不同品種曬煙葉片發(fā)育過(guò)程中碳氮代謝對(duì)施肥的響應(yīng)

邱寶平等

摘要： 以東北典型產(chǎn)區(qū)種植的3個(gè)曬煙品種為供試材料，采用雙因子裂區(qū)設(shè)計(jì)，研究了不同施肥水平對(duì)曬煙葉片發(fā)育過(guò)程中碳氮代謝關(guān)鍵酶活性及其代謝產(chǎn)物含量的影響。結(jié)果表明：3個(gè)曬煙品種中部葉發(fā)育過(guò)程中NR活性呈單峰曲線，高峰在葉齡27 d；Inv活性呈下降趨勢(shì)；同一施肥水平下青黃葉、大白花品種氮代謝較強(qiáng)，總氮和煙堿含量較高，而大葉黃碳代謝較強(qiáng)，煙葉糖含量較高；在傳統(tǒng)施肥基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低施肥水平可有效調(diào)控曬煙碳氮代謝，協(xié)調(diào)煙葉化學(xué)成分，改善煙葉品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：曬煙；品種；施肥水平；碳氮代謝

中圖分類號(hào)：S572.062文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2015）03-0063-05

Response of Carbon and Nitrogen Metabolism in Leaf Development

Process of Different Sun-cured Tobacco Varieties to Fertilization Levels

Qiu Baoping1，Kang Xueli2，Guo Shiying1，Shan Jiajie3，Hou Zhenwu4，Zhang Peng5，F(xiàn)u Yunpeng2*

（1.Hongta Liaoning Tobacco Co.， Ltd，Shenyang 110003，China；2.Tobacco Science College of Henan Agricultural University，

Zhengzhou 450002，China；3.Tobacco company of Jilin province，Changchun 130061，China；4.Nong-an County tobacco Ltd.，

Changchun 130200，China ；5. Yingkou Cigarette Factory of Hongta Liaoning Tobacco Co.， Ltd，Shenyang 115002，China）

AbstractField experiments were conducted to investigate the effects of different fertilization levels on the key enzymes activities and main products of carbon and nitrogen metabolism during leaves development of three sun-cured tobacco varieties in Northeast China. Result showed that the NR activities were the single peak curve during tobacco leaves development under different treatments，the peak value was in the 27 d，and the sucrose invertase activities had decreasing trend. Under the same fertilization levels，the nitrogen metabolism was stronger and the content of total nitrogen and nicotine in the both varieties of Qinghuangye and Dabaihua， while the carbon metabolism was stronger and the content of total sugar was higher in Tobacco variety Dayehuang. On the basis of traditional fertilization， properly decreasing fertilizer levels can effectively regulate the intensity of sun-cured carbon and nitrogen metabolism and adjust the chemical composition of tobacco， laying foundation for improving the quality of tobacco.

Key wordsSun-cured tobacco； Variety； Fertilizer level； Carbon and nitrogen metabolism

碳、氮代謝是作物最基本的代謝過(guò)程。碳代謝包括無(wú)機(jī)碳在葉綠體中通過(guò)光合作用的卡爾文循環(huán)轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳的光合固定代謝、磷酸丙糖通過(guò)葉綠體膜運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)合成蔗糖并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為單糖的碳水化合物的運(yùn)輸轉(zhuǎn)化代謝，以及以淀粉積累為主要標(biāo)志的碳水化合物的積累代謝等。氮代謝需要依賴碳代謝提供碳源和能量，而碳代謝又需要氮代謝提供酶蛋白和光合色素，兩者需要共同的還原力、ATP和碳骨架[1，2]。二者代謝強(qiáng)度及其在煙草生育期間的變化動(dòng)態(tài)直接影響光合產(chǎn)物的形成、轉(zhuǎn)化以及礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收、蛋白質(zhì)和煙堿的合成等，并最終影響煙葉的產(chǎn)量水平和化學(xué)成分的含量及比例。關(guān)于氮肥對(duì)烤煙碳氮代謝的影響研究較多[3～7]，方明[8]曾研究了氮素水平對(duì)湘西曬紅煙碳氮代謝的影響，但不同曬煙品種碳氮代謝對(duì)施肥的響應(yīng)鮮見報(bào)道。吉林省農(nóng)安縣是我國(guó)曬煙最大的產(chǎn)區(qū)，主要種植品種單一，施肥量較大。本試驗(yàn)在大田條件下，對(duì)近兩年品種篩選表現(xiàn)較好的3個(gè)曬煙品種在不同施肥條件下的碳氮代謝變化進(jìn)行了初步研究，旨在為不同品種合理施肥、維持體內(nèi)碳氮代謝平衡及進(jìn)一步提高曬煙質(zhì)量提供理論依據(jù)。endprint

