施氮量對(duì)烤煙成熟期葉片生理特性的影響

劉亞琦，劉國(guó)順，田 茜

(國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地，河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州450002)

煙葉品質(zhì)與成熟時(shí)期的物質(zhì)代謝、施肥水平密切相關(guān).煙葉成熟度是衡量煙葉品質(zhì)的主要因素，其與煙葉的色、香、味水平密切相關(guān)［1］.只有采收成熟度好的鮮煙葉，經(jīng)過恰當(dāng)?shù)暮婵?，才能獲得成熟度好，香氣品質(zhì)高的煙葉［2］.土壤中的氮素供應(yīng)水平和煙草體內(nèi)氮素平衡狀態(tài)決定著煙草的產(chǎn)量和品質(zhì)［3］.烤煙是產(chǎn)量和品質(zhì)并重的葉用經(jīng)濟(jì)作物，煙葉的產(chǎn)量取決于煙株內(nèi)干物質(zhì)的積累量及其生物學(xué)產(chǎn)量在葉片中的分配量，而干物質(zhì)的積累和烤煙的品質(zhì)又與煙株對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收密切相關(guān)［4］.氮素對(duì)煙葉品質(zhì)形成的影響很大［5-7］，它不僅是作物營(yíng)養(yǎng)的三大要素之一，而且是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸、酶、葉綠素、內(nèi)源激素的構(gòu)成元素［8］，參與調(diào)控植物體生化反應(yīng)，是植物體碳氮代謝過程中最關(guān)鍵的元素［9］.有研究表明:在一定范圍內(nèi)施氮水平的提高能增加煙葉產(chǎn)量，提高煙葉等級(jí)［10］.要得到適產(chǎn)和優(yōu)良品質(zhì)的煙葉，必須施用氮肥，關(guān)鍵是施用量的多少［11］.氮素供應(yīng)直接影響煙葉成熟時(shí)期，供氮不足時(shí)煙葉生長(zhǎng)前期氮代謝強(qiáng)度較弱，容易產(chǎn)生脫肥現(xiàn)象，煙葉產(chǎn)量低.供氮過多，則前期生長(zhǎng)過旺，延遲成熟或黑暴難烤.本試驗(yàn)針對(duì)河南省許昌市中部地區(qū)富營(yíng)養(yǎng)煙田土壤氮素難以控制的狀況，設(shè)置不同氮肥用量測(cè)定煙葉生理特性和化學(xué)成分變化，研究氮素水平對(duì)煙葉品質(zhì)的影響，為老煙區(qū)富營(yíng)養(yǎng)煙田合理供氮提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1．1 材料

供試煙草Nicotiana tabacum 品種“中煙100”，為主栽品種.

1．2 田間試驗(yàn)

2012年試驗(yàn)安排在河南省許昌市許昌縣蘇橋鎮(zhèn).供試煙田土壤中pH7.1，堿解氮73.7 mg/kg，速效磷18.77 mg/kg，速效鉀195 mg/kg，有機(jī)質(zhì)10.6 g/kg.5月13日移栽，株行距為55 cm×120 cm.試驗(yàn)共設(shè)低、中、高3 個(gè)氮肥處理，即純氮分別22.5、45.0和67.5 kg/hm2，依次標(biāo)記為T1、T2、T3.以T2 的氮肥用量為準(zhǔn)，氮、磷、鉀配比為1.0∶1.3∶3.0，3 個(gè)處理磷、鉀肥用量固定不變.氮肥和鉀肥均按70%基施、30%穴施，磷肥全部基施.5月2日條施基肥，5月13日施窩肥.試驗(yàn)占地面積共1 200 m2.大田管理按照優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)要求進(jìn)行.7月20日現(xiàn)蕾，7月27日打頂，上部葉在移栽后第100 天左右逐漸進(jìn)入成熟，于移栽后第95 天取樣;中部葉在移栽后第85 天左右進(jìn)入成熟，于移栽后第80 天取樣.

