干旱胁迫下新型复合水凝胶对烟草生理特性的影响

刘玲玲，张瑛，刘云飞，李军正，常剑波，韦凤杰，杨晓朋，姬小明*，李洪臣，杨建新*

干旱胁迫下新型复合水凝胶对烟草生理特性的影响

刘玲玲1，张瑛2，刘云飞2，李军正1，常剑波1，韦凤杰3，杨晓朋2，姬小明2*，李洪臣1，杨建新1*

（1.河南省烟草公司三门峡市公司，河南 三门峡 472000；2.河南农业大学 烟草学院，国家烟草栽培生理生化研究基地，烟草行业烟草栽培重点实验室，郑州 450046；3.中国烟草总公司河南省公司，郑州 450000）

【目的】探究新型复合水凝胶对干旱胁迫下烟苗生理特性的影响。【方法】通过盆栽试验，设计了水凝胶添加量和水凝胶种类2个试验因素，其中水凝胶添加量分别为土壤干质量的0.1%、0.5%、0.9%，水凝胶分别为商用水凝胶HS、新型复合水凝胶HM（聚乙烯醇-丙烯酸-分子筛水凝胶）和HB（聚乙烯醇-丙烯酸-生物炭水凝胶），以不添加水凝胶为对照（CK），研究新型复合水凝胶对干旱胁迫下烟草生物量积累、根系发育、光合系统及氧化应激的影响。【结果】在同一水凝胶添加量下，与HS处理相比，HM、HB处理均有效提高干旱胁迫下烟草鲜质量、干质量及总含水率。与CK相比，HM、HB处理最大可使鲜质量分别提高153.91%、126.34%。且在同一水凝胶添加量下，与HS处理相比，HM、HB处理烟草的总根长、总根表面积、平均根径、根尖数和根体积显著增加，烟草的根系活力、烟草光合参数、值提高，叶片气孔状态改善；烟草SOD（超氧化物歧化酶）、POD（过氧化物酶）和CAT（过氧化氢酶）活性及可溶性蛋白量提高，MDA（丙二醛）量显著降低，烟草抗逆性增强。【结论】添加量为土壤干质量0.9%的HM、HB水凝胶可以有效减轻干旱胁迫对烟草的影响，提高烟草抗旱能力。

复合水凝胶；分子筛；生物炭；干旱；烟草

0 引言

【研究意义】干旱胁迫是严重限制作物生长和产量的主要非生物胁迫之一，也是制约我国农业生产的主要因素[1]。在植物生长过程中，干旱胁迫直接影响叶片光合速率和气体交换，同时减少根系生物量的积累，使植物生长受阻[2]。干旱胁迫会诱导细胞内活性氧（ROS）过度积累，导致膜脂过氧化、酶功能障碍、叶绿素降低等，影响植物生长代谢[3]。烟草是一种重要的经济作物，干旱胁迫会导致烟草根系吸水能力下降，无法高效吸收利用营养元素，导致代谢减弱，进而影响烟草生长发育[4]，降低烟草生产力。因此，缓解干旱胁迫给烟草带来的不利影响，发展烟草栽培抗旱保水技术对烟叶的优质稳产具有重要意义。

【研究进展】近年来，水凝胶在污水处理[5]、农业保水保肥[6]、医用敷料[7]等领域中均有广泛应用。水凝胶作为一种土壤保水剂，可以缓解干旱胁迫对烟草的毒害作用[8]。如陈芳泉等[9]采用的改性淀粉高分子吸水材料保水剂在中度干旱条件下，可改善不同烤烟品种农艺性状，提高根系活力与叶片抗氧化酶活性，增强烟草对干旱的抗逆性。白岗栓等[10]研究表明，施用水凝胶可有效协调半干旱地区烟叶化学成分，提高烤烟产量和质量。然而传统水凝胶的吸水保水性较差，缓解干旱胁迫对植物毒害的效果并不理想，而在传统水凝胶基础上制备出的复合水凝胶具有更强的机械性能、更复杂的空间网络结构和更丰富的亲水基团（-OH、-COOH、-NH2等），使其具备更优异的吸水保水性能[11]。Su等[12]利用传统水凝胶材料丙烯酰胺复合海藻酸盐、蒙脱土和Ca2+制备的互穿纳米复合水凝胶（PMACa），具有较强且可逆的pH值依赖性溶胀行为，在碱性介质中溶胀行为可增加9倍，能够作为农业使用的优异保水材料，并且海藻酸盐对土壤改良也有积极作用。Niu等[13]制得的复合腐殖酸（HA）凝胶肥料在缓慢释放腐殖酸的同时还有着很强的保水能力，可调节土壤水肥状况，提高土壤的吸附与交换能力，平衡土壤酸碱度。

