劉領(lǐng)，李冬，馬宜林，王麗君，趙世民，周俊學(xué)，申洪濤，王艷芳*

(1.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽 471023；2.河南省煙草公司洛陽市公司技術(shù)中心，河南 洛陽 471023；3.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，河南 鄭州 450016)

干旱是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中常見的非生物脅迫因子之一，對全球農(nóng)作物產(chǎn)量的影響在所有自然災(zāi)害中排在首位[1]。近年來，由于氣候環(huán)境變化而引起干旱強(qiáng)度、頻度及持續(xù)時間的顯著增加，已成為許多地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要限制因素[2]。干旱脅迫常引起植株體內(nèi)活性氧過量積累，導(dǎo)致膜脂過氧化，影響細(xì)胞正常代謝，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，促進(jìn)膜滲漏發(fā)生，造成膜功能改變及生物大分子蛋白質(zhì)和核酸等受損，抑制植物的光合作用，并最終誘導(dǎo)細(xì)胞乃至整個植株的死亡[3-4]?？緹?Nicotianatabacum)是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，煙葉生產(chǎn)是煙區(qū)農(nóng)民增收的主要來源，在國家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用?？緹熢谡麄€生育期內(nèi)對水分的要求較高，尤其是幼苗移栽后若無法得到充足的水分進(jìn)行緩苗生根，就會因干旱脅迫而產(chǎn)生生理障礙甚至引起死亡[5]，從而影響到煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，如何增強(qiáng)烤煙幼苗對干旱脅迫的適應(yīng)性，使其在干旱環(huán)境下維持較高的產(chǎn)量和品質(zhì)是旱作區(qū)煙葉生產(chǎn)亟待解決的關(guān)鍵問題，也是保障煙葉有效供給和煙區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

褪黑素(N-乙酰-5-甲氧基色胺，melatonin，MT，化學(xué)式C13H16N2O2)是廣泛存在于動植物體內(nèi)的吲哚類化合物，具有很強(qiáng)的抗氧化作用[6-7]。近年來，隨著MT在植物體內(nèi)的發(fā)現(xiàn)，其在植物生理調(diào)節(jié)、增強(qiáng)抗逆性等方面的研究已成為熱點(diǎn)。MT作為一種有效的抗氧化劑，能直接清除植株體內(nèi)自由基，降低活性氧的積累，保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)，提高酶蛋白的活性，并調(diào)控抗逆基因的表達(dá)，可有效地緩解植物干旱[8]、鹽[9]、重金屬[10]、高溫[11]和冷害脅迫[12]及UV輻射[13]等非生物脅迫傷害。楊小龍等[7]研究表明，在干旱脅迫下，外源MT能顯著增強(qiáng)番茄(Lycopersiconesculentum)葉片光合作用，提高光系統(tǒng)的電子傳遞速率，加強(qiáng)光能向光化學(xué)反應(yīng)方向的分配，緩解干旱脅迫對番茄幼苗光合性能的抑制。吳燕等[8]研究表明，外源MT可通過促進(jìn)滁菊(Dendranthemamorifolium)幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，有效降低干旱脅迫對細(xì)胞膜的傷害，維持正常的細(xì)胞膜功能，提高光合性能，從而增加其對干旱環(huán)境的適應(yīng)性。目前MT對逆境脅迫下茄子(Solanummelongena)、甜瓜(Cucumismelo)、黃瓜(Cucumissativus)、葡萄(Vitisvinifera)等[14-17]園藝作物生理生化響應(yīng)的研究較多，而有關(guān)外源MT對烤煙在干旱脅迫下幼苗生長發(fā)育及生理調(diào)控機(jī)制的研究鮮見報道。豫西煙區(qū)是河南省烤煙的主產(chǎn)區(qū)，屬于半濕潤易旱區(qū)，全年降水量不足且分布不均勻，尤其煙苗移栽期干旱頻發(fā)，是烤煙優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)的主要限制因素。鑒于此，本研究針對豫西煙區(qū)煙苗在移栽后常年存在的干旱脅迫問題，通過葉面噴施MT作為調(diào)控手段，以具有耐旱性差異的2個主栽烤煙品種‘豫煙6號’和‘豫煙10號’為材料，研究外源MT對干旱脅迫下烤煙幼苗生長、光合熒光特性及抗氧化系統(tǒng)的影響，探究外源MT在增強(qiáng)烤煙幼苗干旱脅迫耐受性中的作用和生理機(jī)制，旨在為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上提高烤煙幼苗對干旱脅迫的抵抗能力提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

