嫁接对烤烟抗旱生理特性的影响

谢 冰， 詹晓旭， 饶在生， 李 辉， 袁继超， 张潇娴

(1.四川农业大学农学院，四川成都 611130； 2.四川省烟草公司宜宾市公司，四川宜宾 644002； 3.黑龙江烟草工业有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150000)

通信作者：饶在生，硕士，助理农艺师，主要从事烟草栽培及仪器分析研究。Tel：(0831)2332973；E-mail：raozaisheng@163.com。

水是烟株的重要组成成分，在烟株形态建成、生理代谢等生命活动中均起重要作用[1]。近年来，随着全球气候的变化，我国各烟叶产区的异常天气增多，烤烟生长发育期降水量分布不均，季节性水分供应短缺现象严重，对烤烟的正常生长发育、产质量的形成造成重要影响，严重阻碍现代烟草农业的可持续发展。宜宾市是四川省重要烤烟产区之一，然而该烟区容易遭受连续干旱，造成烟叶减产，烟农收入降低，影响烟农种烟积极性。干旱胁迫会对烤烟带来严重影响，研究发现，土壤干旱能够改变烟株的基因表达[2-4]和生理指标[5-7]，抑制生长发育[8-9]，降低烟叶产量和品质[10-12]。汪耀富等发现，干旱胁迫下烤烟生长发育受阻，根冠比不协调，叶片超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性降低，丙二醛含量升高[6]。受干旱胁迫的烟株株高、茎围等农艺性状变差、叶绿素含量降低，严重影响烤烟的产量和品质[13]。嫁接能同时发挥砧木和接穗的优势，既可以保持品种的内在风格特点，还能提高品种抗性[14]。嫁接已广泛应用于大量经济作物，被越来越多的农户所接受，周宝利等研究了水分调控对嫁接茄子生长发育、根系活力、叶片化学指标的影响[15]，张珂珂通过嫁接增强了干旱条件下黄瓜苗的抗旱能力[16]，尽管前人已对嫁接烤烟的关键酶活性开展相关研究[5]，但有关嫁接对特色优质烤烟品种抗旱生理特性的影响研究比较少。鉴于此，本研究在四川宜宾烟区开展盆栽防水控雨栽培试验，探讨嫁接对优质特色烤烟品种抗旱生理特性的影响，旨在为嫁接改善烤烟抗旱性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2015年在四川省宜宾市大坝乡沙坝村进行。采用盆栽试验，盆内径30 cm，深40 cm，每盆装干土15 kg，栽烟1株，株行距120 cm×60 cm。盆栽土为壤土，容重 1.42 g/cm3，最大持水量23.8%，有机质含量28.8 g/kg，全氮含量1.6 g/kg，碱解氮含量186.3 mg/kg，全磷含量1.1 g/kg，速效磷含量21.4 mg/kg，全钾含量26.1 g/kg，速效钾含量153.6 mg/kg。

试验材料：接穗为耐旱性弱的特色优质品种KRK26，砧木为耐旱品种K326和Anyan2，试验种子均由玉溪中烟种子有限责任公司提供。

1.2 试验设计

试验组合为：KRK26/K326、KRK26/Anyan2(接穗/砧木)、KRK26。

烤烟嫁接：接穗和砧木按湿润育苗技术规程育苗，接穗品种按正常的育苗时令播种，砧木比接穗早播种7 d。烤烟嫁接采用劈接法，即选取砧木，平切去顶芽，并在平切口中部向下垂直切开1.0～1.5 cm；同时选取接穗，从生长点向下3 cm左右处切去，将植株两侧切成下薄上厚长度1 cm左右的平滑楔形，插入砧木切口内，将嫁接夹沿切口夹入，放回湿润盘内，及时遮阴保湿，嫁接苗长出新叶后即可移栽。

干旱处理：采取搭棚遮雨的人工补水措施进行土壤水分控制，称质量法人工控制土壤相对含水量。干旱处理设置在烤烟生长的整个生育期，共设3个处理水平，正常灌水：土壤相对含水量70%～80%；轻度干旱：土壤相对含水量50%～60%；严重干旱：土壤相对含水量30%～40%。试验共3个品种，各品种每处理10株，3次重复，共270株烟。2015年04月28日移栽，05月13日进行干旱处理，于各生育期取样测定相关指标。

