24个烤烟品种田间抗旱性的比较筛选与综合评价

盛业龙 王莎莎 许美玲 黄国宾 马文广 杨双龙 段胜智 王丽特 杨利云 赵静 肖炳光 龚明

摘 要 为筛选可用于生产和育种的抗旱烤烟品种，本试验利用大型活动式防雨旱棚进行人工控水，对24个烤烟品种进行干旱胁迫，对团棵期和旺长期各烤烟品种生长指标及抗旱相关生理生化指标进行测定。结果表明，干旱下株高、单叶面积、叶片含水量、根冠比等生长指标均呈下降趋势，而脯氨酸、可溶性糖和丙二醛（MDA）含量则有所增加，但不同品种间甚至同一品种在不同生育期下各项指标的变化存在明显差异。利用模糊数学中隶属函数的方法计算各指标的隶属函数值并对不同品种在2个生育期的抗旱性进行综合评价，发现筑波1号的平均隶属函数值最高，为0.721，其他依次为G-80（0.676 5）、K346（0.631）和潘圆黄（0.608 5），抗旱性较强，而云烟87、吉烟7号、NC89的平均隶属函数值均低于0.4，表现出相对较弱的抗旱性。

关键词 烤烟；干旱胁迫；抗旱性；综合评价

中图分类号 S572 文献标识码 A

干旱、低温、盐渍等多种环境因子对农作物的生长和产量有重要影响[1-2]。干旱是影响植物生长发育和产量的主要因子，因干旱胁迫对农作物造成的损失在所有非生物胁迫中占首位[3]。烟草是中国重要的经济作物之一，种植面积和总产量居世界之首[4]。作为以叶片为收获对象的烟草而言，整个生育期对水分需求很敏感，尤其在移栽后如果得不到适量的水分，就会受干旱胁迫而产生生理障碍，引起光合作用下降[5]，烟叶抗氧化系统变化[6]，烟叶渗透调节系统的变化[7-8]，导致植株生长受阻，最终影响其产量和品质[9-11]。

云南由于其特定的生态环境，拥有独特和优质的烟叶风格，成为中国主产优质烟区。但近几年中西南部地区频繁发生的干旱[12-13]，给烟草的生产带来巨大的影响。因此，准确地鉴定并筛选出抗旱性强的优质烟草品种，是亟待解决的生产难题。作物的抗旱性是一个复杂的综合性状，主要由避旱性和耐旱性相互作用构成的，若以单一的指标进行判定则具片面性。所谓抗旱性的综合评价，是用多个指标综合评定作物的抗旱性来弥补单一指标评定的片面性[14]。目前，在烟叶品质、代谢物、病害抗性等方面的研究均已取得较为深入的成果，但对不同品种抗旱性评定和筛选方面仍鲜有报道。本研究拟通过在大型活动式防雨旱棚内，人工控制土壤含水量对24个烤烟品种进行干旱胁迫处理，在团棵期和旺长期对烟草的农艺性状及生理生化指标进行测定，并用隶属函数统计分析法，对其抗旱性进行综合评价与分析排序，筛选出抗旱性强的烤烟品种，为烤烟抗旱性新品种的选育与栽培提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 材料

24个烤烟品种由云南省烟草农业科学研究院提供（表1）。采用漂浮育苗方式培育烟苗（GB/T 25241.1-2010），待烟苗长至3～5叶期时，移栽至土壤类型为水稻土的大型活动式防雨旱棚（行、株距120 cm×50 cm），人工控水进行干旱胁迫处理，田间管理按常规。待烟苗长至团棵期时，取第11片叶为研究对象；长至旺长期时，取中部叶为研究对象，共取2次样，于上午8：00～10：00采集样品。取样时，每次取3～5株烟草，将叶片主侧脉去掉后，取叶片中部的部分，剪碎并混匀，称取0.5 g，液氮速冻后于-80 ℃保存，测量相关生长指标。

