不同氮肥形態(tài)下烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)的差異及對焦油釋放量的影響研究

李哲，陳愛國，金紅成，楊明峰，賀國強(qiáng)，徐旭光，梁洪波

1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院青島煙草資源與環(huán)境野外科學(xué)觀測試驗(yàn)站，青島 266101；2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081；3哈爾濱煙葉公司賓縣分公司，哈爾濱150400；4山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，青島266101；5牡丹江煙草科學(xué)研究所，牡丹江 157011

不同氮肥形態(tài)下烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)的差異及對焦油釋放量的影響研究

李哲1,2，陳愛國1，金紅成3，楊明峰4，賀國強(qiáng)5，徐旭光1,2，梁洪波1

1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院青島煙草資源與環(huán)境野外科學(xué)觀測試驗(yàn)站，青島 266101；2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081；3哈爾濱煙葉公司賓縣分公司，哈爾濱150400；4山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，青島266101；5牡丹江煙草科學(xué)研究所，牡丹江 157011

為探討不同氮肥形態(tài)下葉片組織結(jié)構(gòu)的生長發(fā)育特點(diǎn)，明確氮肥形態(tài)對焦油釋放量的影響。大田試驗(yàn)設(shè)計了5種不同氮肥形態(tài)的配比，對5個不同時期的烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，并測定單料煙的焦油釋放量。結(jié)果表明：1）初步研究表明，單料煙焦油釋放量有隨著氮肥中硝態(tài)氮比例的提高而降低的趨勢；2）硝態(tài)氮占優(yōu)勢的處理比只用銨態(tài)氮處理的葉片、柵欄組織和海綿組織厚度大；3）相關(guān)分析表明：焦油釋放量與葉片厚度和海綿組織厚度呈顯著負(fù)相關(guān)，與柵欄組織厚度呈不顯著的負(fù)相關(guān)。通徑分析表明：柵欄組織厚度對焦油釋放量有直接作用，施用不同形態(tài)的氮肥，可以影響焦油釋放量。

氮肥形態(tài)；葉片厚度；柵欄組織厚度；海綿組織厚度；焦油釋放量

焦油是有機(jī)物質(zhì)在缺氧的條件下不完全燃燒產(chǎn)生的，是由多種烴類及烴的氧化物、硫化物和氮化物等組成的復(fù)雜化合物[1]?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為煙氣中的有害成分主要集中在焦油中[2-4]，因此，焦油釋放量是煙葉原料安全性的主要評價指標(biāo)之一[5-7]。近年來，閻克玉[8]、鄧小華[9-13]、汪修奇[14]、歷昌坤[15]、李國棟[16]、于建軍[17-18]等對焦油釋放量的研究結(jié)果表明，煙葉的理化性質(zhì)與焦油釋放量有著密切的關(guān)系。Anderson[19]等和Fischer[20]等的研究結(jié)果表明：NO3--N與煙葉中煙草特有亞硝胺（TSNA）的積累有關(guān)。還有一些研究表明，氮素對烤煙的生長發(fā)育具有重要意義[21]。不同形態(tài)的氮肥不僅影響煙葉的化學(xué)成分，而且影響煙葉的前期生長發(fā)育[22]。前人的研究主要集中在氮肥形態(tài)對煙葉中化學(xué)物質(zhì)積累和生長發(fā)育的影響，而對于不同氮肥形態(tài)下煙葉組織結(jié)構(gòu)的差異及這種差異對焦油釋放量影響的研究未見報道。本研究以不同氮肥形態(tài)對烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)的影響試驗(yàn)為基礎(chǔ)，探討了烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)對焦油釋放量的影響，以期明確施用不同氮肥形態(tài)及比例對降低焦油釋放量的作用及初步機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于黑龍江省牡丹江市寧安的牡丹江煙草科學(xué)研究所的試驗(yàn)場。該地區(qū)屬中溫帶大陸季風(fēng)氣候，無霜期130～140 d，≥10℃活動積溫2600～2900℃。試驗(yàn)田土壤質(zhì)地為粘壤土，土壤類型為河淤土，有機(jī)質(zhì)1.89%，堿解氮113.75 mg·kg-1，速效磷74.21 mg·kg-1，速效鉀 294.93 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

供試品種為龍江911，3月10日播種，5月10日移栽，地膜覆蓋，6月25日揭膜，7月20日打頂，第一次采收時間為8月2日，最后一次采收時間為9月9日。試驗(yàn)設(shè)5個處理（表1），隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，行距×株距為1.10 m×0.5 m，壟高25 cm以上，8行小區(qū)，行長10 m，小區(qū)面積為88 m2。