1．3 取樣與測(cè)試分析

取樣部位為上部第16～18 片葉，中部第9～13片葉.取樣時(shí)間09:00—10:00，所采樣品立即放置于液氮罐中帶回實(shí)驗(yàn)室處理，順序取樣，設(shè)3 次重復(fù).

硝酸還原酶活性的測(cè)定采用活體法;可溶性蛋白質(zhì)采用考馬斯亮藍(lán)G-250 法;葉綠素含量采用酒精提取分光光度法;游離氨基酸含量采用茚三酮顯色、紫外分光光度法測(cè)定.試驗(yàn)結(jié)果采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析.

2 結(jié)果與分析

2．1 葉綠素含量的變化特征

煙草綠色素主要是葉綠素，存在于煙草的葉和綠色莖中，它參與光合作用，使太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能而貯藏在形成的有機(jī)化合物中，是進(jìn)行光合作用的重要色素，因此它們是煙草生長(zhǎng)發(fā)育必不可少的成分［12］.由表1 可以看出，不同氮肥處理及不同部位的煙葉在進(jìn)入成熟期之后，葉綠素的分解速率總體上大于合成速率，含量逐漸降低，但是在降低的過程中有較小幅度的升高，如上部葉T1、T3 處理，中部葉T1、T2 和T3 處理，這可能與采樣時(shí)外界環(huán)境有很大關(guān)系，土壤含水率會(huì)直接影響煙葉對(duì)氮素的同化能力［13］，進(jìn)而影響到葉綠素含量.

氮肥處理對(duì)上部煙葉的葉綠素含量影響不顯著(F=1.174，P=0.323)，不同成熟時(shí)期對(duì)上部煙葉的葉綠素含量影響差異極顯著(F=25.859，P＜0.01)，氮肥梯度及成熟時(shí)期的交互效應(yīng)對(duì)上部煙葉葉綠素含量的影響不顯著.3 個(gè)氮肥處理不同成熟時(shí)期對(duì)葉綠素含量的影響均極為顯著(F=6.759，P=0.007;F=15.092，P=0.001;F=9.657，P=0.002).

氮肥處理對(duì)中部煙葉的葉綠素含量影響極顯著(F=5.916，P=0.007)，不同成熟時(shí)期對(duì)中部煙葉葉綠素含量影響極顯著(F=11.954，P＜0.01)，氮肥梯度及成熟時(shí)期的交互效應(yīng)對(duì)中部煙葉葉綠素含量的影響不顯著.T1、T2 處理不同成熟時(shí)期對(duì)葉綠素含量的影響均不顯著，T3 處理的不同成熟期對(duì)葉綠素含量的影響極顯著(F=12.468，P=0.001).

表1 移栽后不同時(shí)期煙草葉片葉綠素含量變化1)Tab．1 Changes of chlorophyll content of tobacco leaves in different periods after transplanting

2．2 硝酸還原酶活性變化特征

煙葉品質(zhì)是煙株碳、氮代謝協(xié)調(diào)的結(jié)果.硝酸還原酶(NR)活性可作為衡量氮代謝的指標(biāo)，煙葉生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期由以氮代謝為主適時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樘即x為主，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙的重要基礎(chǔ)［14］.NR 活性受氮代謝和光合作用的影響.表2 的結(jié)果表明，上部煙葉NR 活性在移栽后100 d 明顯增大，主要是因?yàn)橐环矫娌蓸忧跋掠辏率雇寥乐械匚辙D(zhuǎn)化量增高;另一方面中部煙葉已采收，田間通風(fēng)增強(qiáng)，有利于上部煙葉進(jìn)行光合作用，此時(shí)光合固定最大，隨后煙葉逐漸成熟，NR活性迅速下降.氮肥處理對(duì)上部煙葉的NR 活性影響顯著(F=4.51，P=0.02)，不同成熟時(shí)期對(duì)上部煙葉的NR 活性影響差異極顯著(F=393.18，P＜0.01)，氮肥梯度及成熟時(shí)期的交互效應(yīng)對(duì)上部煙葉NR 活性的影響不顯著.T1、T2、T3 處理在不同成熟時(shí)期對(duì)NR 活性的影響均極為顯著(F=251.90，P＜0.01;F=122.44，P＜0.01;F=76.03，P＜0.01).