選用2個不同抗旱能力的烤煙品種‘豫煙6號’(耐旱型，Y6)和‘豫煙10號’(干旱敏感型，Y10)，煙草種子由洛陽市煙草公司提供。褪黑素購于美國Sigma公司，試驗(yàn)用于模擬干旱脅迫的聚乙二醇(PEG-6000)購于上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)于2018年5月在河南科技大學(xué)旱作與節(jié)水生理生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)種子用10% (V/V)H2O2表面消毒10 min，蒸餾水沖洗后浸種8 h，然后在育苗盤中發(fā)芽，放入人工氣候培養(yǎng)箱中，設(shè)置光照強(qiáng)度為4000 μmol·m-2·s-1，晝/夜溫度(28/20±2) ℃，光照周期為14 h/10 h，當(dāng)煙苗生長至4葉期時，選取形態(tài)長勢基本一致的煙草幼苗，用蒸餾水洗凈根部后移入盛有Hoagland營養(yǎng)液[pH(5.7±0.2)]的不透明水培箱中(規(guī)格：41.0 cm×31.0 cm×14.5 cm)，每盆定苗20株，待烤煙幼苗培養(yǎng)至五葉一心時進(jìn)行干旱脅迫處理試驗(yàn)，同時噴施不同濃度外源MT(0、0.1、0.2和0.4 mmol·L-1MT)。

試驗(yàn)共設(shè)5個處理：1) CK：Hoagland營養(yǎng)液+噴施蒸餾水；2) T1：Hoagland營養(yǎng)液+15% PEG+噴施蒸餾水；3) T2：Hoagland營養(yǎng)液+15% PEG+噴施0.1 mmol·L-1MT；4) T3：Hoagland營養(yǎng)液+15% PEG+噴施0.2 mmol·L-1MT；5) T4：Hoagland營養(yǎng)液+15% PEG+噴施0.4 mmol·L-1MT。于Hoagland營養(yǎng)液中加入15%濃度的(W·V-1)PEG-6000，以模擬中度干旱脅迫(滲透勢約為-0.3 MPa)。每個處理20株煙苗，重復(fù)3次，每2 d更換一次相應(yīng)的處理液。外源MT于干旱處理當(dāng)天開始均勻噴施在葉片正反兩面，以葉片正反面都無溶液滴下為宜，噴施量為每盆20 mL，同時為防止強(qiáng)光降解MT，噴施時間為20:00左右，每2 d噴施1次，共噴施3次。試驗(yàn)處理6 d后，取烤煙幼苗自上而下第3片真葉進(jìn)行光合、葉綠素?zé)晒鈪?shù)及各項(xiàng)生理指標(biāo)的測定。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1生物量及根系形態(tài)指標(biāo)測定 在處理6 d后，將煙苗整株從盆中取出，用吸水紙將葉片和根系水分吸干，從根莖結(jié)合處剪斷，分別稱量地上部鮮重和地下部鮮重。采用Epson 1680型掃描儀(日本Seiko Epson公司)及WinRHIZ0 2008根系分析軟件(加拿大Regent公司)對根系總長度、根系表面積、根系平均直徑和根尖數(shù)進(jìn)行分析。

1.3.2葉綠素相對含量的測定 采用SPAD-502PLUS葉綠素儀(日本Konica Minolta公司)進(jìn)行測量，每片葉選取葉尖、葉中和葉基3個部位，測定葉綠素相對含量(soil and plant analyzer development，SPAD)，取平均值。

1.3.3光合參數(shù)的測定 采用LI-6400型光合作用儀(美國Li-COR公司)于上午9:00-11:00進(jìn)行測量。測定時選擇Li-6400-02B紅藍(lán)光光源葉室，溫度為25 ℃，使用開放式氣路，空氣相對濕度為50%～70%，設(shè)定有效光合輻射(photo-synthetically active radiation，PAR)為800 μmol·m-2·s-1，CO2濃度為400 μmol·mol-1。凈光合速率(net photosynthetic rate，Pn)、氣孔導(dǎo)度(stomatal conductance，Gs)、蒸騰速率(transpiration，Tr)和胞間CO2濃度(intercellular CO2concentration，Ci)由光合儀直接測定，并計算水分利用效率(water use efficiency，WUE)即Pn/Tr，氣孔限制值(stomatal limitation index，Ls)即1-Ci/Co(Co為設(shè)定的CO2濃度)。

