關(guān)鍵詞： 脫落酸；煙草；鎘脅迫；抗氧化；鎘積累

中圖分類號： S572.01 文獻標志碼： A 文章編號： 1004–390X （2024） 06?0106?07

工業(yè)生產(chǎn)中大量礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥和農(nóng)藥的不合理使用、污灌等均會造成土壤污染，使土壤中的重金屬含量超標[1]。云南農(nóng)田土壤鉛、鎘、銅、鋅均有不同程度的富集，通過與背景值進行比較，鎘的富集程度最為嚴重[2]。鎘（cadmium，Cd） 是一種生物毒性極強的有色重金屬，具有移動性大、化學(xué)活性強等特點，易被植物吸收[3]。一方面，過量Cd 對植物生長發(fā)育產(chǎn)生抑制或毒害，當(dāng)Cd 穿過細胞膜時會破壞膜透性，造成細胞膜脂質(zhì)過氧化損傷，細胞內(nèi)丙二醛（malondialdehyde， MDA）、過氧化氫（H2O2） 等過氧化物積累并產(chǎn)生大量自由基[4-5]，此時植物為維持自身正常生理代謝會啟動氧化應(yīng)激防御系統(tǒng)，調(diào)動多種酶類物質(zhì)如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）、谷胱甘肽還原酶（glutathione reductase，GR） 以及一些非酶類物質(zhì)如抗壞血酸（ascorbic acid，AsA）、谷胱甘肽（glutathione，GSH） 等來維持自身氧化還原平衡，清除過量自由基，減少氧化損傷[6-7]；另一方面，過量Cd 還會影響煙草品質(zhì)，降低煙葉可用性。煙葉積累的Cd 無法自行降解，可通過抽吸時的主流煙氣對人體健康造成潛在危害，如致癌、致畸、致突變等[8]。因此，研究如何緩解煙草Cd 脅迫對提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量和保障人體健康具有重要意義。

脫落酸（abscisic acid，ABA） 是五大植物天然生長調(diào)節(jié)劑之一[9]，在植物抗逆系統(tǒng)中具有重要作用[10-11]。已有研究將其應(yīng)用于緩解植物逆境脅迫。張慧等[12]研究表明：外施ABA 可明顯減輕Cd2+對高等沉水植物菹草的毒害，使其葉片葉綠素、可溶性蛋白和脯氨酸含量增加。噴施適量濃度外源ABA 還能有效減輕鉛脅迫對王族海棠的光合抑制，增強其光合作用效率[13]；還可緩解NaCl 對玉米生長和發(fā)育過程造成的生理脅迫[14]，增強高羊茅耐鹽性[15]，誘導(dǎo)小豆幼苗提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量以減緩淹水脅迫危害[16]等。大量研究表明：外源ABA 對調(diào)控植物多種逆境脅迫具有積極作用，但鮮有針對ABA 調(diào)節(jié)煙草Cd 脅迫的研究報道。本研究采用盆栽試驗，研究Cd 脅迫下葉面噴施ABA 對煙葉抗氧化特性及煙株Cd 積累的影響，旨在為進一步探究ABA 緩解煙草Cd 脅迫機理提供理論參考，為降低植物Cd 脅迫提供新途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試煙草品種為K326。供試土壤為紅壤，其理化性質(zhì)為：pH 值5.84，有機質(zhì)含量15.25 g/kg，有機碳含量10.59 g/kg，全氮含量0.26 g/kg，堿解氮含量7.23 mg/kg，全磷含量0.18 g/kg，速效磷含量4.22 mg/kg，全鉀含量54.31 g/kg，速效鉀含量97.34 mg/kg，Cd 含量0.15 mg/kg。供試花盆規(guī)格為32 cm×19 cm×23 cm （上口徑×下底徑×高）。供試ABA 為純度98% 的標準品（上海麥克林生化科技有限公司）；乙酸鎘及其他化學(xué)試劑均為分析純（西隴化工股份有限公司）。

