氮素和鉀素脅迫對(duì)去頂烤煙生理指標(biāo)及煙堿的影響

高遲鑾，周冀衡，邱 堯，李 強(qiáng)，張 卓，黃 婷

(1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草研究院，長(zhǎng)沙410128;2湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙410128)

烤煙是以收獲葉片為目的的特殊的經(jīng)濟(jì)作物。氮素和鉀素作為烤煙生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中最重要的兩種元素，它們?cè)跓熑~中的含量與烤煙農(nóng)藝性狀、生理活性指標(biāo)以及煙葉品質(zhì)都有密切關(guān)系。首先氮素是植物的主要營(yíng)養(yǎng)元素，它對(duì)煙草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響最大。不管植煙土壤類型如何，含氮量多少，要得到適當(dāng)產(chǎn)量和優(yōu)良品質(zhì)的煙葉，都必須施用氮肥［1］。若煙株打頂后氮素營(yíng)養(yǎng)水平太低則葉片和根莖早衰，上部葉片狹小，葉片內(nèi)蛋白質(zhì)、煙堿等含氮化合物含量明顯降低，烤后煙葉葉色淡、葉片薄，香氣和吃味平淡。而鉀是煙草吸收量最多的元素，它雖然不是煙株的結(jié)構(gòu)成分，通常被吸附在原生質(zhì)的表面，但是它對(duì)參與碳水化合物代謝的多種酶起激活作用，與碳水化合物的合成和轉(zhuǎn)化密切相關(guān);此外鉀還能提高蛋白質(zhì)分解酶類的活性，從而影響氮素的代謝過(guò)程;提高細(xì)胞的滲透壓，從而增加煙株的抗旱性和耐寒性;更重要的是鉀能提高煙葉的燃燒性和吸食品質(zhì)［2］?？緹煷蝽斈軌蚱胶怵B(yǎng)分分配［3］，刺激根系生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收，使煙葉增大變厚［4］，煙堿含量升高［5］，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是打頂后烤煙頂端優(yōu)勢(shì)被消除，煙株生長(zhǎng)和物質(zhì)代謝中心發(fā)生變化。在整個(gè)生育期內(nèi)，煙株都有煙堿合成，但是在打頂之前，煙株吸收的氮素只有2.5%左右用于煙堿的合成，合成的煙堿較少，打頂之后，煙株吸收的氮素用于煙堿合成的比例急劇增加，大約有16%左右，煙株中煙堿含量大幅度增加［6］。本試驗(yàn)就烤煙打頂后缺氮、缺鉀對(duì)烤煙生理活性指標(biāo)及煙堿含量進(jìn)行了探究，旨在為煙株打頂后合理施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為K326。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2013年4月3日至4月22日在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草科學(xué)與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。煙苗于2013年1月2日播種在溫室大棚內(nèi)采用漂浮育苗育成。在煙苗6葉1心時(shí)移入直徑15 cm、高10 cm的裝有洗凈的等量的石英砂的假植袋中。試驗(yàn)前10 d每天上午10:00用全素營(yíng)養(yǎng)液澆灌煙苗至有營(yíng)養(yǎng)液從假植袋底部滲出，以利于還苗。在移栽后第11 d用無(wú)菌刀片對(duì)煙苗進(jìn)行打頂。

表1 完全營(yíng)養(yǎng)液及缺素營(yíng)養(yǎng)液配方成分(每1 000 mL營(yíng)養(yǎng)液中儲(chǔ)備液的用量)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)兩個(gè)處理，一個(gè)對(duì)照。打頂后每天上午10:00澆灌全素營(yíng)養(yǎng)液為對(duì)照;處理1為缺氮處理，即打頂后每天上午10:00澆灌不含氮素的營(yíng)養(yǎng)液;處理2為缺鉀處理，即打頂后每天上午10:00澆灌不含鉀素的營(yíng)養(yǎng)液。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，每個(gè)處理15株，3次重復(fù)，于處理后第9 d進(jìn)行取樣。每個(gè)處理隨機(jī)選取5株煙苗自上而下第2葉位的葉片對(duì)其葉綠素、硝酸還原酶進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)根尖的根系活力進(jìn)行測(cè)定，然后將煙葉在105℃烘箱殺青20 min，再在65℃下烘干，然后將煙葉粉碎裝袋用于測(cè)定煙堿。營(yíng)養(yǎng)液配方成分見(jiàn)表1。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 葉綠素含量的測(cè)定