田間管理：1）試驗(yàn)地點(diǎn)要求地力中等，土壤肥力均勻，前茬作物一致，地面規(guī)整，排灌方便，肥力中等，試驗(yàn)田進(jìn)行秋翻春耙。2)肥水管理：硝態(tài)氮使用硝酸鉀（含氮13.5%，含K2O按45%計），銨態(tài)氮使用硫酸銨（含氮20.5%），鉀肥施用硫酸鉀（含K2O按50%計），磷肥施用過磷酸鈣（含P2O512%）。每公頃施純氮90 kg，m(N)：m(P2O5)：m(K2O)=1:1:3.3，以氮肥為準(zhǔn)調(diào)整磷鉀用量。氮、鉀肥70%底施，30%移栽后30d追施，磷肥全部作底肥。根據(jù)天氣情況及時灌水，保證煙株正常生長。3)田間主要病蟲害防治要求：在大田生產(chǎn)各關(guān)鍵環(huán)節(jié)，高度重視病毒類病害（TMV、PVY等）、根莖類病害（黑脛病、青枯病、根黑腐病等）和主要害蟲的防治工作，確保各品種田間煙株能采烤、獲取所需的煙葉樣品。

表1 試驗(yàn)處理 kg·hm-2Tab.1 Experimental treatment

1.3 檢測內(nèi)容與方法

選取田間生長正常一致的健株，于第11-12葉位掛牌標(biāo)記，分別于移栽后39 d、70 d、81 d、91 d和103 d取標(biāo)記鮮煙葉樣品，每次統(tǒng)一規(guī)定從該葉片由葉尖向葉基第6～8條支脈間、主脈兩側(cè)相同位置上選取葉肉組織，取樣大小為0.5 cm×1 cm。取樣后立即用Formalin-Acetic Acid（F.A.A.）固定液保存，采用石蠟切片法制片,切片厚度8～10 μm，番紅-固綠對染。LEICA數(shù)字式生物顯微鏡觀察制好的切片，通過FW400圖像分析軟件分別測定葉片厚度、柵欄組織厚度和海綿組織厚度。

焦油釋放量的測定：由農(nóng)業(yè)部煙草產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心按照YC /T29-1996的方法進(jìn)行單料煙卷制（無過濾嘴）和焦油釋放量的測定。

1.4 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)采用Excel2003和SAS8.1統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析。相關(guān)系數(shù)|r|≥0.8,視為高度相關(guān)；0.5≤|r|＜0.8,視為中度相關(guān)；0.5＜|r|＜0.3,視為弱相關(guān)[23]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理烤后中部煙葉的焦油釋放量的差異

表2為單料煙煙氣中各項(xiàng)指標(biāo)，中部煙葉的總粒相物含量和焦油釋放量均以P2最高，P4最低。焦油釋放量的規(guī)律為 :P2＞P1＞P5＞P3＞P4。焦油釋放量以兩種形態(tài)氮肥綜合施用或者硝態(tài)氮占優(yōu)的處理(P3/P4/P5)低于銨態(tài)氮占優(yōu)的處理（P1/P2）。單料煙焦油釋放量有隨著氮肥中硝態(tài)氮比例的提高而降低的趨勢，這僅是一個初步結(jié)果，還須進(jìn)一步試驗(yàn)證明。

2.2 不同處理葉片組織結(jié)構(gòu)動態(tài)變化過程

圖1所示，通過比較同一時期不同氮肥處理間葉片厚度、柵欄組織厚度和海綿組織厚度可知：在硝態(tài)氮占優(yōu)的配比處理（P4/P5）下，葉片厚度處于一個較高的水平，而只施用銨態(tài)氮（P1）的處理葉片厚度處于一個較低的水平；綜合施用硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的處理（P3/P4）的柵欄組織厚度明顯高于其它處理。

表2 不同氮肥形態(tài)下烤后中部煙葉的煙氣指標(biāo)mg/支Tab.2 Smoke index of middle flue-cured tobacco leaves under different nitrogen forms

圖1 不同時期葉片組織結(jié)構(gòu)的變化Fig.1 Changes in tissue structure of leaf blade in different periods

2.3 不同處理成熟期葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)與焦油釋放量的相關(guān)和通徑分析