1.2 試驗設(shè)計

于云南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院設(shè)施大棚進行盆栽試驗。在前期預(yù)試驗的基礎(chǔ)上確定土壤Cd 添加量為60 mg/kg，每盆裝風(fēng)干土10 kg、植煙1 株，盆底放置接水盤避免Cd淋失。試驗共設(shè)置5 個處理：CK （正常生長）、Cd 脅迫（Cd）、T₁ （Cd+50 mg/L ABA）、T₂ （Cd+100 mg/L ABA）、T₃ （Cd+150 mg/L ABA）。每個處理設(shè)置8個重復(fù)。

采用漂浮育苗法培育煙苗，鍛苗后選擇生長均勻一致的壯苗移栽至花盆，移栽時施入煙草專用復(fù)合肥（_mN∶_mP2O5∶_mK2O=12∶12∶24） 15g和菜籽有機餅肥30g 作基肥，移栽第7 和14 天各追施1 次復(fù)合肥，每次15 g。移栽第15 天，按照設(shè)計的處理模擬污灌方式，一次性均勻施入乙酸鎘水溶液（每盆1 L），CK 處理澆灌等量蒸餾水。后期澆水、鋤草等均按照常規(guī)管理進行。于打頂后1 周晴朗的上午，按照設(shè)計的處理噴施ABA 溶液，噴至每片葉片正反兩面均勻濕潤但不滴落，控制在1～2 min 內(nèi)噴完全部處理，隨即開始計時。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 煙葉生理指標

分別在噴施ABA 后1、2、3、6、12 和24 h，用打孔器取各處理中部葉（從下往上數(shù)6～9 葉位） 充分混勻后液氮速凍，用9 號自封袋分裝后移至?80 ℃ 超低溫冰箱保存，用于測定AsA 和GSH 含量；在噴施24 h 后以相同取樣方式取樣，用于測定SOD、POD、GR 和APX 活性以及MDA 含量。AsA 含量采用比色法測定，SOD活性采用硝基四氮唑藍光還原法測定，POD 活性采用愈創(chuàng)木酚法測定，APX 活性采用紫外吸收法測定，MDA含量采用硫代巴比妥酸法測定，具體方法參考文獻[17]；GSH 含量和GR 活性使用蘇州格瑞思生物科技公司試劑盒（分光光度法） 測定，具體按照說明書進行操作。

1.3.2 Cd含量

于噴施ABA 15 d 后，將煙株地上部和地下部分開收獲，依次用自來水、0.01 mol/L EDTA溶液和去離子水洗凈， 放至烘箱105 ℃ 殺青30 min，60 ℃ 烘干至恒量，粉碎過篩，混勻，按照《煙草及煙草制品 鉻、鎳、砷、硒、鎘、鉛的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》（YC/T 380—2010）的方法測定煙株中的Cd 含量，并按照公式計算Cd 的富集系數(shù)（bio-concentration factor， BCF）和轉(zhuǎn)運系數(shù)（transfer factor，TF）：BCF=煙株地上（或地下） 部Cd 含量/土壤中Cd 含量；TF=煙株地上部Cd 含量/地下部Cd 含量。

1.4數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Excel 2019 統(tǒng)計數(shù)據(jù)；采用SPSS 19.0進行顯著性分析；采用Origin 2018 制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源ABA 對Cd 脅迫下煙葉抗氧化特性的影響

2.1.1 對煙葉MDA含量、SOD和POD活性的影響

由圖1 可知：Cd 脅迫下，煙葉MDA 含量、SOD 和POD 活性均顯著升高，分別較CK 處理高76.8%、105.0% 和33.6%；噴施不同質(zhì)量濃度ABA 后，煙葉MDA 含量顯著下降，50、100 和150 mg/L ABA 處理分別較單一Cd 處理下降38.5%、42.2% 和18.9%；煙葉SOD 和POD 活性均隨著ABA 質(zhì)量濃度的升高而逐漸下降，并在150 mg/L ABA 處理時活性最低， 分別較單一Cd 處理下降60.7% 和40.1%。說明噴施ABA 可顯著降低Cd 脅迫下煙葉MDA 含量、SOD 和POD活性。