采集新鮮的自上而下第2葉位且避開(kāi)主脈及支脈的煙葉0.1 g剪碎置于裝有10 mL無(wú)水乙醇和丙酮1∶1的浸提液的試管中，加塞后置于暗處，在35℃恒溫箱中提取至葉片呈白色，期間間斷搖動(dòng)。然后再在分光光度計(jì)上分別測(cè)定波長(zhǎng)為663 nm和645 nm處的光度值。并以Liehtenthaler法計(jì)算不同處理葉片葉綠素(a+b)、葉綠素a及葉綠素b的含量。

1.3.2 硝酸還原酶活性測(cè)定

于晴天的上午8:00～10:00采集新鮮葉片、剪碎、混勻，稱取5份0.5 g左右樣品分別放入錐形瓶中，其中1份為對(duì)照，另外4份用于硝酸還原酶活性的測(cè)定。對(duì)照浸于5 mL蒸餾水與5 mLpH值7.5磷酸緩沖液混合液中，另外4份浸于5 mL0.2 mol/L硝酸鉀溶液與5 mLpH值7.5的磷酸緩沖液混合液中，用注射器抽真空，使葉片沉于瓶底。置于35℃恒溫避光暗中反應(yīng)30 min，分別取以上樣品提取液1 mL放入試管中，加2 mL磺胺試劑和2 mL l－萘胺試劑充分搖勻，靜置30 min。在540 nm波長(zhǎng)下比色，測(cè)定吸光度值。

1.3.3 根系活力測(cè)定

采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測(cè)定。取約0.5 cm長(zhǎng)的根尖0.5 g左右，洗凈，吸干水分，浸入裝有5 mL0.4%TTC溶液與5 mLpH值7.0的磷酸緩沖液混合液的燒杯中，然后放入37℃恒溫箱中避光反應(yīng)1～3 h，然后立即加入2 mL1 mol/L硫酸終止反應(yīng)。取出根系，吸干表面液體，加少量乙酸乙酯和石英砂研磨提取TTCH，用乙酸乙酯定容至10 mL?？瞻讓?duì)照于反應(yīng)前加硫酸，其他操作同處理組。在485 nm波長(zhǎng)下比色，測(cè)定吸光度值。

1.3.4 煙堿含量的測(cè)定

稱取0.1 g左右殺青后粉碎的煙樣于三角瓶中，加入1/3角勺活性炭和40 g/kg鹽酸25 mL，于搖床上震蕩20 min，然后將樣品過(guò)濾并定容至100 mL，最后分別在236、259、282 nm處測(cè)定吸光值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel和DPS7.05軟件統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 打頂后不同營(yíng)養(yǎng)條件對(duì)烤煙葉綠素含量的影響

由表2可知，各處理在葉綠素含量方面存在一定的差異。各處理在葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量方面的差異基本一致:CK＞缺鉀＞缺氮處理，且對(duì)照與缺氮處理之間存在顯著差異，兩個(gè)處理之間不存在顯著差異。葉綠素a/b各處理都表現(xiàn)出顯著差異，這與馮連軍等人［7］的研究結(jié)果一致。

表2 不同處理的烤煙葉綠素含量(mg/g)