中部煙葉在逐漸成熟的過程中，NR 活性逐漸降低，這可能是因?yàn)楝F(xiàn)蕾后氮代謝強(qiáng)度由最強(qiáng)逐漸減弱，碳代謝逐漸加強(qiáng).3 個(gè)處理的NR 活性為T3＞T2＞T1，移栽后85 d 時(shí)3 個(gè)處理相差不大.氮肥處理對(duì)中部煙葉的NR 活性影響差異顯著(F=5.44，P=0.01)，不同成熟時(shí)期對(duì)中部煙葉NR 活性影響差異極顯著(F=162.53，P＜0.01)，氮肥處理及成熟時(shí)期的交互效應(yīng)對(duì)中部煙葉NR 活性的影響差異不顯著.T1、T2、T3 處理在不同時(shí)期對(duì)NR 活性的影響差異極顯著(F=61.70，P＜0.01;F=56.10，P＜0.01;F=48.31，P＜0.01).

表2 移栽后不同時(shí)期煙草葉片硝酸還原酶(NR)活性變化1)Tab．2 Changes of nitrate reductase(NR)activity of tobacco leaves in different periods after transplanting

2．3 游離氨基酸含量變化特征

由表3 可以看出，各部位葉片中3 個(gè)氮肥處理游離氨基酸含量的變化大部分隨成熟度的增加呈“下降-增加-下降”變化趨勢(shì)，這與前人的研究結(jié)果［12］一致.上部葉3 個(gè)氮肥處理游離氨基酸含量均在移栽后105 d 時(shí)達(dá)到最高，且T3＞T2＞T1;中部葉的T1 在95 d 時(shí)達(dá)最高，而T2、T3 則在移栽后90 d 時(shí)達(dá)到最大，且T2＞T3＞T1.氮肥處理對(duì)上部煙葉的游離氨基酸含量影響差異極顯著(F=11.697，P＜0.01)，不同成熟時(shí)期對(duì)上部煙葉的游離氨基酸含量差異極顯著(F=30.326，P＜0.01)，氮肥梯度及成熟時(shí)期的交互效應(yīng)對(duì)上部煙葉游離氨基酸含量的影響差異極顯著(F=4.14，P=0.002).T1、T2、T3 處理在不同成熟時(shí)期對(duì)游離氨基酸含量的影響差異均顯著(F=16.555，P＜0.01;F=5.85，P=0.011;F=19.879，P＜0.01).

氮肥處理對(duì)中部煙葉的游離氨基酸含量影響差異極顯著(F=8.178，P=0.001)，成熟時(shí)期對(duì)中部煙葉游離氨基酸含量影響差異極顯著(F=32.856，P＜0.01)，氮肥處理及成熟時(shí)期的交互效應(yīng)對(duì)中部煙葉游離氨基酸含量的影響差異不顯著.T1、T2、T3處理在不同時(shí)期游離氨基酸含量的影響差異極顯著(F=6.786，P=0.007;F=22.428，P＜0.01;F=18.045，P＜0.01).

表3 移栽后不同時(shí)期煙草葉片游離氨基酸含量變化1)Tab．3 Changes of free amino acid content of tobacco leaves in different periods after transplanting

2．4 可溶性蛋白質(zhì)含量變化特征

由表4 可以看出，打頂后5～25 d 中部煙葉可溶性蛋白質(zhì)含量下降，表明煙葉逐漸成熟衰老.上部煙葉的可溶性蛋白質(zhì)在100 d 時(shí)稍有升高，這可能與中部煙葉采收后源庫比例的改變和光合條件的改善有關(guān)，相對(duì)較適宜的光溫條件有利于1，5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)的羧化反應(yīng)［15］.方差分析結(jié)果表明，不同施氮量對(duì)可溶性蛋白質(zhì)的影響不顯著，3 個(gè)氮肥梯度對(duì)上、中部煙葉可溶性蛋白質(zhì)的影響不顯著，成熟時(shí)期對(duì)上、中部煙葉可溶性蛋白質(zhì)的影響不顯著.

