低温胁迫下2个烤烟品种幼苗对外源亚精胺的生理响应

蒋朝维 陶轩 杨雷 李洋洋 肖汉乾 张明发 张一扬

摘要： 为探究低温胁迫下不同品种烟苗对喷/灌施外源亚精胺的生理响应，以烤烟品种K326、湘烟7号为试验材料，通过人工模拟低温试验，待烟苗长出6张叶片时喷施或灌施100 mL 0.4 mmol/L亚精胺溶液，预处理3 d后低温处理4 d，测定幼苗的生长指标、光合参数、保护酶（SOD、POD、CAT）活性及渗透调节物质含量。结果显示：（1）与对照相比，2个品种烟苗在低温胁迫处理后生物量均显著降低，总体表现为T1>T3>T2、T4 （P<0.05）。（2） 在光合参数指标上，2个品种烟苗均整体表现出灌施效果优于喷施。湘烟7号烟苗灌施（T1）比喷施（T3）处理的气孔导度显著提高18.19%，两者蒸腾速率及净光合速率无显著差异，胞间CO2浓度显著降低3.65%；K326幼苗烟苗灌施（T2）比喷施（T4）处理的蒸腾速率、气孔导度、净光合速率分别显著提高7.99%、16.67%、24.19%，胞间CO2浓度显著降低1.43%。 （3）在2种施用方式下，湘烟7号幼苗的保护酶活性及渗透调节物质和丙二醛（MDA）含量均整体均优于K326幼苗。灌施处理下湘烟7号幼苗（T1）比K326幼苗（T2）的SOD、POD、CAT活性分别显著提高了11.54%、16.03%、15.24%；T1处理比T2处理的可溶性糖及脯氨酸含量分别显著提高11.54%和10.94%，而MDA含量显著下降23.36%。喷施处理下湘烟7号幼苗（T3）比K326幼苗（T4）抗氧化酶活性分别显著提高10.14%、9.60%、2.89%；T3处理比T4处理的可溶性糖及脯氨酸含量分别显著提高10.24%和13.22%，MDA含量显著降低16.08%。综上，外源亚精胺喷施或灌施均能不同程度改善K326及湘烟7号幼苗的抗寒能力，尤以湘烟7号灌施效果较佳。

关键词： 低温逆境；亚精胺；保护酶活性；烟苗耐寒性；施用方式

中图分类号：S572.01  文献标志码：A

文章編号：1002-1302（2024）02-0073-05

在全球变暖的大趋势下，极端天气频发［1］。其中，低温胁迫对农作物产量和品质的影响愈发严重［2］。烟草作为重要的经济作物，在全球范围内都有广泛种植及消费；烟草产业涉及到烟草种植、加工、销售等多个环节，对国家和地区的经济发展有着重要的贡献［3］。但烟草原产于热带和亚热带地区，喜温作物生长通常对光热条件十分敏感［4-5］。低温胁迫不仅影响烟株的光合作用和呼吸作用，还会影响烟株的生长发育，造成叶片发黄、变脆、变形等症状，最终严重损坏烟叶的产量和品质［6-7］。

亚精胺作为植物生长调节剂之一，被广泛应用在现代农业作物生产中，不仅能影响植物的激素代谢和信号传递，促进根系发育，提高叶片光合效率，延缓衰老及增强种子活力等，还可通过增强植物活性氧清除效率及进一步激活抗氧化酶系统来提高作物的抗逆性，如抗寒、抗旱、抗盐碱及抗病性等［8-16］。因此，对于极易遭遇“倒春寒”等低温冷害的部分烟区，探究外源物的施用方式与烟草品种响应低温胁迫的生理机制具有重要的生产意义。前人研究多集中在外源物质的种类及浓度对调控烟苗抗寒性的影响。本研究通过人工模拟低温试验，设定亚精胺的不同施用方式，探究低温胁迫下烤烟品种K326、湘烟7号幼苗的生物量和生理生化指标的变化情况，以期为烤烟栽培生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2022年6月至10月在湖南农业大学生命科学楼烟草科学与健康重点实验室完成。供试烤烟品种为冷敏感型K326、较耐冷型湘烟7号。供试药品亚精胺，购自湖南佰欧乐生物有限科技公司。