1.3.4葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定 采用PAM-2100便攜式調(diào)制熒光儀(德國Walz公司)進(jìn)行測定。先測定光下最大熒光(maximum fluorescence under light，F(xiàn)m′)、穩(wěn)態(tài)熒光(steady-state fluorescence，F(xiàn)s)和光下最小熒光(minimal fluorescence under light，F(xiàn)o′)；然后將同部位烤煙幼苗葉片暗適應(yīng)20 min，測定初始熒光(minimal fluorescence，F(xiàn)o)、最大熒光(maximum fluorescence，F(xiàn)m)。通過以上測定的葉綠素?zé)晒鈪?shù)計算出光系統(tǒng)Ⅱ最大光化學(xué)效率(maximum quantum efficiency of PSⅡ，F(xiàn)v/Fm)=(Fm-Fo)/Fm、光系統(tǒng)Ⅱ?qū)嶋H光化學(xué)效率(effective quantum yield of PSⅡ，ΦPSⅡ)=(Fm′-Fs)/Fm′、光化學(xué)猝滅系數(shù)(photochemical quenching，qP)=(Fm′-Fs)/(Fm′-Fo′)和非光化學(xué)猝滅系數(shù)(non-photochemical quenching，NPQ)=(Fm-Fm′)/Fm′。

1.3.5生理生化指標(biāo)的測定 采用氮藍(lán)四唑光化還原法測定超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性，采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶(peroxidase，POD)活性，采用紫外吸收法測定過氧化氫酶(catalase，CAT)活性，采用硫代巴比妥酸比色法測定丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量[18]，參照王愛國等[19]的方法測定超氧陰離子產(chǎn)生速率(O2-·)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，采用Origin 9.0軟件進(jìn)行繪圖，所有數(shù)據(jù)均為3個重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(Mean±SE)。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源MT對干旱脅迫下煙苗生物量和根系形態(tài)的影響

與對照相比，干旱脅迫下Y6的地上部鮮重、地下部鮮重、總根長、總根表面積、根平均直徑和根尖數(shù)分別降低了30.67%、38.40%、33.98%、39.89%、33.27%和40.49%(表1)，Y10降低了50.96%、45.05%、47.58%、44.30%、49.11%和52.89%，說明干旱脅迫顯著抑制了烤煙幼苗的生長，且對Y10的抑制程度更為明顯；隨著外源MT處理的濃度不斷提高，干旱脅迫下烤煙幼苗的地上部鮮重、地下部鮮重、總根長、總根表面積、根平均直徑和根尖數(shù)表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，且均以T3處理效果最為顯著。與單純干旱脅迫相比，T3處理下Y6的地上部鮮重、地下部鮮重、總根長、總根表面積、根平均直徑和根尖數(shù)分別提高了26.52%、25.86%、28.80%、23.41%、35.94%和43.05%，Y10分別提高了62.73%、48.00%、75.29%、44.30%、61.10%和83.97%。說明外源MT能顯著緩解干旱脅迫對烤煙幼苗生長的抑制作用，提高地上部與地下部生物量，促進(jìn)煙草幼苗的根系生長，且對干旱敏感型品種Y10的效果大于耐旱型品種Y6。

表1 外源MT對干旱脅迫下烤煙幼苗生長的影響Table 1 Effects of exogenous melatonin on the growth of flue-cured tobacco seedlings under drought stress

注：不同小寫字母表示同一品種不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: Different lowercase letters mean significant differences among different treatments of the same variety at 0.05 level. The same below.

2.2 外源MT對干旱脅迫下烤煙幼苗葉片葉綠素相對含量的影響

圖1 外源MT對干旱脅迫下烤煙幼苗葉綠素相對含量(SPAD值)的影響Fig.1 Effects of exogenous melatonin on SPAD value of flue-cured tobacco seedlings under drought stress不同小寫字母表示同一品種不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。Different lowercase letters mean significant differences among different treatments of the same variety at 0.05 level. The same below.