1.3 测定项目及方法

叶绿素相对含量采用SPAD测定仪测定；过氧化物酶活性采用于愈创木酚法测定；过氧化氢酶活性采用紫外吸收法测定；超氧化物歧化酶活性采用氮蓝四唑(NBT)法测定；脯氨酸含量采用茚三酮比色法测定。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2003和DPS 7.05软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 干旱对叶片叶绿素SPAD值的影响

烤烟叶片叶绿素含量能反映烟株营养状况和烟叶成熟度。有研究表明，烤烟叶片叶绿素含量与SPAD值之间存在显著正相关关系[17]。由图1可知，干旱胁迫下随着生育期的推进，烟叶SPAD值呈下降趋势。正常灌水时，SPAD值在旺长期出现峰值，成熟期时降低，呈现先升高后降低的倒马鞍形。与正常灌水相比，团棵期干旱处理，嫁接苗叶片的SPAD值有下降趋势，但降低幅度较小。随着干旱胁迫时间的延长，与正常灌水相比，旺长期轻度干旱处理的KRK26自根苗SPAD值降幅最大，为28.7%；KRK26/Anyan2降幅最小，为25.8%；成熟期严重干旱胁迫下，KRK26/K326、KRK26/Anyan2、KRK26的SPAD值分别较正常灌水下降34.4%、30.5%、37.3%。在各生育期干旱胁迫条件下，嫁接苗的SPAD值高于自根苗，其中KRK26/Anyan2整体上最高，KRK26/K326次之。

2.2 干旱对抗旱生理指标的影响

脯氨酸是一种重要的渗透保护物质，其含量的高低表征植物抗旱能力的强弱。脯氨酸能与蛋白质结合，在蛋白表面与水分子形成一层保护膜，束缚水分子向细胞外流动，减少水分散失[18]。从图2可以看出，在烟草的各生育时期，脯氨酸含量随着干旱程度的加重而增加。从团棵期到成熟期，全生育期干旱处理脯氨酸含量呈增长趋势，而正常灌水增加得不明显。其中，自根苗脯氨酸含量明显小于其他2种嫁接苗，KRK26/Anyan2含量最大，KRK26/K326次之。成熟期严重干旱处理KRK26/K326、KRK26/Anyan2、KRK26的脯氨酸均明显增加，分别为正常灌水的6.08倍、6.29倍和6.09倍。说明土壤缺水时嫁接苗可通过增加植株脯氨酸含量来减少细胞内水分散失，增强抗干旱胁迫能力，但其增强幅度与自根苗相比规律性不明显，可能与接穗、砧木不同有关。

2.3 干旱对细胞膜系统保护酶活性的影响

SOD能清除超氧阴离子自由基，减少羟基自由基的形成，是植物抵御活性氧侵害的一类重要酶[19]。由表1可以看出，同一干旱胁迫下嫁接苗的SOD活性均高于自根苗。相同干旱水平下，随着生育期的推进SOD活性逐渐降低。团棵期SOD活性以严重干旱最高，轻度干旱次之，正常灌水最低。各嫁接组合的SOD活性在旺长期随着干旱程度的加重呈下降趋势。与正常灌水相比，严重干旱下成熟期自根苗SOD活性的下降幅度最大，为31.82%；而KRK26/Anyan2的降幅最小，为21.03%。

表1 干旱胁迫下嫁接对烟叶SOD活性的影响

注：同列数值后的大写、小写字母分别表示0.01、0.05水平上差异显著。下表同。

CAT活性是表征作物抗逆能力的重要指标，研究该酶活性有助于阐明作物抗旱能力[20]。由表2可以看出，在干旱胁迫时CAT活性随生育期的推进总体呈现下降的趋势。在同一生育期KRK26/K326、KRK26/Anyan2的CAT活性均高于自根苗，且在团棵期，严重干旱胁迫下KRK26/K326、KRK26/Anyan2和KRK26的CAT活性差异显著；在旺长期和成熟期，严重干旱下，CAT活性表现为KRK26/Anyan2>KRK26/K326>KRK26；在成熟期严重干旱时，KRK26/Anyan2、KRK26/K326、KRK26的CAT活性分别降为正常水平的70.26%、72.83%以及63.98%。说明在干旱时通过嫁接可提高植物细胞膜系统保护酶活性，增强抗旱能力。