1材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2012年在農(nóng)安縣青山口鄉(xiāng)朝陽(yáng)溝村進(jìn)行。土壤為油砂土，肥力中等，地勢(shì)平坦。試驗(yàn)采用雙因子裂區(qū)設(shè)計(jì)，主處理為施肥，設(shè)2個(gè)水平，即T1施煙草專用復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=10∶12∶22）750 kg/hm2，腐熟菜籽餅300 kg/hm2；T2常規(guī)施肥，施煙草專用復(fù)合肥900 kg/hm2，腐熟菜籽餅300 kg/hm2；副處理為3個(gè)曬煙品種，分別為大葉黃、青黃葉、大白花。小區(qū)面積666.7m2，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。試驗(yàn)采取寬窄行種植，寬行距130 cm，窄行距65 cm，株距65 cm。全部餅肥、70%煙草專用肥做基肥在起壟時(shí)條施，30 %煙草專用肥在移栽后30 d追施。田間管理按曬煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。

1.2測(cè)定項(xiàng)目與方法

每個(gè)處理選取具有代表性的煙株30株，于葉片發(fā)生（長(zhǎng)0.5 cm）時(shí)，標(biāo)記葉齡為0。在中部葉（自下而上第8位葉）葉齡7、27、43、58 d時(shí)取樣，每次取6～10片，從主脈處分開，1/2葉片用于測(cè)定酶活性，1/2葉片殺青烘干用于測(cè)定碳氮代謝產(chǎn)物。硝酸還原酶活性采用活體法測(cè)定[9]，轉(zhuǎn)化酶活性采用3，5-二硝基水楊酸（DNS）比色法測(cè)定[9]；水溶性總糖采用YC/T 159-2002煙草及煙草制品水溶性糖的測(cè)定：連續(xù)流動(dòng)法[10]，煙堿采用YC/T 160—2002 煙草及煙草制品總植物堿的測(cè)定：連續(xù)流動(dòng)法[11]，總氮采用YC/T 161-2002煙草及煙草制品總氮的測(cè)定：連續(xù)流動(dòng)法[12]。儀器為德國(guó)ALLIANCE公司生產(chǎn)的 Alliance Futura流動(dòng)分析儀。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用Microsoft Excel和SPSS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，顯著性分析用Duncans法檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理對(duì)煙葉碳氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響

2.1.1對(duì)煙葉硝酸還原酶（NR）活性的影響硝酸還原酶（NR）是植物氮代謝的限速酶，其活性大小與氮代謝的強(qiáng)弱密切相關(guān)[8]。兩種施肥水平下不同品種煙葉NR活性總體變化態(tài)勢(shì)基本一致（圖1），均呈單峰曲線變化，在葉齡27 d時(shí)達(dá)到高峰；葉齡27 d之前，NR活性上升代表氮代謝增強(qiáng)，有利于蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞分裂，葉片處于快速擴(kuò)展階段；葉齡27 d之后，NR活性下降，表明氮代謝逐漸減弱，葉片細(xì)胞分裂停止、擴(kuò)展速率減慢，主要進(jìn)行物質(zhì)的積累和轉(zhuǎn)化，這有利于曬煙正常成熟和品質(zhì)的提高。3個(gè)品種NR活性均表現(xiàn)為T2>T1（葉齡58 d時(shí)除外）。葉齡27 d之前，兩種施肥水平下NR活性均表現(xiàn)為青黃葉>大葉黃>大白花，說(shuō)明青黃葉前期氮代謝較強(qiáng)；葉齡27 d之后，青黃葉品種NR活性下降較快，但仍然高于其它品種，至葉齡58 d時(shí)各處理NR活性差異較小。

2.1.2對(duì)煙葉轉(zhuǎn)化酶（Inv）活性變化的影響轉(zhuǎn)化酶（Inv）與植物的碳代謝密切相關(guān)，可催化細(xì)胞質(zhì)中蔗糖轉(zhuǎn)化形成單糖，促進(jìn)葉綠體內(nèi)磷酸丙糖向外運(yùn)轉(zhuǎn)，使葉綠體中淀粉積累減少，并通過(guò)與呼吸作用偶聯(lián)的氧化磷酸化產(chǎn)生能量，使光合碳固定過(guò)程加強(qiáng)[13]。從圖2可以看出，各處理Inv活性在葉齡7 d時(shí)最高，說(shuō)明此時(shí)光合產(chǎn)物主要以磷酸丙糖的形式從葉綠體向外轉(zhuǎn)運(yùn)，為煙株形態(tài)建成及其它化合物的合成提供較多的碳架；隨葉片的發(fā)育和成熟，Inv活性呈下降趨勢(shì)，特別是葉齡43 d之后下降至較低水平，說(shuō)明葉片面積達(dá)到一定范圍后，自身光合作用合成的碳水化合物增多，進(jìn)行從“源”到“庫(kù)”的轉(zhuǎn)化，開始進(jìn)行糖等碳水化合物的積累。