2.3.1 葉片組織結(jié)構(gòu)指標(biāo)與焦油釋放量的相關(guān)分析

根據(jù)表3可以得出：在葉片組織結(jié)構(gòu)中，葉片厚度與柵欄組織厚度呈顯著正相關(guān)，與海綿組織厚度呈極顯著正相關(guān)。柵欄組織厚度和海綿組織厚度呈顯著正相關(guān)。焦油釋放量與海綿組織厚度呈顯著的負(fù)相關(guān)（-0.89），為高度相關(guān)，與葉片厚度呈顯著的負(fù)相關(guān)（-0.72），為中度相關(guān)，與柵欄組織厚度呈不顯著負(fù)相關(guān)（-0.67），為中度相關(guān)。總粒相物與焦油釋放量呈極顯著的正相關(guān)，為高度相關(guān)?？偭Ｏ辔锱c葉片厚度和海綿組織厚度呈顯著的負(fù)相關(guān)，均為高度相關(guān)；與柵欄組織厚度呈不顯著的負(fù)相關(guān)，為中度相關(guān)。

表3 不同處理成熟期葉片組織結(jié)構(gòu)與焦油釋放量的相關(guān)關(guān)系Tab.3 Correlation between tar release and tissue structure of mature leaf blade under different treatment

2.3.2 葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)與焦油釋放量的通徑分析

相關(guān)性分析結(jié)果反映了各物理性狀在其它因素的協(xié)同作用下對焦油釋放量的綜合效果,為兩性狀間的表型相關(guān)性,不能真正反映各物理性狀對焦油量的直接或本質(zhì)作用。因此,在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行通徑分析,對相關(guān)系數(shù)進(jìn)行剖析,估算出各物理性狀對焦油釋放量的直接效應(yīng)和間接效應(yīng),以進(jìn)一步揭示各指標(biāo)與焦油量相關(guān)的原因。根據(jù)表4可知，從直接作用來看：三個葉片組織結(jié)構(gòu)指標(biāo)對焦油釋放量的作用是不均等的，海綿組織厚度＞柵欄組織厚度＞葉片厚度；而葉片厚度和海綿組織厚度對焦油釋放量為負(fù)的直接作用，柵欄組織厚度對焦油釋放量為正的直接作用。從間接作用來看：葉片厚度和柵欄組織厚度均通過海綿組織厚度對焦油釋放量起負(fù)的間接作用，間接作用系數(shù)分別為-0.94和-0.91。葉片厚度和海綿組織厚度是通過柵欄組織厚度起正的間接作用，間接作用系數(shù)分別為0.22和0.22。而柵欄組織厚度和海綿組織厚度通過葉片厚度對焦油釋放量的間接作用系數(shù)較小，分別為-0.13和-0.14。由此可見，葉片組織結(jié)構(gòu)中以海綿組織厚度對焦油釋放量的影響較大，葉片厚度和柵欄組織厚度通過海綿組織厚度影響焦油釋放量。

表4 不同處理成熟期葉片組織結(jié)構(gòu)與焦油釋放量的通徑分析Tab.4 Path analysis of tar release and tissue structure of mature leaf blade under different treatment

3 討論

3.1 不同氮肥形態(tài)對中部葉葉片組織結(jié)構(gòu)的影響

合理的氮素形態(tài)配比有利于改善煙葉的組織結(jié)構(gòu)，提高煙葉的生理活性，使煙葉結(jié)構(gòu)細(xì)膩，致密，形成優(yōu)質(zhì)煙葉的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，提高煙葉的內(nèi)在品質(zhì)[24]。硝態(tài)氮比例較高的處理葉片厚度各個生育期都較厚，全部施用銨態(tài)氮的處理（NH4+-N 100%）葉片厚度各個生育期都較薄，這可能是因?yàn)榭緹煂儆诘湫偷南蚕鯌B(tài)氮植物，全部施用銨態(tài)氮時,烤煙生長會降低80%，使烤煙生長受到抑制[25-26]。在硝態(tài)氮占優(yōu)的情況下，充足的氮肥供應(yīng)能促進(jìn)煙葉柵欄細(xì)胞和海綿細(xì)胞發(fā)育，且在伸長生長期和腔隙擴(kuò)展期的促進(jìn)作用逐漸增強(qiáng)[27]。