【切入点】复合水凝胶相较于传统水凝胶具有更强吸水保水性能。然而复合水凝胶的研究多集中在制备和性能测试上，针对复合水凝胶缓解干旱胁迫对烟草毒害的机理研究较少。且有关生物炭、分子筛复合水凝胶对烟草抗旱生理调节机制影响的研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】鉴于此，本试验旨在探究不同自制复合水凝胶用量对干旱条件下烟苗生理特性的影响，为复合水凝胶在烟叶生产中的应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

HB（聚乙烯醇-丙烯酸-生物炭水凝胶）、HM（聚乙烯醇-丙烯酸-分子筛水凝胶）由河南农业大学烟草学院烟草化学实验室提供，制备方法：配制5%的聚乙烯醇溶液（polyvinyl alcohol，PVA），取1.0 g PVA加入20 mL去离子水，95 ℃搅拌至PVA完全溶解。取9 mL丙烯酸（acrylic acid，AA）加入45 mL去离子水以5 mol/L的KOH调pH值至7～8之间，得AA溶液。将引发剂过硫酸铵和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶解在AA溶液中，与PVA溶液、适量过0.15 mm孔径筛的花生壳生物炭（B）或4A分子筛（M）混合，超声振荡使生物炭或分子筛均匀分散在反应体系中，在60 ℃条件下，转速为400 r/min搅拌6 h，制得HB或HM复合水凝胶，干燥粉碎备用。HS为丙烯酸盐型商用保水剂，购自山东唯信农业科技有限公司。

供试土壤为黄壤土，取自河南农业大学许昌科教园区，土壤pH值为7.3，有机质量为22.12 g/kg，碱解氮量为76.6 mg/kg，有效磷量为11.70 mg/kg，速效钾量为111.70 mg/kg，水溶性氯质量分数为24.80 mg/kg，田间质量持水率为20.30%，使用前风干、过筛，每盆装200 g土壤，塑料盆规格为7 cm×7 cm（直径×高度），底部有小孔。供试烟草品种为中烟100。

1.2 试验设计

试验于2021年8—10月在河南农业大学烟草学院国家烟草栽培生理生化研究基地人工气候室进行。盆栽试验设置10个处理，具体试验设计方案见表1。将不同材料与200 g土壤混合均匀，倒入塑料盆中，从出现第4片真叶的烟苗中筛选出长势均匀的烟苗移栽到塑料盆中，每个塑料盆中1株烟苗，每个处理均移栽20株烟苗。所有盆栽均置于光照培养架上，光照强度200 µmol/（m2·s），光温25 ℃，每天光照12 h。返苗7 d后，将盆栽浸入3 cm水层中静置8 h，确保每个盆栽吸水后土壤达到饱和状态，此后不再浇水待其自然干旱，干旱后第10天对烟草幼苗进行取样检测。

表1 试验设计

注 表中水凝胶添加量为占土壤干质量的比例。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 水凝胶持水和保肥性能测试

采用土柱淋溶法，淋溶柱为高50 cm、直径110 mm的PVC管，土壤取自河南农业大学花坛，碱解氮量为176.6 mg/kg，速效钾量为211.7 mg/kg，速效磷量为61.7 mg/kg，土壤填装量为30 cm，预留20 cm灌水层，PVC管底部用收纳盒接收渗漏液。将称量好的过筛干土和干水凝胶充分混合，然后倒入淋溶柱中，上层用少量蛭石防止加水时土壤被水扰动。淋溶后取样测定各处理的土壤最大持水率，参照文献[14]测定各处理的土壤养分量。