1.2 试验设计

选取包衣完整的烤烟种子播于32孔育苗穴盘，每穴2粒，待基质吸满水分使包衣充分裂解后，置于昼/夜温度为28 ℃/20 ℃、光—暗周期为15 h—9 h、相对湿度为75%、光照度为7 000 lx的人工培养房催芽7 d后，去除未发芽或长势差的种子以保证每穴1株，每隔3 d补施1/5霍格兰营养液至穴盘1/3刻度处。待烟苗长出6张叶片时，挑选长势一致的烟苗，于每天17：00用100 mL 0.4 mmol/L亚精胺溶液灌根（且地上部喷施同等体积清水）或叶施（地下部根施同等体积去离子水）。经预处理3 d后，将处理烟苗转移至4 ℃的人工气候培养箱，其余条件保持不变，每个处理32株，重复3次，以蒸馏水作对照（CK）处理，低温处理3 d后，进行取样测定各指标。试验设计详见表1。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 幼苗生长指标测定

每个处理随机选取10株幼苗，测量最大叶长、叶宽，计算最大叶面积；称量地上部、地下部鲜质量后，于105 ℃杀青20 min，再于65 ℃烘干至恒质量，称量地上部、地下部干质量，计算根冠比。

1.3.2 幼苗生理指标测定

使用Li-Cor便携式光合仪测蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间浓度（Ci）、净光合速率（Pn）。

可溶性糖含量、保护酶（SOD、POD、CAT）活性及脯氨酸含量测定参照高俊凤的方法［17］，丙二醛（MDA）含量测定参照张志良等的方法［18］。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2019及SPSS 26.0软件整理分析数据，采用GraphPad Prism 8.0绘图。

2 结果与分析

2.1 亚精胺喷/灌施对低温胁迫下烤烟幼苗生物量的影响

由表2可知，低温胁迫显著抑制了烤烟幼苗叶片生长及干物质量积累。常温下，喷施或灌施 0.4 mmol/L 亚精胺处理（CK1、CK2、CK3、CK4）的最大叶面积、地上部干质量、地下部干质量及根冠比无显著差异。但在正常温度下，湘烟7号幼苗的地上部鲜质量在喷施处理（CK3）下比灌施处理（CK1）显著提高了7.13%，K326幼苗喷施处理（CK4）比灌施处理（CK2）的地上部鲜质量提高了23.01%。低温胁迫下，喷施或灌施亚精胺处理的最大叶面积、地上部和地下部鲜质量、地上部和地下部干质量及根冠比表现为T1>T3>T2、T4，湘烟7号幼苗灌施（T1）的最大叶面积、地下部鲜质量、地上部干质量、地下部干质量、根冠比比喷施处理（T3）分别显著提高5.89%、7.69%、4.55%、33.33%、25.00%；K326幼苗灌施处理（T2）比喷施处理（T4）的生物量分别提高0.84%、7.25%、3.05%、5.05%，而地下部干质量与根冠比在两处理间（T2和T4）间无差异。初步表明，亚精胺灌施对促进低温胁迫下烤烟幼苗生长量的效果优于喷施，且对湘烟7号生物量的提高效果更为显著。

2.2 亚精胺喷/灌施对低温胁迫下烤烟幼苗光合性能参数的影响

由表3可知，与常温对照相比，低温胁迫导致K326、湘烟7号烟苗胞间CO2浓度显著升高，蒸腾速率、气孔导度、净光合速率显著降低。对同种幼苗而言，灌施处理效果均优于喷施。湘烟7号烟苗灌施（T1）的气孔导度比喷施处理（T3）显著提高18.19%，胞间CO2浓度比喷施显著减小3.65%，但两者在蒸腾速率、净光合速率上无显著差异；K326幼苗烟苗灌施（T2）比喷施处理（T4）的蒸腾速率、气孔导度、净光合速率分别显著提高7.99%、16.67%、24.19%，胞间CO2浓度显著降低1.43%。对同种施用方式来说，湘烟7号整体耐寒表现要优于K326。灌施处理下，湘烟7号幼苗（T1）的蒸腾速率、气孔导度、净光合速率分别比K326幼苗（T2）显著提高9.18%、39.29%、26.22%，胞间CO2浓度显著降低5.14%。喷施处理下，湘烟7号幼苗（T3）各光合指标分别比K326幼苗（T4）显著提高14.05%、37.5%、55.34%，T3胞间CO2浓度较T4显著降低2.95%。