與對照相比，干旱脅迫顯著降低了烤煙幼苗的葉綠素相對含量(圖1)。干旱脅迫下Y6和Y10的葉綠素含量分別較對照降低了44.80%和55.00%。隨著MT處理濃度的增加，干旱脅迫下不同處理的葉綠素相對含量呈先升高后降低的趨勢，且均以T3為最高；與單純干旱脅迫相比，T3處理下的Y6和Y10的葉綠素含量分別提高了28.27%和85.51%。說明在干旱脅迫下，外源MT能顯著促進(jìn)煙草幼苗體內(nèi)葉綠素的合成，在一定程度上能提高烤煙幼苗的光合作用，并且對干旱敏感型品種Y10影響較大。

2.3 外源MT對干旱脅迫下烤煙幼苗葉片光合參數(shù)的影響

與對照相比，干旱脅迫下，烤煙幼苗的Pn、Tr、Gs、Ls和WUE均顯著降低，Ci顯著提高，且整體來看，Y10的變化幅度較大，說明干旱脅迫對烤煙幼苗Y10品種的光合作用抑制效果更為顯著(圖2)。在干旱脅迫下，隨著MT處理濃度的增加，不同處理的Pn、Tr、Gs、Ls和WUE呈先升高后降低的趨勢，均以T3為最高；與單純干旱脅迫相比，T3處理下Y6和Y10的Pn分別提高了47.96%和244.85%，Tr分別提高了45.96%和121.75%，Gs分別提高了31.35%和117.11%，Ls分別提高了73.88%和80.66%，WUE分別提高了115.11%和161.60%，Ci分別降低了21.72%和25.36%。說明在干旱脅迫下，外源MT能顯著提高煙草幼苗水分利用效率，促進(jìn)光合碳同化能力，增強(qiáng)光合能力，且對干旱敏感型品種的作用效果大于耐旱型品種。

圖2 外源MT對干旱脅迫下烤煙幼苗光合特性的影響Fig.2 Effects of exogenous melatonin on photosynthetic characteristics of flue-cured tobacco seedlings under drought stress

2.4 外源MT對干旱脅迫下烤煙幼苗葉片葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h3>

與對照相比，干旱脅迫下，兩個品種烤煙幼苗的PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)和光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)均顯著降低，非光化學(xué)猝滅系數(shù)NPQ顯著升高，說明干旱脅迫對烤煙葉片的光合機(jī)構(gòu)造成了一定程度的損傷(圖3)。在干旱脅迫下，隨著外源MT濃度的增加，烤煙幼苗的PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)和光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，且均以T3處理為最高。與單純干旱脅迫相比，T3處理下Y6和Y10的PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)分別提高了7.56%和11.63%；PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)分別提高了24.04%和34.52%；光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)分別提高了9.62%和14.21%；非光化學(xué)猝滅系數(shù)NPQ分別降低了15.79%和24.18%。說明，外源MT能有效減緩干旱脅迫對烤煙幼苗的光抑制效應(yīng)，提高光能的吸收、PSⅡ反應(yīng)中心的電子傳遞效率、光化學(xué)效率，降低熱耗散對光合系統(tǒng)的傷害，且對干旱敏感型品種的作用效果更明顯。

圖3 外源MT對干旱脅迫下烤煙幼苗葉綠素?zé)晒獾挠绊慒ig.3 Effects of exogenous melatonin on chlorophyll fluorescence of flue-cured tobacco seedlings under drought stress

2.5 外源MT對干旱脅迫下烤煙幼苗丙二醛含量的影響

干旱脅迫顯著提高了兩個品種烤煙幼苗的MDA含量(圖4)。與對照相比，干旱脅迫下Y6和Y10的MDA含量分別提高了72.42%和192.85%；隨著噴施外源MT濃度的增加，干旱脅迫下烤煙幼苗體內(nèi)的MDA含量呈先降低后升高的趨勢，且均以T3為最低。與單純干旱脅迫相比，T3處理下Y6和Y10的MDA含量分別降低了28.04%和44.80%，說明在干旱脅迫下，外源MT能有效抑制烤煙幼苗體內(nèi)MDA的積累，降低細(xì)胞膜受損害的程度，且對干旱敏感型品種的作用效果更強(qiáng)。