1.2 方法

1.2.1 干旱胁迫处理 试验于2012年在云南省烟草科学农业研究院玉溪市研和基地活动式防雨旱棚内进行。采用2因素裂区设计，重复3次。主因素为水分，设置干旱胁迫和正常供水（CK）2个处理，副因素为24个烤烟品种，每个小区种植12株，对照和干旱胁迫处理分开，中间间隔用防水材料隔开，避免浇水渗透的影响，其他条件同大田生产管理。对照每隔1 d每株浇水2 000 mL，处理组每隔10 d浇水500 mL。

1.2.2 烟草生长指标的测定 在团棵期与旺长期测量各烤烟品种的株高、叶片数、茎围、节距、叶长和叶宽等，计算单叶叶面积（参照YC/T 142-2010《烟草农艺性状调查测量方法》）及根冠比。

1.2.3 烟草生理生化指标测定 叶片含水量的测定：取中部完全展开叶片称量鲜重，于恒温箱中105 ℃杀青15 min， 75 ℃烘干至恒重，称其干重，并计算叶片含水量；脯氨酸含量测定：酸性茚三酮比色法[15]；可溶性糖含量测定：蒽酮比色法[16]；MDA含量测定：硫代巴比妥酸（TBA）法[17]。

1.3 数据处理

参考相关指标[18]，利用模糊数学中隶属函数的统计分析法，分别求出24个烟草品种各个指标的平均抗旱隶属值，综合评价不同烟草品种的抗旱性[14]。数据用SPSS 11.5统计软件分析，统计结果用Sigmaplot 10.0作图。

2 结果与分析

2.1 不同烤烟品种在干旱胁迫下生长状况及根冠比的变化

干旱胁迫下，植物细胞分裂与扩张受抑，生长速度显著减缓[19]，此时生长速率、叶片数、叶面积、干物质积累程度可作为评定品种间抗旱性差异的最直接的指标[14]。本试验中，与对照相比，干旱胁迫导致团棵期和旺长期烟草株高、叶面积、叶片数及根冠比（图1～4）明显降低，降低程度及其胁迫指数在不同品种中有所不同，不同烤烟品种在不同生育期的响应差异又各有不同，表现出不同的抗旱性。由图1可知，在团棵期，24个品种的平均株高胁迫指数为84.13%，有14个品种（约占58.33%）的株高胁迫指数在85%以上，在旺长期，平均株高胁迫指数仅为75.59%，其中云烟97、云烟99、K346、筑波1号和NC1071在2个时期的株高胁迫指数均在85%以上，而云烟202、云烟87和G-28在2个时期的株高胁迫指数低于70%。

由图2可知，在团棵期，24个品种的平均叶面积胁迫指数为85.16%，有12个品种（占50%）的叶面积胁迫指数在85%以上，而在旺长期，平均叶面积指数仅为72.58%，其中，云烟203、云烟97和 K346在2个时期的叶面积胁迫指数始终在80%以上，而吉烟7号、云烟85、云烟87在2个时期的叶面积胁迫指数均低于70%。

由图3可知，干旱胁迫在团棵期对烟草的叶片数影响相对较小，24个品种的平均叶数胁迫指数为89.1%，其中仅3个品种（占12.5%）的叶数胁迫指数低于85%；在旺长期，平均叶数指数为87.14%，其中中烟100、K346和NC1071均在90%以上，但吉烟7号在2个生长期的叶数胁迫指数均明显低于其他品种，分别为75.56%和65.28%，云烟87和NC95在旺长期的叶数胁迫指数也仅为65.75%和66.67%。

根冠比是植物地下部分与地上部分相关性的直接体现。由图4可知，干旱胁迫下，旺长期24个品种的根冠比胁迫指数相差较大，平均为86.63%，其中红花大金元、云烟203和云烟87的根冠比胁迫指数均在97%以上，受干旱胁迫影响较小，而吉烟7号、云烟97、云烟99和K346的根冠比胁迫指数均明显低于其他品种，较大程度地受到干旱胁迫的抑制。

综合对株高、叶面积、叶片数根冠比胁迫指数及相应隶属函数值的综合比较可知（表2、3），云烟87、吉烟1号的胁迫指数较小，而K346、云烟99、NC1071有较高的胁迫指数，表现出其生长特性受干旱胁迫的影响较小。