表4 移栽后不同時(shí)期煙草葉片可溶性蛋白質(zhì)含量變化1)Tab．4 Changes of soluble protein content of tobacco leaves in different periods after transplanting

3 討論與結(jié)論

氮素是影響煙株生長(zhǎng)發(fā)育和煙葉質(zhì)量最為重要的元素，不合理地施用氮肥會(huì)影響煙株正常的生長(zhǎng)發(fā)育，繼而影響煙葉烤后的品質(zhì)［4，16］.本試驗(yàn)結(jié)果表明，在煙草生長(zhǎng)發(fā)育過程中，煙葉內(nèi)蛋白質(zhì)變化的總趨勢(shì)是由高到低逐漸下降的，隨著施氮量的增加，烤煙中的可溶性蛋白質(zhì)含量得到明顯提高;煙葉在進(jìn)入成熟期之后，葉綠素的合成速率則小于分解速率，含量逐漸降低.不同施肥量對(duì)中部煙葉葉綠素含量影響極顯著，每個(gè)氮肥梯度在不同成熟時(shí)期對(duì)葉綠素含量影響均極顯著.游離氨基酸含量的變化隨成熟度的增加呈“下降-增加-下降”的變化趨勢(shì).這與前人的研究結(jié)果［12，17］基本一致.3 個(gè)氮肥梯度對(duì)上、中部葉游離氨基酸有極顯著影響，每個(gè)氮肥梯度在不同成熟時(shí)期對(duì)游離氨基酸含量影響均極顯著，氮肥處理及成熟時(shí)期的交互作用對(duì)上部煙葉中游離氨基酸含量影響極顯著.

NR 的活性是受氮素和光合作用等因素共同調(diào)節(jié)的.中部煙葉NR 活性隨成熟度的增加逐漸下降，即逐漸由氮代謝轉(zhuǎn)化為碳代謝;上部煙葉NR 活性在100 d 時(shí)又明顯增大.這主要是因?yàn)橐环矫嫒忧跋掠辏率雇寥乐锌杀粺熤晡绽玫牡黾?另一方面中部煙葉采收后，田間通風(fēng)增強(qiáng)，利于上部煙葉進(jìn)行光合作用，此時(shí)光合固定最大，然后煙葉逐漸成熟，NR 活性迅速下降.

蛋白質(zhì)與吃味呈顯著負(fù)相關(guān)，與刺激性呈顯著正相關(guān)［18］，隨著施氮量的增加，烤煙中的可溶性蛋白質(zhì)得到明顯提高，不利于優(yōu)質(zhì)煙葉的形成.葉綠素是影響煙葉品質(zhì)和可用性的主要成分之一［19］，故過低或過高均不利于煙葉品質(zhì)的形成，只有合理的施氮量才能有利于優(yōu)質(zhì)煙葉的形成.低氮水平時(shí)NR 活性較低，煙葉生長(zhǎng)前期氮代謝強(qiáng)度較低，在一定程度上影響了煙葉正常生長(zhǎng).氮素濃度過大反而降低NR 活性，不利于煙苗的氮素代謝［20］.劉國(guó)順等［21］研究表明，施氮能夠提高根系NR 活性，但是施氮過多反而降低根系NR 的活性.陳錦強(qiáng)等［22］研究證明，在適宜的范圍內(nèi)，氮素水平提高，黃麻的光合速率隨之提高，但氮素過高，光合速率則有降低趨勢(shì).對(duì)于烤煙中部煙葉來說，高氮水平(T3)下，在煙葉成熟時(shí)，NR活性仍然較高，這將會(huì)推遲煙葉中的氮代謝及時(shí)轉(zhuǎn)化為碳代謝，致使煙葉貪青晚熟，從而影響煙葉品質(zhì).綜合上述各個(gè)指標(biāo)可以得出，不同施氮量對(duì)上、中部葉成熟過程的氮代謝影響較大.只有適量施用氮肥，才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)煙葉，本研究中以T2 處理(即施氮量45 kg/hm2)最佳.