2.6 外源MT對干旱脅迫下烤煙幼苗超氧陰離子產(chǎn)生速率的影響

與對照相比，干旱脅迫處理下Y6和Y10的超氧陰離子產(chǎn)生速率分別提高了207.13%和282.83%，且均達(dá)顯著水平(圖5)。在干旱脅迫下，隨著MT處理濃度的增加，不同處理的超氧陰離子產(chǎn)生速率呈先降低后升高的趨勢，且均以T3為最低。與單純干旱脅迫相比，T3處理下Y6和Y10的超氧陰離子產(chǎn)生速率分別降低了37.91%和43.88%。說明在干旱脅迫下，外源MT能顯著降低煙草幼苗體內(nèi)超氧陰離子產(chǎn)生速率，降低活性氧的積累，且對干旱敏感型品種的效果好于耐旱型品種。

2.7 外源MT對干旱脅迫下烤煙幼苗抗氧化酶活性的影響

與對照相比，單純干旱脅迫下Y6的SOD、POD和CAT活性提高了12.96%、36.36%和15.45%，達(dá)顯著水平， 而Y10的POD、CAT和SOD活性無明顯變化，表明干旱脅迫能顯著促進(jìn)Y6品種烤煙幼苗抗氧化酶活性的提高，而對Y10品種烤煙幼苗抗氧化酶活性的影響無顯著性差異(圖6)。在干旱脅迫下，隨著外源MT處理濃度的提高，不同處理的POD、CAT和SOD活性呈先升高后降低的趨勢，且均以T3處理效果最為明顯。與單純干旱脅迫相比，T3處理下Y6和Y10的SOD活性提高了28.97%和42.17%，POD活性提高了52.38%和119.53%，CAT活性提高了38.84%和68.01%。說明在干旱脅迫下，外源MT能顯著提高煙草幼苗的SOD、POD和CAT活性，以清除干旱脅迫產(chǎn)生的活性氧和自由基，緩解干旱脅迫引起的膜脂過氧化，且對干旱敏感型品種的提升幅度更大。

圖4 外源MT對干旱脅迫下烤煙幼苗MDA含量的影響Fig.4 Effects of exogenous melatonin on MDA content of flue-cured tobacco seedlings under drought stress

圖5 外源MT對干旱脅迫下烤煙幼苗O2-·產(chǎn)生速率的影響Fig.5 Effects of exogenous melatonin on the production rate of superoxide anion of flue-cured tobacco seedlings under drought stress

圖6 外源MT對干旱脅迫下烤煙幼苗SOD、POD和CAT活性的影響Fig.6 Effects of exogenous melatonin on activity of SOD, POD and CAT of flue-cured tobacco seedlings under drought stress

3 討論

生物量和根系形態(tài)特征的變化是植物對干旱脅迫的綜合反應(yīng)，也是評估抗逆性的重要指標(biāo)[20-21]。根系作為植物體重要的吸收和代謝器官，具有吸收水分，輸導(dǎo)無機(jī)鹽，合成有機(jī)化合物、固定和支持植物體等作用，其生長發(fā)育及形態(tài)特征直接影響到地上部莖葉的生長和作物產(chǎn)量的高低[22]。本研究中，在干旱脅迫下，2個品種烤煙幼苗的生長及根系發(fā)育均受到顯著抑制，其中干旱敏感型品種受到的損傷程度大于耐旱型品種，說明不同耐旱性品種對干旱脅迫的響應(yīng)具有明顯差異；噴施外源MT能有效緩解干旱脅迫對兩個品種烤煙幼苗生長的抑制作用，且對干旱敏感型品種的作用效果更為顯著；在干旱脅迫下，烤煙幼苗的生物量、總根長、總根表面積、根平均直徑和根尖數(shù)隨外源MT濃度的增加均表現(xiàn)為先升高后下降的趨勢，其中以0.2 mmol·L-1MT處理的效果最佳，而高濃度MT對烤煙幼苗生長表現(xiàn)出減緩抗逆性的效果，說明外源MT能通過促進(jìn)烤煙幼苗根系的生長，從而增強(qiáng)根系的吸收活力，以緩解干旱脅迫對烤煙幼苗生長的抑制作用，這與吳燕等[8]在滁菊幼苗上的研究結(jié)果相似，但表現(xiàn)出的最佳MT濃度不同，可能與不同作物品種的抗旱性及其自身體內(nèi)的內(nèi)源褪黑素含量有關(guān)。