2.2 打頂后氮、鉀脅迫對(duì)烤煙硝酸還原酶活性及根系活力的影響

硝酸還原酶(NR)是植物體內(nèi)硝酸鹽同化的一種關(guān)鍵酶，其活性高低直接影響煙株的氮代謝過(guò)程［8］。從表3可以看出，缺氮處理明顯低于缺鉀和對(duì)照處理，與對(duì)照和缺鉀處理之間分別相差0.767、0.655 mg/(g·h)。方差分析表明，缺氮與對(duì)照和缺鉀處理之間存在顯著差異，各處理間大小整體表現(xiàn)為CK＞缺鉀＞缺氮處理?？赡苁且?yàn)榈荖R的組成元素且煙葉的硝酸還原酶活性隨著施氮量的提高而升高［9］。而缺鉀處理與對(duì)照之間不存在顯著差異，但是比對(duì)照減少了0.112 mg/(g·h)。由此可見(jiàn)，氮、鉀對(duì)烤煙硝酸還原酶活性都有較大的影響。

從表3可以看出，根系活力最大的是對(duì)照處理，達(dá)到了52.125 mg/(g·h)，比缺氮處理高出29.84 mg/(g·h)。方差分析結(jié)果表明，各處理之間都達(dá)到了顯著差異，說(shuō)明氮、鉀脅迫嚴(yán)重影響了烤煙根系活力，適當(dāng)?shù)脑鍪┑?、鉀肥有利于煙株根系的生長(zhǎng)發(fā)育，從而提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的目的。

表3 不同處理的烤煙生理指標(biāo)及煙堿含量

2.3 氮鉀脅迫對(duì)去頂烤煙煙堿含量的影響

煙堿是煙草適應(yīng)環(huán)境脅迫所特有的一種次生代謝物質(zhì)［10］，約占煙草總生物堿的 90% 以上［11］。由表3可知各處理間煙堿含量差異較大，其中含量最高的是缺鉀處理，達(dá)0.586 mg/g，最低的為缺氮處理，只有0.226 mg/g。缺鉀煙葉中煙堿含量較高可能是因?yàn)殁浢{迫提高了烤煙根系中煙堿合成酶精氨酸脫羧酶(ADC)、鳥(niǎo)氨酸脫羧酶(ODC)的活性，并降低了對(duì)鉀元素的吸收［12］。氮不僅是煙草生長(zhǎng)發(fā)育必需的礦質(zhì)養(yǎng)分，而且是煙堿的重要成分，而且氮素脅迫嚴(yán)重影響烤煙根系發(fā)育和氮代謝過(guò)程，在整個(gè)生育期內(nèi)根系活力和硝酸還原酶活性較弱，還會(huì)導(dǎo)致葉片早衰，從而影響煙株對(duì)氮素的吸收，進(jìn)而影響煙堿的合成，因此缺氮處理煙葉中煙堿含量最低。由以上分析可知缺氮、鉀會(huì)對(duì)煙葉中的煙堿含量造成過(guò)低或過(guò)高的現(xiàn)象，從而降低煙葉品質(zhì)。

3 小結(jié)與討論

氮、鉀作為烤煙最重要的元素之一，是決定烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素。試驗(yàn)中缺氮處理的煙株在葉綠素含量、硝酸還原酶活性、根系活力及煙堿含量方面都明顯低于其它處理。主要是因?yàn)榈厥侨~綠素、NR及煙堿的組成成分之一，因此氮含量低的，葉綠素含量和硝酸還原酶活性及煙堿含量都較低。相關(guān)研究表明，在烤煙生長(zhǎng)發(fā)育前期，根系活力隨著施氮量的增加而增高，適當(dāng)?shù)氖┑亢土羧~數(shù)能有效提高烤煙根系活力，促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)［13］。煙堿是由根系合成的，因此缺氮處理根系活力低，煙堿含量也較低，吸味平淡，勁頭不足。從本試驗(yàn)及其他研究結(jié)果表明，提高氮肥施用量，有利于煙葉產(chǎn)量和生理活性指標(biāo)的提高，但是施氮量過(guò)高易導(dǎo)致黑爆煙的出現(xiàn)，以及煙堿含量過(guò)高，刺激性大從而減低煙葉品質(zhì)，因此在栽培過(guò)程中應(yīng)從中找到一個(gè)平衡點(diǎn)，協(xié)調(diào)煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)，從而達(dá)到優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的目的。