2.2 不同烤烟品种在干旱胁迫下生理生化指标的变化

组织含水量是表示叶片组织水分状况的常用指标，叶片含水量胁迫指数可以反映出植株的抗脱水能力。由图5可知，与团棵期相比，在旺长期中干旱胁迫对烟草植株的叶片含水量的影响更为明显，其中云烟99、革新3号、中烟100的胁迫指数相对较低（≤93%），抗脱水能力较差；NC89、云烟202、K326的叶片含水量胁迫指数较高（≥99%），抗脱水能力较强。

脯氨酸是植物细胞中重要的渗透调节物质，能够提高细胞的保水能力，保护膜结构，维持酶活性[20-21]。干旱胁迫下，烟株迅速积累脯氨酸，脯氨酸含量可作为烟株抗旱能力的一个鉴定指标。由图6可知，旺长期烟株脯氨酸积累水平高于团棵期，其平均脯氨酸含量增长率为62.2%，远高于后者的52.72%。在不同生育期，不同烤烟品种的脯氨酸积累能力相差很大，在团棵期，G-28、潘圆黄的脯氨酸积累水平最高，积累指数分别为186.96%和160.27%，在旺长期G-28的脯氨酸积累指数仍为较高的136.32%，此外云烟202、NC82、筑波1号的脯氨酸积累指数也高达130%以上，这些品种可以通过大幅度积累脯氨酸以适应干旱环境；而红花大金元、云烟87、云烟99、NC95在2个生育期中的干旱胁迫下脯氨酸积累程度均较低。

可溶性糖是细胞渗透调节的主要贡献者，在干旱胁迫下，植物积累可溶性糖，抵抗不利环境，维持其结构的完整和正常生长[22]。由图7可知，在不同的生育期，不同烤烟品种的可溶性糖的积累能力相差较大；在团棵期，云烟85、G-80、筑波1号的可溶性糖积累指数最高，分别为64.64%、107.23%和75.42%，而在旺长期则为云烟99、RG17、K346和筑波1号。

丙二醛（MDA）是膜脂过氧化的产物之一，常被用作衡量脂质过氧化程度的指标[23]。由图8可知，24个烤烟品种中，干旱胁迫对叶片中MDA积累的影响在团棵期和旺长期相似；通过MDA增长率和隶属函数分析可知，云烟202、NC89和革新3号在2个生育期中MDA积累程度均较高，而云烟87、CV87和NC95的MDA含量增长率则较低。

2.3 干旱胁迫下24个品种抗旱性的综合评价

由表2～3可知，干旱胁迫下，各指标的响应差异较大，使用单一指标并不能完全反映出品种抗旱性的强弱。通过对团棵期和旺长期各个指标的隶属函数平均值的评价分析并得到综合排名（表4），可以看出筑波1号、G-80、K346和潘圆黄抗旱性较强，而吉烟7号、云烟87、NC89抗旱性较弱。

3 讨论与结论

作物抗旱性鉴定指标大致可分为形态生长指标和生理生化指标2大类[24-28]。在前期研究的基础上[29-32]，本研究选用了株高、叶数、叶面积、根冠比等与抗旱性密切相关的生长指标，结合生理生化指标测定，对24个烤烟品种在不同生长时期（团棵期和旺长期）的抗旱性分别进行比较筛选与综合评价。

干旱胁迫下烟草的生长发育受到严重抑制，株高、叶片形态、有效叶片数减小，生物量大幅下降，根冠比升高[33-35]。余泺等[33]研究指出，在团棵期、旺长期、成熟期，最适于为烟营养吸收的土壤相对含水率分别为 70%～75%、80%～85%和 70%～75%，表明烟草在不同生长时期对水分的敏感度存在一定的差异。林杰[35]最新研究发现，使用株高、最大叶长、最大叶宽、叶片数、叶绿素含量等作为抗旱性筛选指标，对5种主栽烟草品种（云烟87、K326、NC89、秦烟96、云烟97）在旺长期、现蕾期和成熟期的抗旱性评定结果存在一定的差异。不同指标在不同时期变化可能是相似的，比如株高，在旺长期和现蕾期都表现为降低；但也可能是相反的，比如叶绿素含量。本研究结果显示，24个烤烟品种中，干旱胁迫不同程度地抑制了其株高、叶片数、叶面积和根冠比，且对同一个品种在不同的生长阶段，各个指标的变化亦有所不同，如干旱在团棵期抑制了绝大多数品种的株高，而对于G-80、革新三号和NC95这种抑制作用在旺长期才明显地表现出来。烟草的抗旱性是一个受多因素影响的复杂数量性状，且不同品种的抗旱机制也不尽相同，使得不同品种对某一个具体的指标的抗旱性反应也不一定相同[36]。