［1］蔡憲杰.成熟度與煙葉質(zhì)量的量化關(guān)系研究［J］.中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2005，11(4):42-46.

［2］張樹堂.烤煙采收成熟度對(duì)煙葉兩糖差及品吸質(zhì)量的影響［J］.煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008(4):48-51.

［3］謝會(huì)雅，朱列書，趙松義.不同施氮量對(duì)烤煙干物質(zhì)積累的影響［J］.作物研究，2007(1):22-23.

［4］王世濟(jì)，崔權(quán)仁，趙第餛，等.烤煙干物質(zhì)和氮磷鉀吸收積累規(guī)律研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，31(5):770-772.

［5］MAW B W，STEPHENSON M G，GAINES T P，et al.Comparison of liquid and granular nitrogen fertilizer on the yield，quality，and value of flue cured tobacco［J］.Tob Sci，1995，39(3):77-82.

［6］韓錦峰，劉國(guó)順，韓富根.氮素用量、形態(tài)和種類對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)影響的研究［J］.中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，1992，1(1):16-23.

［7］汪耀富，孫德梅，李群平，等.灌水與氮用量互作對(duì)烤煙葉片養(yǎng)分含量、產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素利用效率的影響［J］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，37(2):119-123.

［8］MA B L，MORRISON K，MALEOM J，et al.Canopy light reflectance and field greenness to assess nitrogen fertilization and yield of maize［J］.Agron J，1996，88(3):915-920.

［9］張福鎖.環(huán)境脅迫與植物營(yíng)養(yǎng)［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1993:127-141.

［10］REYNLDS L B，ROSA N.Effect of irrigation scheduling and amounts on flue-cured tobacco in Ontario［J］.Tob Sci，1995，39:83-91.

［11］SAVé R，BIEF C，DOMINGO R，et al.Some physiological and morpholo characteristics of citrus plants for drought resistance［J］.Plant Sci，1995，110(2):167-172.

［12］王瑞新.煙草化學(xué)［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2003.

［13］華水金，楊宇虹，趙菊英，等.氮肥對(duì)水田與旱地烤煙煙葉氮濃度和相關(guān)酶活性的影響［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2007，13(4):689-694.

［14］馬新明，牛書麗，倪繼恒，等.不同根系調(diào)節(jié)劑對(duì)煙草煙堿及鉀素分布的動(dòng)態(tài)影響［J］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，34(4):45-348.

［15］肖協(xié)忠.煙草化學(xué)［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，1997.

［16］晉艷.施肥水平對(duì)煙株長(zhǎng)勢(shì)及煙葉質(zhì)量的影響［J］.煙草科技，1999(6):39-42.

［17］韓錦峰.煙草栽培生理［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版杜，2003:260-271.

［18］張新要，李天福，劉衛(wèi)群，等.配施餅肥對(duì)烤煙葉片含氮化合物代謝及酶活性的影響［J］.中國(guó)煙草科學(xué)，2004，24(3):31-34.

［19］楊虹琦，周冀衡，羅澤民，等.不同產(chǎn)區(qū)烤煙中質(zhì)體色素及降解產(chǎn)物的研究［J］.西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26(10):640-644.

［20］劉國(guó)順，趙春華，葉協(xié)鋒，等.氮素對(duì)烤煙煙苗蛋白質(zhì)組分含量、硝酸還原酶活性和干質(zhì)量積累的影響［J］.華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2007，22(2):71-74.

［21］劉國(guó)順，趙春華，王彥亭，等.施氮量對(duì)烤煙根系發(fā)育和某些生理指標(biāo)的影響［J］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，27(4):134-137.

［22］陳錦強(qiáng)，李明啟.不同氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)黃麻葉片的光合作用、光呼吸的影響及光呼吸與硝酸還原的關(guān)系［J］.植物生理學(xué)報(bào)，1983，9(3):251-259.