外源亚精胺缓解烟草干旱胁迫的生理机制研究

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为提高烟草对干旱胁迫的耐受性及改善烟叶品质,以烤烟品种豫烟10号为材料,利用外源喷施亚精胺(Spermidine,Spd)和多胺合成抑制剂二环己胺(Dicyclohexylamine nitrite,DCHA),通过盆栽试验(CK,正常浇水;D,干旱胁迫处理;D+Spd,1 mmol/L Spd处理干旱胁迫烟株;D+DCHA,2mmol/LDCHA处理干旱胁迫处理),测定了烟草生长、光合作用、抗氧化系统、渗透调节及烟叶化学成分等指标,研究外源Spd缓解烟草干旱胁迫的生理机制。主要结果如下:1、干旱胁迫严重抑制了烟草正常生长发育和干物质积累,株高、最大叶面积、地上部干重、根系干重和总干重等指标相对于对照分别降低17.84%、23.22%、26.32%、11.57%和23.20%;与干旱胁迫处理相比,经外源Spd处理的烟草各项生长指标均有所提高,烟草株高、最大叶面积、地上部干重和总干重等指标较干旱处理分别显著提高了 20.29%、28.89%、21.61%和18.53%;干旱胁迫下经DCHA处理的烟草生长指标较干旱处理出现不同程度降低,其中烟草茎围和根系干重显著降低了 13.78%和12.82%。外源Spd处理后烟草生长受抑制有较大程度缓解,部分生长指标甚至接近对照处理,而DCHA处理下烟草生长更为缓慢,加重了干旱对烟株的胁迫。2、外源Spd处理有效改善了千旱胁迫造成的叶绿素含量、光合作用强度降低,改善叶片荧光特性。与对照相比,不同处理下烟草叶片叶绿素含量均有不同程度下降。与干旱处理相比,经外源Spd处理后各项叶绿素含量指标均有所提高。其中,外源Spd处理下叶绿素b和叶绿素(a/b)值较干旱处理提高了 3.70%和7.55%。与干旱处理相比,经DCHA处理下烟草叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a/b)值和总叶绿素含量均显著较低。与干旱处理相比,经外源Spd处理后烟草叶片Pn、Gs和Tr分别提高87.06%、122.10%和111.97%,而C1则显著降低了 44.02%;与对照相比,干旱胁迫下烟草Fv/Fm、ΦpSⅡ和qP均有不同程度降低,降幅分别达33.13%、36.77%和40.24%,而NPQ则显著提高了 111.39%。干旱胁迫经外源Spd处理,烟草叶片荧光参数相对与干旱胁迫处理有不同程度改善,其中Fv/Fm、ΦPSⅡ和qP分别显著提高了 10.90%、16.34%和20.32%,而NPQ则显著降低了 25.30%。3、外源Spd能缓解干旱胁迫过氧化产物对叶片细胞的影响,DCHA处理会加剧干旱胁迫下烟草叶片细胞过氧化伤害,细胞膜系统损伤更为严重。与对照相比,干旱胁迫处理下烟草叶片MDA、H2O2、O2-和相对电导率分别显著提高242.02%、162.97%、251.02%和122.36%。干旱胁迫经外源Spd处理,细胞膜质过氧化程度有所缓解,各项指标均有不同程度降低,其中MDA、H2O2、O2-和相对电导率分别降低了 18.63%、13.56%、23.26%和17.76%,与干旱胁迫处理相比,干旱胁迫经DCHA处理下烟草叶片MDA和H2O2含量较干旱胁迫处理分别升高了 8.46%和6.82%,O2-和相对电导率分别升高了 11.63%和16.13%;外源Spd能增强抗氧化酶活性以提高干旱胁迫下烟草叶片清除自由基能力。与对照相比,干旱胁迫下烟草叶片SOD、CAT和APX酶活性均显著升高,而POD酶活性较对照处理显著降低,干旱胁迫经外源Spd处理下,烟草叶片SOD、POD、CAT和APX酶活性分别提高25.32%、15.29%、12.35%和30.57%,与干旱胁迫处理相比,经DCHA处理下烟草叶片SOD、POD、CAT和APX酶活性均有不同程度降低,经DCHA处理下烟草叶片对干旱胁迫产生的过量自由基等物质的清除能力减弱。4、干旱胁迫下经外源Spd处理,可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖含量均有显著提升,有利于促进干旱胁迫下细胞渗透调节平衡,减轻干旱胁迫伤害。与对照处理相比,干旱胁迫下烟草叶片可溶性蛋白含量显著降低了 54.66%,而脯氨酸和可溶性糖含量较对照分别显著提高了 79.30%和88.62%,干旱胁迫经外源Spd处理下烟草叶片可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖含量分别提高166.14%、25.69%和64.22%,干旱胁迫经DCHA处理下烟草叶片可溶性蛋白含量较干旱胁迫处理显著提高了 20.25%,而脯氨酸和可溶性糖含量较干旱胁迫处理分别显著降低了 33.38%和15.95%,干旱胁迫经DCHA处理下脯氨酸和可溶性糖等含量均显著降低,不利于细胞渗透调节平衡。5、不同处理下烟草叶片Put、Spd、Spm和PA含量均有显著差异,具体表现为D+Spd处理>干旱处理>对照>D+DCHA处理。干旱胁迫经Spd处理,烟草叶片Put、Spd、Spm和PA含量较对照处理分别提高14.04%、26.30%、15.90%和22.63%。干旱胁迫经DCHA处理,烟草叶片Put、Spd、Spm和PA含量出现回落,相对于对照、干旱处理和外源Spd处理均有显著降低。在干旱和外源Spd处理下,烟草叶片Put、Spd、Spm和PA含量较对照均显著提高,且不同形态多胺在不同处理间均表现为Spd含量最高,其次为Put和Spm,而DCHA显著降低了 Put、Spd、Spm和PA在烟草叶片中的积累。6、与对照相比,干旱胁迫下烟草叶片ABA含量显著升高了 106.02%,而IAA、ZR和GA3则分别降低了 51.61%、58.20%和61.63%,干旱胁迫经外源Spd处理,烟草叶片各项激素含量均出现增长,其中ABA、IAA、ZR和GA3含量较干旱胁迫处理分别显著提高了 21.34%、33.77%、65.68%和93.94%,干旱胁迫显著降低了烟草叶片IAA、ZR和GA3含量,而脱落酸ABA有显著提高,施用外源Spd处理提高了干旱胁迫下烟叶各项内源激素含量,而DCHA处理下激素含量除ABA外出现降低,甚至低于干旱胁迫处理。7、与对照处理相比,干旱胁迫下烟草叶片总氮、烟碱和氯含量有不同程度提高,而钾、还原糖和总糖含量均不同程度降低。外源Spd处理下烟草叶片烟碱和氯含量分别较干旱胁迫处理分别显著降低了 43.79%和21.82%,而钾和总糖含量分别显著提高了 7.17%和62.47%;干旱胁迫经DCHA处理后,与干旱胁迫处理相比,DCHA处理烟草叶片总氮、烟碱和氯含量均有不同程度升高,增幅分别达32.64%、15.69%和25.45%,叶片钾、还原糖和总糖相对于干旱胁迫处理均有不同程度降低。综合来看,外源Spd处理能有效改善干旱胁迫下烟叶化学成分组成,提高烟叶品质。
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