種耐旱性的指標(biāo)，分別以脅迫指數(shù)和指標(biāo)增長率來評價(jià)不同烤煙品種各性狀的抗旱性[43-44]，以消除不同煙草品種間遺傳背景的差異，使評定結(jié)果更全面、準(zhǔn)確。隸屬函數(shù)值分析法提供了一種在多指標(biāo)測定基礎(chǔ)上對植物抗旱性進(jìn)行綜合評價(jià)的途徑，鑒定結(jié)果比較科學(xué)合理，避免了單一指標(biāo)的片面性，近年來被廣泛應(yīng)用于多種作物的抗旱性評定[45-46]。本研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)，不同品種在干旱脅迫處理下，不同指標(biāo)變化存在差異，并且同一品種同一指標(biāo)在團(tuán)棵期和旺長期變化也不盡相同，使用隸屬函數(shù)值分析法進(jìn)行抗旱性綜合評價(jià)是比較有效的一種篩選方法，可用于對不同烤煙品種進(jìn)行綜合性抗旱性鑒定與評價(jià)。

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責(zé)任編輯：古小玲