此外，本試驗(yàn)結(jié)果顯示缺鉀處理中各項(xiàng)生理活性指標(biāo)都低于對(duì)照處理，且煙堿含量較高，煙葉品質(zhì)較差。這與舒海燕等人［14］的研究結(jié)果基本一致，他們的研究表明，煙葉中鉀含量與煙堿含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。另有研究表明，施用鉀肥提高了煙株的硝酸還原酶(NR)活性和根系活力，增強(qiáng)了煙株生長(zhǎng)前期葉片合成葉綠素的能力［8］。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是鉀是植物體內(nèi)許多酶的激活物質(zhì)，鉀含量的提高能促進(jìn)植物碳氮代謝的有效進(jìn)行，從而提高植物體內(nèi)各項(xiàng)生理指標(biāo)。本試驗(yàn)的研究結(jié)果顯示，缺鉀處理的煙株在葉綠素含量、硝酸還原酶活性、根系活力及煙堿含量都較差，說(shuō)明缺鉀間接的影響了烤煙碳氮代謝，從而影響各項(xiàng)生理指標(biāo)及煙堿的含量。因此在煙草栽培過(guò)程中應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑鍪┾浄?，這樣不但可以提高煙葉產(chǎn)量，而且可以降低煙堿含量，提高煙葉的燃燒性，從而使煙葉產(chǎn)量及品質(zhì)都得以提升。

［1］ 肖炳光，朱 軍，盧秀萍.烤煙主要農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量的遺傳貢獻(xiàn)率分析［J］.遺傳學(xué)報(bào)，2005，32(10):1089－1093.

［2］ 胡榮海，邵 巖，白永富，等.云南煙草栽培學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2007.

［3］ 李春儉.植物激素在頂端優(yōu)勢(shì)中的作用［J］.植物生理學(xué)通訊，1995，31:401 －406.

［4］ 郭麗琢，張福鎖，李春儉.打頂對(duì)煙草生長(zhǎng)、鉀素吸收及其分配的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，13(7):819－822.

［5］ Papenfus HD.運(yùn)用打頂和控制腋芽技術(shù)調(diào)節(jié)煙葉的可用性［J］.煙草科技，1997，(1):39 －41.

［6］ 王 茂，張 翀，劉衛(wèi)群.茉莉酸處理烤煙打頂誘導(dǎo)煙堿合成調(diào)控相關(guān)蛋白質(zhì)的篩選［J］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，43(3):236 －240.

［7］ 馮連軍，朱列書(shū)，楊 亞，等.打頂對(duì)煙草上部葉質(zhì)體色素和鉀素含量動(dòng)態(tài)變化的影響［J］.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，44(1):110 －113.

［8］ 葉協(xié)鋒，劉國(guó)順，郭戰(zhàn)偉，等.不同鉀肥施用量對(duì)烤煙生長(zhǎng)過(guò)程中幾種酶活性的影響［J］.華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2004，(3):88 －91.

［9］ 岳紅賓.不同氮素水平對(duì)煙草碳氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響［J］.中國(guó)煙草科學(xué)，2007，28(1):18－20.

［10］ Baldwin IT.The alkaloid responses of wild tobacco to real and simu－lated herbivore［J］.Oecologia，1988，77:378－381.

［11］ Doolittle DJ，Winegar R，Lee CK，et al.The genotoxic potential ofnicotine and its major metabolites ［J］.Mut Res，1995，344:95－102.

［12］ 康佳惠.鉀營(yíng)養(yǎng)對(duì)烤煙打頂期養(yǎng)分積累及煙堿合成的影響及煙堿合成酶的酶學(xué)性質(zhì)研究［D］.武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

［13］ 曹 健，屠乃美，易 迪.施氮量和留葉數(shù)對(duì)烤煙根系活力與氮磷鉀含量的影響［J］.作物研究，2012，26(4):355－358.

［14］ 舒海燕，楊 鐵，曹剛強(qiáng)，等.煙葉鉀含量與煙株農(nóng)藝性狀和煙堿含量的相關(guān)分析［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23(2):275 －278.