1.3.2 土壤含水率测定

土壤含水率采取烘干称质量法[15]测定。

1.3.3 根系指标测定

根系洗净后取根系末端的白嫩根作为测定材料，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法测定根系活力。用EPSON Perfectio V800 Photo根系扫描仪（日本EPSON公司）扫描烟草根系获得根系图片，利用根系分析软件WinRHIZO对烟草幼苗根系图片进行分析获得烟草幼苗根系总根长、根体积、平均根直径、根表面积。

1.3.4 烟草含水率测定

分离烟株地上部和根系直接称质量法测定根系鲜质量，后置于电热恒温鼓风干燥箱中，105 ℃杀青15 min，60 ℃烘干至恒质量测定干质量。烟草含水率采用烘干称质量法测定。

1.3.5 叶片电导率的测定

取0.1 g鲜活烟叶样品，用去离子水冲洗后吸干表面水分，放入洁净玻璃试管中加入10 mL蒸馏水室温浸泡12 h。采用电导率仪（DDS-307型）测定提取液电导率1，沸水浴加热30 min后冷却，摇匀后测定提取液电导率2，得到相对电导率（1/2×100%）。

1.3.6 光合指标及值测定

选择第3片真叶（从上往下数）用LI-6400型便携式光合作用分析仪（美国Li-COR公司生产）在09:00—11:00测定净光合速率（）、胞间CO2摩尔分数（）、蒸腾速率（）和气孔导度（）。

值测定：使用SPAD-502Plus叶绿素仪（日本柯尼卡美能达公司）测定第3片真叶（从上往下数）的叶基部、叶中部和叶尖部值取平均值。

1.3.7 叶片气孔拍照

选择第3片真叶（从上往下数）在09:00—11:00用NP 900型偏光显微镜（中国Nexcope公司生产）观察叶片表皮气孔开合状态并拍照。

1.3.8 抗氧化酶活性及丙二醛测定

植物叶片的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性、过氧化物酶（peroxidase，POD）活性和过氧化氢酶（catalase，CAT）活性采用索莱宝试剂盒相应指标说明书方法测定；可溶性蛋白量采用考马斯亮蓝G-250染色法[16]测定；采用硫代巴比妥酸（TBA）法检测丙二醛（MDA）量。

1.3.9 过氧化氢、超氧阴离子及死细胞检测

检测前采取不同处理的第4片真叶（从上往下数）清理干净备用，参考3,3’-二氨基联苯胺法（DAB）[17]，对烟草叶片的过氧化氢（H2O2）积累情况进行检测，烟叶放入DAB染液浸染24 h后用95%乙醇浸泡脱去叶绿素；采用硝基氮蓝四唑法（NBT）[18]对叶片进行染色原位检测烟苗叶片超氧阴离子（O2-），NBT溶液浸泡5 h后用95%乙醇充分脱去叶绿素；参照Islam等[19]描述的台盼蓝染色法测定死亡细胞，稍作修改，用配置好的台盼蓝染液浸泡烟叶6 h，然后将叶子在沸腾的乙醇中脱色20 min去除叶绿素。最后将上述处理的叶片用Epson Perfection V800 Photo扫描仪（日本EPSON公司生产）扫描拍照。

1.4 数据处理

运用Graphpad8.3进行制图，使用DPS 7.0软件对数据进行单因素方差分析，采用Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 各处理持水和保肥性能测试

由表2可知，添加水凝胶均显著增加土壤最大持水率（<0.05），与CK相比，HS1、HB1、HM1、HS2、HB2、HM2、HS3、HB3、HM3处理的土壤最大持水率分别增加了1.46%、5.33%、5.69%、5.85%、7.61%、8.84%、9.30%、12.26%、12.49%。除HS1处理的速效磷量高于CK且不显著外，其他处理的碱解氮量、速效钾量、速效磷量均显著高于CK。在相同水凝胶添加量下，与HS处理相比，HB、HM处理的碱解氮量、速效钾量、速效磷量均增加。水凝胶添加量相同时，与HS处理相比，HB处理3个水凝胶添加量下的土壤最大持水率分别提高10.50%、4.27%、6.62%，HM处理3个水凝胶添加量下的土壤最大持水率分别增加11.47%、6.37%、7.13%。总体而言，与CK和HS处理相比，HB、HM处理的土壤最大持水率提高，土壤中碱解氮、速效钾、速效磷量的流失减缓，且具有良好的保肥性能，可有效减少土壤养分流失。