表2 干旱胁迫下嫁接对烟叶CAT活性的影响

2.4 干旱对细胞壁系统保护酶活性的影响

POD能促进醌类物质的合成，增加细胞壁强度，进而形成一道结构屏障，并可有效清除酚类、过氧化氢等，增强对外界病原菌的抵抗力[21]。从表3可以看出，在正常灌水和干旱胁迫条件下，不同生育时期嫁接苗KRK26/K326和KRK26/Anyan2的POD活性均高于KRK26的POD活性，在团棵期，POD活性随干旱程度的加重而增加，其中KRK26/Anyan2活性最高，自根苗最低，KRK26/K326居中；各嫁接组合的POD活性在旺长期随胁迫程度的加剧而降低。与正常灌水相比，严重干旱条件下3个嫁接组合在成熟期分别降低14.89%、16.28%、25.00%。

表3 干旱胁迫下嫁接对烟叶中POD活性的影响

3 讨论

干旱胁迫能严重影响烤烟的生长发育，导致产质量不同程度的降低，是限制烤烟生长发育、品质形成的重要因子之一。在干旱胁迫过程中，烟株会经历3个不同阶段，即无影响阶段、生理调整阶段以及失去控制阶段[22]。由于不同品种烤烟抗性不同、胁迫方式不同、胁迫强度不同，烟株生长发育的过程也会存在一定差异。

干旱胁迫条件下，烟株叶绿素含量的变化指示植物对胁迫的敏感性，同时影响光合产量。本研究中干旱条件下的烟叶SPAD值(叶绿素相对含量)与正常灌水相比呈下降趋势，这可能是由于水分胁迫导致叶绿素合成受阻，另一方面，胁迫致使活性氧累积，造成叶绿素分解破坏，从而导致SPAD值较低。嫁接苗的SPAD值高于自根苗，说明以K326和Anyan2作砧木可改善KRK26品种特性，降低干旱胁迫对叶绿素合成的影响程度，从而保持较高的叶绿素含量，进而保持正常光合作用，促进烟株生长发育。

脯氨酸作为一种重要的渗透保护物质，在植物的抗旱生理中发挥着重要的作用[23]，其含量随干旱胁迫程度的加剧而增加[24]。本试验中，干旱胁迫下，随着生育期的推进，脯氨酸在烟叶中不断积累，表明在干旱胁迫下烟株能集聚渗透调节物质、改变细胞结构，进而增强吸水、保水能力。而嫁接苗KRK26/Anyan2、KRK26/K326的脯氨酸含量均高于自根苗KRK26，表明以Anyan2作砧木的嫁接苗能提高脯氨酸含量，减少烟株水分的流失，减轻干旱胁迫对烟株造成的伤害。

有研究表明，干旱胁迫能打破植物体内自由基的产生和清除平衡，致使自由基大量积累，造成烟叶受损。本试验不同处理烟叶的SOD、CAT活性在团棵期随着干旱程度的加剧而增大，以减轻干旱胁迫造成的影响。随着干旱胁迫时间的延长，SOD、CAT活性逐渐下降，表明烟株自身调节能力降低，细胞膜遭受伤害。这2种酶活性的变化趋势与前人的研究结果[25]基本一致，但SOD、CAT等酶活性的表现总体以嫁接苗KRK26/Anyan2、KRK26/K326优于自根苗KRK26，说明嫁接苗SOD、CAT活性始终高于自根苗。与正常灌水相比，成熟期严重干旱胁迫下以Anyan2和K326作砧木的嫁接苗酶活性降低幅度小于自根苗的降幅，表明通过嫁接能更好地清除自由基和过氧化氢，保护烟叶细胞膜，更加适应干旱环境。

POD是植物抗旱酶系的重要保护酶之一[26]，能通过提高木质素、木栓质的生物合成而形成物理屏障，有效增强植物抗性[27]。本试验中，在相同生育期同等干旱胁迫条件下，烟叶POD活性以自根苗最低，在旺长期KRK26/Anyan2最高，成熟期KRK26/K326的最高，说明嫁接能提高POD活性，增强抗性，但以不同烤烟品种作砧木的嫁接苗叶片中POD活性存在一定差异。水分胁迫下KRK26/Anyan2更能促进细胞壁交联，降低细胞壁的伸展，减少烟株对水分需求，维持烟株体内水分平衡。

4 结论

抗旱性强的品种在干旱胁迫下也能保持较高的叶绿素含量和较高的酶活性，维持植物正常的生长速率。本研究结果表明，通过嫁接处理，能降低干旱胁迫对叶绿素合成的影响，且可促进脯氨酸大量积累，保持SOD、CAT、POD等关键酶活性，从而提高烤烟抗旱能力。利用嫁接技术的换根原理合理筛选抗旱性强的砧木与优质弱抗接穗组合，有助于解决实际中部分品种优质弱抗甚至不抗的问题，在生产实践中具有一定的应用价值。

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