水是植物生命活动的基础，其含量通常占植物组织鲜重的65%～90%。植物叶片的相对含水量直接反映叶片组织的水分亏缺状态，常为衡量植物抗旱性的重要指标。汪耀富等[37]研究发现干旱胁迫下，烟草叶片中相对含水量下降，水势降低。本试验结果表明，多数品种的叶片组织含水量在旺长期均受到干旱胁迫的明显影响，但少数品种如G-80、潘圆黄、K326等，其叶片含水量在2个时期均未检测到显著变化，表现出较强的叶片保水能力。

MDA是膜脂过氧化的产物之一，常被用作干旱胁迫下衡量脂质过氧化程度的指标[23]。植物在干旱胁迫下通过主动性积累某些渗透调节物质和可溶性物质，以维持细胞的含水量和膨压[38]。脯氨酸是高等植物中受到最广泛关注的渗透调节物质，近年来还报道了其维持生物大分子结构、稳定膜结构、维持细胞的氧化还原平衡、清除活性氧等多重功能[39]。尽管目前对于脯氨酸积累与植物抗旱性的直接关系尚无定论[40]，但已在玉米、大麦等多种作物发现，干旱胁迫下抗旱强的品种能够积累更多的脯氨酸[39]。除脯氨酸外，研究还发现可溶性糖也可作为渗透调节物质参与马铃薯、油菜、烟草等多种作物的抗旱性形成[41-42]。在本研究结果中，干旱胁迫均引起了烟草叶片MDA含量的增加，同时诱导了脯氨酸和可溶性糖的积累，但不同品种甚至对于同一品种在不同生育期，各物质的积累程度也有所差异，如脯氨酸是G-28在干旱胁迫下团棵期和旺长期均发生显著积累的主要渗透调节物质，潘圆黄在团棵期积累脯氨酸的程度远高于旺长期。而革新三号和筑波1号在干旱胁迫下的渗透调节则以可溶性糖积累为主。此外本研究结果还发现，各品种渗透调节能力的高低与膜脂过氧化程度也不存在直接相关性，如云烟202在干旱胁迫下，团棵期和旺长期均能积累较高程度的脯氨酸，但其膜脂过氧化程度也很高，这些结果与林杰[35]研究结果一致性，也直接反映了单一指标评价抗旱性的片面性。

作物的抗旱性是一个受多基因调控的复杂数量性状，可分为避旱性和耐旱性，后者又包括避脱水性和耐脱水性[14]。不同作物品种甚至同一品种在不同生育期对某一个具体的指标的抗旱性反应也存在一定的差异[35]，因此使用单一指标进行抗旱性评定会不可避免的存在片面性。本试验在前期研究的基础上[31-32]， 采用隶属函数值分析法，综合选用多个形态生长指标和生理生化指标，并采用性状相对值作为评价品种耐旱性的指标，分别以胁迫指数和指标增长率来评价不同烤烟品种各性状的抗旱性[43-44]，以消除不同烟草品种间遗传背景的差异，使评定结果更全面、准确。隶属函数值分析法提供了一种在多指标测定基础上对植物抗旱性进行综合评价的途径，鉴定结果比较科学合理，避免了单一指标的片面性，近年来被广泛应用于多种作物的抗旱性评定[45-46]。本研究结果进一步证实，不同品种在干旱胁迫处理下，不同指标变化存在差异，并且同一品种同一指标在团棵期和旺长期变化也不尽相同，使用隶属函数值分析法进行抗旱性综合评价是比较有效的一种筛选方法，可用于对不同烤烟品种进行综合性抗旱性鉴定与评价。

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责任编辑：古小玲