表2 各处理的土壤最大持水率和养分量

注 同列不同小写字母表示处理间差异显著（<0.05），下同。

2.2 干旱胁迫下各处理土壤含水率

由图1可知，与CK相比，随着商用保水剂和自制水凝胶用量的增加，各处理烟草土壤含水率显著提高（<0.05），土壤含水率表现为HM处理>HB处理>HS处理>CK。相同水凝胶添加量下，土壤含水率表现为HM处理>HB处理>HS处理，且土壤含水率随HB、HM水凝胶添加量的增加而增加，其中HB3、HM3处理土壤含水率显著高于其他处理。与CK相比，HB3、HM3处理土壤含水率分别增加137.51%、138.59%。与HS处理相比，HB3、HM3处理土壤含水率分别增加7.55%、8.07%。整体来看，增加HB、HM处理水凝胶添加量有利于增强土壤的保水效果，提高干旱胁迫下土壤含水率。

图1 干旱胁迫下各处理烟草土壤含水率

2.3 干旱胁迫下各处理烟草根系发育指标

由表3可知，与CK相比，随着商用保水剂和自制水凝胶添加量的增加，各处理烟草根系活力、烟草总根长、总根表面积、根体积、平均根直径显著提高（<0.05），表现为HM处理>HB处理>HS处理>CK。在相同水凝胶添加量下，与HS处理相比，HB、HM处理的烟草总根长、总根表面积、根体积、平均根直径均提高。相同水凝胶添加量下，与HS处理相比，HB处理3个水凝胶添加量下的烟草根系活力分别提高1.42%、3.42%、4.86%，HM处理3个水凝胶添加量下的烟草根系活力分别提高3.00%、9.87%、9.13%。整体来看，水凝胶添加量较少时自制水凝胶与商用保水剂对高干旱胁迫下烟草根系活力的影响差别不大，水凝胶添加量较多时以HM处理提高干旱胁迫下烟草根系活力效果较好，且商用保水剂和自制水凝胶均能促进干旱胁迫下烟草根系发育，以HM3处理效果最好。

表3 干旱胁迫下各处理烟草根系发育指标

2.4 各处理烟草根部生物积累量及含水率

由表4可知，与CK相比，随着HS、HB、HM处理水凝胶添加量的增加，各处理的烟草鲜质量、干质量和含水率均显著提高（<0.05）。与CK相比，HS处理的鲜质量、干质量和含水率分别提高15.64%～120.99%、0～52.38%、0.89%～2.81%，HB处理的鲜质量、干质量和含水率分别提高17.70%～126.34%、4.76%～52.38%、0.65%～2.96%，HM处理的鲜质量、干质量和含水率分别提高17.28%～153.91%、4.76%～61.91%、0.61%～3.17%。在0.9%水凝胶添加量下，与HS处理相比，HB、HM处理鲜质量、干质量和含水率均提高，其中含水率分别提高0.01%、0.40%。整体而言，干旱胁迫会影响烟草生长发育，而自制水凝胶的施用能促进干旱胁迫下烟草生物量的积累，提高烟草含水率，其中HM3处理效果最好。

2.5 各处理烟草叶片电导率

由图2可知，与CK相比，随着HS、HB、HM处理水凝胶添加量的增加，各处理烟草叶片电导率较CK均显著降低（<0.05）。与CK相比，HS、HB、HM处理叶片电导率分别降低16.77%～62.15%、20.65%～68.95%、33.27%～72.20%。其中，HM3、HB3、HM2处理较CK分别降低72.20%、68.95%、68.81%。同时0.9%水凝胶添加量下，HB、HM处理叶片电导率较HS处理分别降低17.90%、26.54%。