2.1.2 對煙葉AsA-GSH循環(huán)的影響

由圖2 可知：Cd 脅迫下，煙葉AsA 和GSH含量總體水平均高于CK 處理；噴施ABA 后的24 h 內(nèi)，AsA 和GSH 含量總體水平較單一Cd 處理進一步升高。其中，AsA 含量在噴施ABA 后的1～6 h 逐漸上升， 6～12 h 劇烈升高； 100 和150 mg/L ABA 處理的AsA 含量在12～24 h 逐漸下降，而50 mg/L ABA 處理的AsA 含量在12 h仍略有上升。GSH 含量在噴施ABA 后的1～6 h急劇上升，6～12 h 緩慢上升，12 h 后逐漸下降并趨于穩(wěn)定，其中，100 mg/L ABA 處理的GSH 含量總體水平明顯高于其他處理。

由圖3 可知：Cd 脅迫下，煙葉AsA 和GSH含量、APX 活性均顯著升高，分別較CK 處理升高45.0%、32.2% 和17.9%。噴施不同質(zhì)量濃度ABA （除150 mg/L 外） 后， AsA 和GSH 含量、GR 和APX 活性均高于單一Cd 處理。其中，AsA含量隨ABA 質(zhì)量濃度的增加逐漸降低；而GSH含量和GR、 APX 活性隨ABA 濃度增加呈先升高后降低趨勢，在100 mg/L ABA 處理時最高，分別較單一Cd 脅迫提高了3.2 倍、18.1% 和37.3%?？傮w來看，AsA 含量、GSH 含量、APX活性和GR 活性的變化規(guī)律一致。

2.2 外源ABA對Cd脅迫下煙株Cd積累的影響

由圖4 可知：正常生長條件下，煙株Cd 積累量極低，且地下部gt;地上部；Cd 處理后，煙株地上部和地下部的Cd 含量分別為CK 處理的54.5 倍和31.5 倍，Cd 含量分布逆轉(zhuǎn)為地下部lt;地上部；噴施ABA 后，相較于單一Cd 處理，煙株Cd 含量整體下降，且隨ABA 質(zhì)量濃度的增加呈逐漸下降趨勢，150 mg/L ABA 處理后，煙株地上部和地下部的Cd 含量分別下降53.0% 和42.3%。

由表1 可知：煙株地上部和地下部Cd 富集系數(shù)在正常條件下低于0.1，且地下部gt;地上部，轉(zhuǎn)運系數(shù)小于1；Cd 脅迫下，煙株Cd 富集系數(shù)顯著增大，且地下部lt;地上部，轉(zhuǎn)運系數(shù)顯著增加69.23%；噴施ABA 后，地上部與地下部的Cd 富集系數(shù)均隨ABA 質(zhì)量濃度增加而逐漸顯著減小，轉(zhuǎn)運系數(shù)亦不同程度降低。

2.3 外源ABA質(zhì)量濃度與煙葉抗氧化及煙株Cd 積累的相關(guān)性

ABA 質(zhì)量濃度與煙葉POD 活性、地下部和地上部Cd 含量呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為?0.964、?0.980 和?0.964；與煙葉SOD、MDA、AsA、APX 和Cd 轉(zhuǎn)運系數(shù)呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為?0.873、?0.400、?0.085、?0.126 和?0.789；與煙葉GSH 和GR 呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.824 和0.770。由圖5 可知：煙葉SOD 與POD、MDA 極顯著正相關(guān)，與GSH 極顯著負相關(guān)；煙葉GR 與SOD、POD 顯著負相關(guān)，與AsA 顯著正相關(guān)，與GSH 極顯著正相關(guān)；煙葉POD與MDA顯著正相關(guān)，與GSH極顯著負相關(guān)；煙葉AsA 與GSH、地上和地下部Cd 含量極顯著正相關(guān)；Cd 轉(zhuǎn)運系數(shù)與地上和地下部Cd 含量極顯著正相關(guān)，與AsA 顯著正相關(guān)。

3討論

3.1外源ABA對煙草抗氧化特性的影響

MDA 是膜脂過氧化主要產(chǎn)物之一，其含量高低可代表膜脂過氧化程度[18]。本研究中，煙草受Cd 脅迫后，MDA 含量以及SOD、POD 酶活性顯著升高，這與閆寒等[19]的研究結(jié)果一致。噴施不同質(zhì)量濃度的外源ABA 后，煙葉MDA 含量、SOD 和POD 酶活性較單一Cd 脅迫顯著降低，表明外源ABA 有效地調(diào)控了2種酶的活性，減弱了煙葉細胞膜脂過氧化損傷。相較于50 和100 mg/L ABA 處理，150 mg/L ABA 處理的煙葉MDA 含量顯著升高，表明外源ABA 質(zhì)量濃度過高可能對煙葉產(chǎn)生膜脂過氧化威脅。