2.3 亚精胺喷/灌施对低温胁迫下烤烟幼苗渗透调节物质及MDA含量的影响

由图1可见，与常温对照相比，经低温胁迫处理后，烟苗体内可溶性糖、丙二醛（MDA）、脯氨酸含量均显著增加。低温下，通过对同一烟苗在不同施用处理下相比，湘烟7号幼苗灌施（T1）的脯氨酸含量较喷施处理（T3）显著提高3.65%，MDA含量较T3显著降低12.50%，两者的可溶性糖含量无显著差异；K326幼苗灌施（T2）和喷施（T4）处理在可溶性糖含量上无显著差异，在丙二醛含量及脯氨酸含量上差异显著，T2处理脯氨酸含量较T4处理显著提高5.79%，丙二醛含量显著降低4.38%。在同一施用方式下，湘烟7号幼苗整体效果优于K326幼苗。湘烟7号灌施处理（T1）的可溶性糖、脯氨酸含量分别比K326灌施处理（T2）显著提高11.54%、10.94%，MDA含量显著降低23.36%；湘煙7号喷施处理（T3）的可溶性糖、脯氨酸含量分别比K326幼苗喷施（T4）分别显著提高10.24%、13.22%，MDA含量显著降低16.08%。

2.4 亚精胺喷/灌施对低温胁迫下烤烟幼苗保护酶活性的影响

由图2可知，常温下各处理对烟苗体内的3种保护酶（SOD、POD、CAT）活性影响无显著差异。在经历低温胁迫后，各处理烟苗的SOD、POD、CAT活性均显著增强。在相同施用方式下，湘烟7号幼苗的保护酶活性均整体均优于K326幼苗。灌施处理下湘烟7号幼苗（T1）比K326幼苗（T2）的SOD、POD、CAT活性分别显著提高11.54%、16.03%、15.24%；喷施处理下湘烟7号幼苗（T3）比K326幼苗（T4）抗氧化酶活性分别显著提高10.14%、9.60%、2.89%。对同一品种烟苗而言，灌施效果要优于喷施。湘烟7号灌施处理（T1）的SOD、POD、CAT活性分别较喷施处理（T3）显著提高6.04%、9.63%、7.19%；K326幼苗灌施处理（T2）的SOD活性较喷施处理（T4）显著提高4.71%，而其POD及CAT活性差异不显著。初步表明，灌施处理对保护酶的活性增强效果优于喷施处理，且以湘烟7号表现更佳。