表4 干旱胁迫下各处理烟草根部生物积累量和含水率

图2 干旱胁迫下各处理烟草叶片电导率

2.6 干旱胁迫下各处理烟草光合特性

由表5可知，与CK相比，随着HS、HB、HM添加量的增加，各处理的值显著提高（<0.05）。与CK相比，HS、HB、HM处理的值可提高3.58%～13.33%、4.38%～14.73%、4.38%～18.61%。且随着HS、HB、HM添加量的增加，净光合速率（）、气孔导度（）和蒸腾速率（）呈增加趋势，胞间CO2摩尔分数（）呈降低趋势，干旱胁迫下烟草光合作用明显增强，其中HM3处理的、、均高于其他处理，低于其他处理。总体而言，添加HS、HB、HM水凝胶可改善干旱胁迫对烟草幼苗叶绿素的影响，自制水凝胶的施用可有效缓解光合作用指数和光合色素量下降，其中，以HM3处理效果最好。

表5 干旱胁迫下各处理烟草光合作用参数

烟草幼苗置于日光照射10 min后观察气孔形态。由图3可知，CK的烟草叶片气孔基本处于完全闭合状态，HS3、HB3、HM2、HM3处理的烟草叶片气孔基本处于完全张开状态，其他处理的烟草叶片气孔处于半张开半闭合状态。说明烟草在受到干旱胁迫时会主动关闭气孔，从而减少水分流失。而HS3、HB3、HM2、HM3处理的土壤含水率较高，烟草可以从土壤中吸收水分，受到的干旱胁迫程度较低，气孔正常张开维持生理活动。

图3 干旱胁迫下各处理对烟草气孔开闭的影响

2.7 干旱胁迫下各处理烟草叶片抗氧化酶活性和MDA量

由表6可知，各处理叶片的SOD、POD、CAT活性均与CK差异显著。随着商用保水剂和2种自制水凝胶添加量的增加，烟草叶片的SOD、POD、CAT活性均呈增加趋势，烟草叶片的MDA量呈降低趋势。与CK相比，HS处理的SOD、POD、CAT活性分别提高0.78%～94.01%、5.37%～101.95%、42.70%～88.64%，HB处理的SOD、POD、CAT活性分别提高5.06%～100.72%、0.30%～99.93%、21.89%～102.48%，HM处理的SOD、POD、CAT活性分别提高5.76%～130.00%、12.15%～121.40%、21.27%～133.50%。与CK相比，HS、HB、HM处理的可溶性蛋白量分别降低34.19%～74.20%、33.57%～83.48%、34.28%～85.95%。与CK相比，HM3处理烟草叶片的SOD、POD、CAT活性最大可提高130.00%、121.40%、36.8%，MDA量最大可降低85.95%。添加HS、HB、HM处理均可提高干旱胁迫下烟草叶片抗氧化酶活性，降低MDA量，提高烟草幼苗抗逆性。

由图4可知，与CK相比，其他处理的烟草可溶性蛋白量均显著增加。水凝胶添加量为0.1%时，HM、HB处理可溶性蛋白量显著高于HS处理；水凝胶添加量为0.5%、0.9%时，HM处理显著高于HB、HS处理。与CK相比，HS、HB、HM处理可溶性蛋白量分别提高6.02%～54.62%、9.05%～56.46%、10.54%～62.66%。水凝胶添加量相同时，3种水凝胶均以HM提高干旱胁迫下烟草可溶性蛋白量效果较好。

表6 干旱胁迫下各处理烟草叶片抗氧化酶活性和MDA量

由图5可知，干旱胁迫后，CK和HS1处理的烟草叶片O2-积累较多，叶片局部多处被染成蓝色。HB1、HM1、HS3处理的O2-积累略低于CK和HS1处理，其他处理O2-积累量较小，只有一小部分叶片被染成蓝色。DAB染色结果表明，干旱胁迫后，CK、HS1、HS2处理的烟草叶片H2O2积累明显，HS3、HM3处理的H2O2积累明显低于CK，其他处理H2O2积累比CK少。台盼蓝染色结果表明，CK、HS1、HB1、HM1处理的烟草叶片染色面积较大，其他处理的烟草叶片染色面积较小，说明CK、HS1、HB1、HM1处理的烟草细胞受干旱胁迫较严重，死亡细胞数最多。综上可知，HS3、HM3处理能有效缓解烟草干旱胁迫状况。