AsA-GSH 循環(huán)在植物抵抗逆境過程中起關(guān)鍵作用，主要由抗氧化物質(zhì)AsA 和GSH 及循環(huán)中關(guān)鍵酶如APX 和GR 等參與[20-21]。本研究表明：Cd 脅迫下，煙葉AsA 和GSH 含量及APX 活性顯著上升，說明煙草體內(nèi)的氧化應(yīng)激機制起到了作用；施用ABA 后，上述3 個指標繼續(xù)升高，表明添加ABA 進一步刺激了煙草體內(nèi)的AsA-GSH 循環(huán)，這與劉梅等[22]的研究結(jié)果類似，也與其他外源物質(zhì)（烯效唑和腐植酸） 調(diào)節(jié)AsAGSH循環(huán)，從而減輕大豆和稻谷氧化損傷的研究[23-24]有相似之處；150 mg/L ABA 處理下，APX活性下降，這可能是過高質(zhì)量濃度的ABA 起到了協(xié)同抑制作用。本研究也表明：施加ABA 對煙葉AsA 和GSH 含量影響具有時間效應(yīng)，即AsA 含量在噴施ABA 6～12 h 后劇增，而GSH 含量在噴施ABA 1～6 h 后劇增， 這可能是因為ABA 先刺激GSH 積累，再催化循環(huán)中的代謝酶，進而影響AsA。此外，ABA 施用12 h 后對煙葉的刺激逐漸平緩，為煙葉取樣時間提供了一定參考；但本研究在12～24 h 設(shè)計的取樣時段間隔較寬，若要進一步探究AsA 和GSH 在該時段內(nèi)的具體變化，需要在后續(xù)研究中進一步細化取樣時段，以明確噴施ABA 的最佳時間。

3.2 外源ABA對煙草Cd積累的影響

Cd為植物生長發(fā)育的非必需元素[25]，煙草首先通過根系吸收土壤Cd，然后向上運轉(zhuǎn)到煙株各部位。本研究表明：Cd 脅迫下，煙株地上部Cd 含量高于地下部，地上部和地下部的Cd 含量增幅分別為正常生長條件的54.5 倍和31.5 倍，說明土壤中大量積累的Cd 可促使煙株Cd 的吸收能力增強，Cd 向地上部的運輸能力亦增強，這不利于煙葉品質(zhì)（即安全性）。超累積植物富集系數(shù)遠大于1，而排斥型作物富集系數(shù)通常小于1[26-27]，以此為判斷標準可知：煙草K326 對Cd有較強的富集能力，有望用于土壤Cd的污染修復(fù)。本研究還表明：噴施ABA能顯著降低Cd 脅迫下煙株體內(nèi)的Cd 積累，也能顯著降低Cd向煙株地上部的運輸，這與何蓮等[28]的研究結(jié)果類似。此外，已有研究表明：AsA和GSH均具有絡(luò)合作用，可與結(jié)合在酶蛋白上的重金屬離子絡(luò)合[29]。本研究顯示：AsA含量與GSH、地上部和地下部Cd 含量極顯著正相關(guān)，而GSH 與SOD、POD極顯著負相關(guān)，SOD又與多種酶相關(guān)，由此推測，煙草Cd 積累降低可能與ABA 刺激煙草AsA-GSH循環(huán)，從而絡(luò)合部分Cd離子有關(guān)。

4結(jié)論

外源噴施ABA 可降低Cd 脅迫下煙葉的SOD活性、POD活性和MDA含量，提高煙葉AsA含量、GSH含量和GR活性，降低煙株地上部和地下部的Cd積累，使煙株向地上部運轉(zhuǎn)Cd 的能力減弱。其中，外源噴施150mg/L ABA能極大地降低煙株Cd積累，可為降低煙草重金屬吸收的研究提供參考。

責(zé)任編輯：何承剛