3 讨论

当植物遭受低温逆境时，施用外源植物生长调节剂是缓解胁迫伤害的重要农业管理措施之一［19］。相关研究表明，通过灌施与喷施多胺，作用于地下部或地上部器官直接被植物吸收利用，可大大提高植物体内的多胺含量［20］。但同一作物对亚精胺的吸收转化和利用效率因品种特性或生长时期各异，导致不同品种对亚精胺施用方式的响应效果不尽相同［21］。烤烟幼苗的干物质量、最大叶面积、根冠比等均可作为判定幼苗质量的重要标准。本研究中，喷施及灌施亚精胺均能不同程度地改善低温胁迫下烤烟幼苗的农艺性状；对于同种烟苗来说，灌施效果整体优于喷施，湘烟7号幼苗灌施（T1）的最大叶面积、地下部鲜质量、地上部干质量、地下部干质量、根冠比分别比喷施（T3）显著提高5.89%、7.69%、4.55%、33.33%、25.00%，这与张永平等发现适宜浓度的外源亚精胺有利于改善甜瓜幼苗生长发育的研究结果［22］相似；但最佳浓度不一致，这主要是由于作物品种不同而表现各异。光合作用作为植物体内最重要的代谢过程之一，不仅能为作物各器官的建成提供能量和物质，也是农业高产优质的根本保证，但此过程极易受温度影响。低温下，植物光合色素合成酶活性受到抑制，光合色素的合成及保护能力均被减弱，且低温使得叶绿体膜组分改变，光合电子传递受阻，从而影响ATP、NADPH等的产生，进而导致植物生长发育受到抑制［23-25］。本研究在低温胁迫下，与喷施处理相比，K326灌施亚精胺的幼苗叶片在低温胁迫下蒸腾速率、气孔导度、净光合速率均得到显著改善，胞间CO2浓度显著减小，而湘烟7号灌施处理下仅在气孔导度及胞间CO2浓度上存在显著差异，蒸腾速率和净光合速率差异不显著，表明外源亚精胺能有效改善叶绿体的光合特性，并缓解低温下非气孔因素对净光合速率的抑制作用，这与魏晓凯等的研究结果［26］一致，且以灌施处理改善效果较好，说明灌施亚精胺对烤烟幼苗叶片的叶绿体结构起到良好的保护作用。活性氧在正常代谢过程中是必需的，但低温胁迫会导致细胞积累过量活性氧自由基等有毒物质，严重破坏细胞的正常生理代谢功能［27］。因此，植物通过调控保护酶活性及渗透调节物质含量（如脯氨酸和可溶性糖含量等）清除活性氧，缓解低温冷害造成的细胞损伤［28］。本研究中，通过对同一烟苗在不同施用方式下相比，湘烟7号幼苗灌施（T1）较喷施（T3）及K326幼苗灌施（T2）较喷施处理（T4）的脯氨酸含量均得到显著提高，MDA含量显著降低，但不同施用方式对同一品种烟苗的可溶性糖含量影响不显著。而在在同一施用方式下，湘烟7号幼苗整体效果优于K326幼苗，这在保护酶活性方面也取得了同样的结果。灌施处理下湘烟7号幼苗（T1）比K326幼苗（T2）的SOD、POD、CAT活性分别显著提高11.54%、16.03%、15.24%。对同一品种烟苗而言，灌施效果整体要优于喷施。湘烟7号灌施处理（T1）的SOD、POD、CAT活性分别较喷施处理（T3）显著提高6.04%、9.63%、7.19%；K326幼苗灌施处理（T2）的SOD活性较喷施处理（T4）显著提高4.71%，而其POD及CAT活性差异不显著。初步表明，灌施处理对保护酶的活性增强效果优于喷施处理，且以湘烟7号表现更佳。 这可能是由于外源亚精胺对保护酶活性及渗透调节物质含量的调控效应因烟苗品种而异。湘烟7号在低温环境下生长更为稳定，能够快速通过调节生理代谢和形态结构等方式适应低温环境的影响，从而保持生长和发育的正常进行［29］。植株体内较高含量的脯氨酸能够诱导细胞内保护酶活性及含量增加，从而启动幼苗抗寒生理机制，及时清除过量自由基及丙二醛，可溶性糖可与水分子结合以调节细胞渗透势，缓解低温胁迫对自身的伤害［30-31］。

4 结论

综上，灌施或喷施0.4 mmol/L亚精胺均能不同程度缓解K326、湘烟7号烟苗遭受低温胁迫的伤害程度，增强幼苗保护酶活性，提高脯氨酸含量，并降低丙二醛含量，一定程度改善光合特性，从而提高烤烟幼苗的御寒潜能，尤以湘烟7号灌施效果较佳。

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收 稿日期：2023-04-01

基金项目：湖南省烟草公司重点资助项目（编号： HN2022KJ06）。

作者简介：蒋朝维（1997—），女，湖南邵阳人，硕士研究生，研究方向为烤烟栽培生理。E-mail：920871836@qq.com。

通信作者：张一扬，硕士，副教授，主要从事烟叶生产技术研究与教学工作。E-mail：cnhncs@163.com。