图4 干旱胁迫下各处理烟草可溶性蛋白量

图5 干旱胁迫下各处理烟草叶片O2-、H2O2和死细胞量

3 讨论

复合水凝胶在制备过程中添加有机物或无机物，可增强水凝胶力学性能、亲水基团和空间网络结构，同时，由于添加的有机物或无机物本身所固有特性（如较高的比面积和大量的官能团），也可以使复合水凝胶呈现出更好的性能[20-21]。如添加碳基材料（石墨、氧化石墨烯、石墨烯、碳纳米管等）可以有效提高水凝胶的活性位点、重复利用性、热稳定性和吸水溶胀能力[22-23]。本研究表明，土壤含水率随着2种自制复合水凝胶和商用水凝胶添加量的增加而增加，且各处理均显著高于CK，相同水凝胶添加量下，HM处理>HB处理>HS处理。这与Xiong等[24]研究的复合水凝胶对土壤含水率的作用结果一致。

植物为应对干旱胁迫会关闭气孔，降低蒸腾作用，减少CO2的吸收，降低植物叶绿素量，同时在干旱胁迫下，植物细胞膜遭到破坏，膜通透性增大，使得细胞内的电解质外渗，导致叶片细胞电导率增大，进而影响植物光合作用。2种自制复合水凝胶和商用水凝胶的施用均能减轻干旱胁迫程度，提高干旱胁迫下光合色素量和光合作用参数、、，降低，缓解植物细胞组织受损伤程度，降低细胞电导率。相同水凝胶添加量下，烟草值、净光合速率（）、气孔导度（）和蒸腾速率（）等光合作用参数表现为HM处理>HB处理>HS处理，且各处理显著高于CK，这与宋彬[25]研究木质素水凝胶的作用结果一致。同时随着2种自制复合水凝胶和商用水凝胶添加量的增加，干旱胁迫下烟草的根系活力提高，促进烟草根系生长发育，并显著增加烟草生物量积累，提高烟草抗旱能力。

SOD、POD、CAT是重要的抗氧化酶，抗氧化酶能清除植株逆境胁迫下产生的活性氧，减轻植物的氧化损伤[26]。干旱胁迫会打破烟草细胞内活性氧动态平衡，导致活性氧过度积累，引起膜脂过氧化损伤。2种自制复合水凝胶和商用保水剂的施用均提高了叶片SOD、POD、CAT活性，降低干旱胁迫下烟草叶片中H2O2、O2-和膜脂过氧化产物MDA量。2种自制复合水凝胶和商用水凝胶的施用均可缓解干旱胁迫对烟草叶片氧化损伤作用，减轻活性氧对细胞膜的损害，保护膜结构的完整性，且相同水凝胶添加量下，抗氧化酶活表现为HM处理>HB处理>HS处理。这与董成武等[27]探究新型水凝胶对干旱胁迫下小麦幼苗影响的结果一致。

此外，可溶性蛋白是重要的渗透调节物质和营养物质，可溶性蛋白的积累能提高细胞保水能力，对细胞的生命物质及生物膜起到保护作用，因此经常用作筛选抗性的指标之一。本研究表明，干旱胁迫下施用2种自制复合水凝胶和商用水凝胶均显著增加可溶性蛋白量，这与马彦茹等[28]探究干旱胁迫条件下施用水凝胶对棉花植株生理生化的影响结果相似。

本研究表明，2种自制复合水凝胶的效果优于商用水凝胶，一方面可能是因为2种水凝胶均为含有聚乙烯醇和丙烯酸的复合水凝胶，具有聚乙烯醇和丙烯酸之间的协同氢键作用使此类型的水凝胶具有高吸水和高强度性[29]；另一方面可能是因为HB水凝胶为生物质炭基复合水凝胶，HM为分子筛基复合水凝胶，生物质炭、分子筛具有较大的比表面积和较高的孔隙度，结合了水凝胶和生物质炭或分子筛的吸水保水能力，使HB、HM具有较好的保墒蓄水能力[30,31]。适宜水凝胶添加量下，HB、HM水凝胶的添加量越大缓解干旱对烟草胁迫效果越明显，本研究中以HM3、HB3处理效果较好。

4 结论

1）当水凝胶添加量占土壤干质量0.9%时，施用水凝胶能够显著提高土壤含水率，缓解烟草干旱胁迫，促进烤烟生长，且2种自制复合水凝胶HM、HB较商用水凝胶效果更加显著。