3.2 不同時期葉片組織結(jié)構(gòu)動態(tài)變化過程

葉片的葉肉組織分化為柵欄組織和海綿組織2個部分，葉片厚度主要受到柵欄組織厚度和海綿組織厚度決定，因此葉片厚度的變化趨勢與柵欄組織厚度和海綿組織厚度的變化趨勢相似[28]，葉片厚度與柵欄組織厚度和海綿組織厚度呈現(xiàn)高度的正相關(guān)關(guān)系。趙光偉[29]的研究表明，中部葉的葉片厚度在整個生育期都是呈逐步增厚的趨勢，到移栽后103 d葉片厚度值最大。徐光輝[24]等的研究表明，不同氮素配比處理的情況下，在煙葉定長時葉片厚度值最大，隨著成熟度的提高，葉片厚度總體呈下降的趨勢。而本研究結(jié)果表明，在移栽后91d葉片組織結(jié)構(gòu)有不同程度的下降，其主要原因是在該時期陰雨天氣較多，前人的研究表明：遮陰環(huán)境下烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)趨于變薄[30]。

3.3 葉片組織結(jié)構(gòu)對焦油釋放量的影響

鄧小華[9]等對烤后煙研究結(jié)果表明：焦油釋放量與葉片厚度呈顯著的正相關(guān)，與本試驗(yàn)研究結(jié)果不一致，主要原因是本試驗(yàn)的研究對象為成熟期葉片，在煙葉烘烤過程中，伴隨著水分、淀粉、葉綠素和類胡蘿卜素等生理指標(biāo)的重要變化，煙葉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化[31]，導(dǎo)致葉片厚度、柵欄組織厚度和海綿組織厚度變薄。劉有才[31]等的研究結(jié)果表明：焦油釋放量與柵欄組織厚度呈顯著的正相關(guān)。本研究通徑分析可知：柵欄組織厚度對焦油釋放量有正的直接作用，焦油釋放量與柵欄組織厚度成不顯著的負(fù)相關(guān)主要是因?yàn)楹＞d組織厚度引起的，因此，本研究與劉有才的研究結(jié)果是一致的。海綿細(xì)胞的細(xì)胞器較少，細(xì)胞液泡大，成熟期的海綿組織越厚，細(xì)胞間的孔隙率越大，有利于降低焦油釋放量。

4 結(jié)論

施用不同形態(tài)的氮肥，通過影響葉片組織結(jié)構(gòu)，可以影響焦油釋放量。所以本試驗(yàn)的初步結(jié)果是單料煙焦油釋放量隨著氮肥中硝態(tài)氮比例提高有降低的趨勢，還須進(jìn)一步驗(yàn)證。

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Difference in foliar tissue structure of flue-cured tobacco fertilized with nitrogen of various forms and its effects on cigarette tar delivery

LI Zhe1,2,CHEN Aiguo1,JIN Hongcheng3,YANG Mingfeng4，HE Guoqiang5,XU Xuguang1,2,LIANG Hongbo1
1 Tobacco Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing,Ministry of Agriculture; Qingdao Tobacco Resources and Environment Field Station,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Qingdao 266101,China;2 Graduate School,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100081,China;3 Binxian Branch of Harbin Municipal Tobacco Company,Binxian 150400,Heilongjiang,China;4 China Tobacco Shandong Industrial Co.,Ltd.,Qingdao 266101,Shangdong,China;5 Mudanjiang Tobacco Science Institute，Mudanjiang 157011，Heilongjiang，China

Five forms of nitrogen were designed in field study where tissue structure of flue-cured tobacco leaves was observed and tar delivery of unblended cigarette was determined to study growth characteristics of tissue structure in flue-cured tobacco leaves.Results showed that: 1) tar delivery of unblended cigarette reduced with the increase of nitric nitrogen;2) leaf blade,palisade cell and spongy tissue treated with nitric nitrogen were thicker than those with ammonium nitrogen.3) tar delivery was significantly negatively correlated with leaf blade and spongy tissue thickness,yet non-significant with palisade tissue thickness.In conclusion,palisade tissue thickness had direct effect on tar delivery and therefore was affected by different forms of nitrogen.

nitrogen forms; leaf thickness; palisade tissue; spongy tissue; tar release

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.02.011

S572.01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1004-5708(2014)02-0070-05

國家煙草專賣局特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)重大專項(xiàng)“優(yōu)質(zhì)填充型低焦油煙葉研究與開發(fā)”（合同號：TS-06-20110038）

李哲（1988—），碩士研究生，煙草栽培專業(yè)，Email：caasai@126.com

梁洪波（1961—），研究員，煙草栽培營養(yǎng)，Email：LHB1961@126.com

2013-06-25