葉綠體是植物光合作用的重要場所，煙株葉綠素含量的變化反映植物對脅迫的敏感性，同時影響著植株的光合產(chǎn)量[23-24]，在干旱脅迫下，植物細(xì)胞內(nèi)活性氧大量產(chǎn)生，導(dǎo)致葉綠素生物合成受阻，植物葉片失綠，葉綠素含量下降，對植物光合機(jī)構(gòu)產(chǎn)生傷害。MT是一種新型植物內(nèi)源激素，在生理調(diào)節(jié)、提高植物抵御逆境脅迫等方面發(fā)揮著重要作用。本試驗(yàn)結(jié)果表明，噴施不同濃度的外源MT在一定程度上減輕了葉綠素含量的下降程度，表明外源MT能增強(qiáng)干旱脅迫下烤煙幼苗葉片光合色素的穩(wěn)定性，抑制色素降解，減輕烤煙幼苗葉片葉綠體的分解破壞，這與Zhang等[25]研究中的外源MT對低溫脅迫下甜瓜幼苗葉片的葉綠素含量變化趨勢較為一致，這可能與MT能抑制葉片葉綠素降解關(guān)鍵酶-脫鎂葉綠酸a加氧酶基因及葉片衰老相關(guān)基因12(SAG12)的轉(zhuǎn)錄水平，增強(qiáng)光合色素的穩(wěn)定性有關(guān)[26-27]。目前已有研究表明，造成植物光合碳同化下降的原因主要分為氣孔因素和非氣孔因素，當(dāng)Ci與Gs同時下降時，Pn下降主要是由于氣孔因素引起；當(dāng)Ci升高而Gs下降，則Pn的下降主要是由非氣孔因素引起[28-29]。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下，2個不同抗旱性品種的烤煙幼苗葉片Pn和Gs均顯著降低，Ci顯著增加，葉片中CO2的利用受到阻礙，造成細(xì)胞間隙CO2積累，表明烤煙幼苗光合速率的下降由非氣孔因素引起；外源MT能有效提高干旱脅迫下烤煙幼苗葉片Pn、Tr、Gs、WUE和Ls，降低Ci，這與葉君等[30]在小麥(Triticumaestivum)上的研究結(jié)果相一致，說明外源MT能通過促進(jìn)根系生長，提高植株根系吸收與運(yùn)輸水分的能力，提高光合碳同化能力，改善氣孔限制和非氣孔因素，減小氣孔擴(kuò)散阻力，進(jìn)而提高光合效率，而高濃度MT則可能會損傷葉片光合器官，進(jìn)而抑制葉片CO2的固定和轉(zhuǎn)化作用。

植物在正常情況下吸收的光能主要通過光化學(xué)反應(yīng)、葉綠素?zé)晒獍l(fā)射和熱耗散3種途徑來消耗，這3種途徑之間又存在此消彼長的競爭關(guān)系，所以通過測定葉綠素?zé)晒庾兓梢猿浞址从吵龉夂献饔煤蜔岷纳⒌那闆r[31-32]。本研究結(jié)果表明，干旱脅迫導(dǎo)致2個品種烤煙幼苗的PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)和光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)均顯著降低，且弱抗旱性的品種降低幅度大于強(qiáng)抗旱性品種，說明干旱脅迫導(dǎo)致葉綠體光合機(jī)構(gòu)受損，關(guān)閉的PSⅡ反應(yīng)中心所占的比例升高，PSⅡ反應(yīng)中心的電子傳遞受阻，過剩激發(fā)能增加。干旱脅迫下外源MT能通過抑制NPQ的上升，減輕熱耗散對光合機(jī)構(gòu)的損傷程度，保護(hù)光合系統(tǒng)，緩解干旱脅迫對烤煙幼苗PSⅡ系統(tǒng)的損傷，維持PSⅡ光化學(xué)活性及光合電子傳遞的正常進(jìn)行，提高光能轉(zhuǎn)化效率，增強(qiáng)光合能力。這與楊小龍等[7]對MT在番茄幼苗上的研究結(jié)果一致。