2）施用HM和HB后有效缓解了干旱胁迫对烟草的损害，促进了烟草的生长代谢，烟草根际活力、生物量、叶片含水率、可溶性蛋白量均得到显著提高，并且增强了SOD、POD、CAT活性，减少MDA量及O2-、H2O2的积累，提高烟草幼苗抗逆性。

（作者声明本文无实际或潜在利益冲突）

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Effects of Novel Composite Hydrogels on Physiological Properties of Tobacco under Drought Stress

LIU Lingling1, ZHANG Ying2, LIU Yunfei2, LI Junzheng1, CHANG Jianbo1, WEI Fengjie3, YANG Xiaopeng2, JI Xiaoming2*, LI Hongchen1, YANG Jianxin1*

(1. Sanmenxia City Company of Henan Provincial Tobacco Company, Sanmenxia 472000, China;2. Tobacco College of Henan Agricultural University, National Research Base of Tobacco Cultivation Physiology and Biochemistry, Key Laboratory of Tobacco Cultivation of Tobacco Industry, Zhengzhou 450046, China;3. China Tobacco Croporation Henan Company, Zhengzhou 450000, China)

【Objective】To explore the effects of new composite hydrogel on the physiological characteristics of tobacco seedlings under drought stress, and to provide theoretical basis for alleviating the toxicity of drought stress to tobacco. 【Method】A total of 10 treatments including CK control and three different hydrogels added at 0.1%, 0.5% and 0.9% of soil dry mass: commercial hydrogel HS, new composite hydrogel HM (polyvinyl alcohol-acrylic acid-molecular sieve hydrogel) and HB (polyvinyl alcohol-acrylic acid-biochar hydrogel) were designed by pot experiment to study the effects of new composite hydrogels on tobacco under drought stress The effects of the new composite hydrogels on biomass accumulation, root development, photosynthetic system and oxidative stress of tobacco under drought stress were investigated. 【Result】Under the same dosage conditions, HM and HB treatments were effective in increasing the fresh mass, dry mass and total water content of tobacco under drought stress compared to HS treatment. Compared with CK, HM and HB treatments could increase the fresh mass by a maximum of 153.91% and 126.34%, respectively.Under the same dosage conditions, HM and HB treatments significantly increased the total root length, total root surface area, average root diameter, root tip number and root volume, and improved the root vigor of tobacco compared with HS treatments; photosynthetic parameters and SPAD values of tobacco increased significantly and improved leaf stomatal status; SOD (superoxide dismutase), POD (peroxidase) and CAT (catalase) activities and soluble protein amounts of tobacco increased and MDA (malondialdehyde) amounts decreased significantly, which enhanced the resistance of tobacco. 【Conclusion】Adding 0.9% HM and HB hydrogels to soil dry weight can effectively reduce the impact of drought stress on tobacco and improve tobacco drought resistance.

composite hydrogel; molecular sieve; biochar; drought; tobacco

1672 - 3317（2023）10 - 0015 - 08

S275

A

10.13522/j.cnki.ggps.2023122

刘玲玲, 张瑛, 刘云飞, 等. 干旱胁迫下新型复合水凝胶对烟草生理特性的影响[J]. 灌溉排水学报, 2023, 42(10): 15-22.

LIU Lingling, ZHANG Ying, LIU Yunfei, et al. Effects of Novel Composite Hydrogels on Physiological Properties of Tobacco under Drought Stress[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(10): 15-22.

2023-03-25

2023-06-07

2023-10-17

河南省烟草公司三门峡市公司项目（2022411200200004x）；国家级大学生创新创业项目（202210466046）

刘玲玲（1990-），女。助理农艺师，主要从事烟草栽培生理生化研究。E-mail: 929429639@qq.com

张瑛（1998-），女。硕士研究生，主要从事烟草化学品质研究。E-mail: 3061038286@qq.com

杨建新（1969-），男。助理农艺师，学士，主要从事烟叶生产研究。E-mail: 147865250@qq.com

姬小明（1972-），女。教授，博士生导师，主要从事烟草化学质量评价研究。E-mail: xiaomingji@henau.edu.cn

@《灌溉排水学报》编辑部，开放获取CC BY-NC-ND协议

责任编辑：白芳芳