干旱條件下植物體內(nèi)會積累大量的活性氧，導(dǎo)致膜脂過氧化及脫脂化作用而使植物細(xì)胞受到損傷。膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)是反映膜損傷程度和植物抗逆性強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[33]。逆境脅迫下，需氧植物體內(nèi)ROS代謝失衡，伴隨著NADPH和ATP的產(chǎn)生，質(zhì)膜上NADPH氧化酶與O2反應(yīng)生成過量的O2-·，誘發(fā)膜脂過氧化，使膜結(jié)構(gòu)受損、細(xì)胞脫水、離子外滲、酶活性下降，進(jìn)而引起代謝紊亂、生長受阻[34]。葉君等[30]研究表明，在干旱脅迫下，MT能增強(qiáng)抗氧化能力，減輕氧化傷害，降低干旱脅迫下小麥幼苗MDA含量。在本研究中，噴施不同濃度的外源MT均能顯著降低干旱脅迫下烤煙幼苗葉片中的MDA含量和O2-·產(chǎn)生速率，其中以0.2 mmol·L-1MT效果最佳，說明適宜濃度的外源MT能緩解干旱脅迫對烤煙幼苗細(xì)胞造成的傷害，修復(fù)細(xì)胞膜所遭受的氧化損傷，降低活性氧的積累，且對干旱敏感型品種作用效果更為顯著。高濃度的MT可能會過度增強(qiáng)植物體內(nèi)活性氧的清除能力，使細(xì)胞內(nèi)活性氧產(chǎn)生和清除的動態(tài)平衡受到影響，從而降低植物的抗逆性，這與劉仕翔等[35]在水稻(Oryzasativa)上的研究結(jié)果較為相似。植物細(xì)胞內(nèi)存在清除活性氧的酶促保護(hù)系統(tǒng)，SOD、POD和CAT是植物細(xì)胞內(nèi)清除活性氧的酶保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，在干旱調(diào)節(jié)、自由基清除、細(xì)胞保護(hù)等抗性生理中發(fā)揮著重要的作用。植物在脅迫初期，體內(nèi)的SOD、POD和CAT活性會明顯上升以便清除過量產(chǎn)生的活性氧自由基，SOD可以將O2-·歧化反應(yīng)生成H2O2和O2，POD參與H2O2的清除，CAT通過酶的血紅素鐵與H2O2反應(yīng)生成鐵過氧化物活性體[36]。在本試驗(yàn)中，干旱脅迫下，抗旱性強(qiáng)的烤煙品種‘豫煙6號’的SOD、POD和CAT活性均顯著提高，而抗旱性弱的‘豫煙10號’的SOD、POD和CAT活性則無明顯變化，說明抗性強(qiáng)的品種可能會通過激發(fā)自身抗氧化系統(tǒng)相關(guān)的調(diào)控基因，以清除體內(nèi)的活性氧，而抗性弱的品種則由于自身調(diào)節(jié)能力不足，活性氧的過量積累，導(dǎo)致細(xì)胞膜受損嚴(yán)重。施用不同濃度的外源MT均能顯著提高烤煙幼苗的SOD、POD和CAT活性，且隨外源MT濃度的增加呈先增加后降低的趨勢，這與余雪娜等[37]在茄子幼苗上的研究結(jié)果一致，說明外源MT能顯著提高植物幼苗的SOD、POD和CAT活性，可能是由于外源MT能夠增加抗氧化酶相關(guān)基因的表達(dá)量來提高抗氧化酶活性，增強(qiáng)活性氧及自由基的清除能力和對干旱脅迫的抵御能力，從而減輕干旱脅迫對烤煙幼苗細(xì)胞造成的損傷。

4 結(jié)論

外源MT能夠通過提高烤煙幼苗體內(nèi)抗氧化酶活性，加速活性氧和自由基的清除，減輕膜脂過氧化，維持細(xì)胞正常代謝活動，保護(hù)葉綠體結(jié)構(gòu)和光合器官，增強(qiáng)PSⅡ光化學(xué)活性，提高葉片光合效率，從而緩解干旱脅迫對烤煙幼苗生長的抑制，提高煙苗對干旱脅迫的適應(yīng)能力。外源MT對烤煙幼苗干旱脅迫的緩解效應(yīng)具有基因型差異和劑量效應(yīng)，對干旱敏感型的‘豫煙10號’效果好于耐旱型的‘豫煙6號’品種，且以0.2 mmol·L-1MT的噴施效果最佳。