由圖2還可以看出，3個(gè)品種在葉齡27 d之前，T1施肥水平下Inv活性均大于T2；葉齡43 d及之后Inv活性表現(xiàn)為T2施肥水平略高于T1，說(shuō)明高肥水平不利于后期葉片糖的積累。葉齡43 d之前Inv活性在兩種施肥水平下均表現(xiàn)為大白花最高，其它2個(gè)品種差異很小，說(shuō)明大白花葉齡43 d之前光合碳固定能力較強(qiáng)，生長(zhǎng)較旺盛。

2.2不同處理對(duì)煙葉碳氮代謝產(chǎn)物變化的影響

2.2.1對(duì)煙葉總氮含量變化的影響總氮含量反映了煙草對(duì)氮素的吸收積累情況。圖3表明，各處理葉片發(fā)育過(guò)程中總氮含量呈下降趨勢(shì)，這與前人的研究結(jié)果一致[8]。同一品種葉片發(fā)育過(guò)程中總氮含量T2處理略高于T1處理，這可能與兩種施肥水平施肥量差異較小有關(guān)，也可能與高肥水平氮素利用率較低有關(guān)；同一施肥水平葉片發(fā)育過(guò)程中總氮含量以大白花較高，大葉黃較低。在葉齡58 d的葉片成熟期，大葉黃總氮含量較低，其它2個(gè)品種略高，說(shuō)明大葉黃氮代謝較弱。

2.2.2對(duì)煙葉煙堿含量變化的影響由圖4看出，煙堿是煙葉氮代謝的重要產(chǎn)物。隨著葉片發(fā)育及衰老成熟，各處理煙葉中煙堿含量基本上呈上升趨勢(shì)，特別是在葉齡7 d之后煙堿大幅度增加；葉齡43 d之后，兩種施肥水平下大葉黃和高肥水平下大白花煙堿含量略有降低，可能與取樣有關(guān)。葉齡58 d時(shí)（成熟期），兩種施肥水平下青黃葉和大白花煙堿含量差異很小，而大葉黃煙堿含量明顯較低且T2

2.2.3對(duì)煙葉總糖含量變化的影響總糖是煙葉碳代謝的主要產(chǎn)物。由圖5可知，在葉片發(fā)育過(guò)程中總糖含量呈上升趨勢(shì)，原因是煙葉成熟之前的糖類主要用來(lái)構(gòu)成葉片網(wǎng)絡(luò)和骨架的纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)等，達(dá)到成熟時(shí)主要以淀粉和水溶性糖的形式積累。不同基因型總糖含量在不同施肥水平下呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，在葉齡58 d時(shí)3個(gè)品種總糖含量均表現(xiàn)為T2>T1，其中大葉黃總糖含量較其它2個(gè)品種高，說(shuō)明該品種碳代謝較強(qiáng)。另外，總糖含量的變化趨勢(shì)和總氮含量呈現(xiàn)出相互消長(zhǎng)的趨勢(shì)，這在一定程度上為調(diào)控?zé)熑~化學(xué)成分間的協(xié)調(diào)性提供了理論依據(jù)。

3結(jié)論與討論

碳氮代謝是植物最基本的代謝，NR和Inv是植物碳氮代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶，二者在煙草葉片發(fā)育過(guò)程中活性的高低對(duì)煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性以及煙葉品質(zhì)具有重要影響。研究表明，不同處理曬煙在葉齡27 d之后NR活性明顯下降、Inv活性基本穩(wěn)定，說(shuō)明葉片形態(tài)建成基本完成，對(duì)蛋白質(zhì)的需求量減少，煙葉由氮代謝為主向碳代謝為主轉(zhuǎn)變，開始進(jìn)行內(nèi)含物質(zhì)積累，特別是總糖等碳水化合物含量明顯增加。

同一施肥水平下，青黃葉品種NR活性總體高于大葉黃和大白花，青黃葉和大白花的總氮和煙堿含量明顯高于大葉黃，說(shuō)明二者氮代謝較強(qiáng)，而大葉黃碳代謝的主要產(chǎn)物總糖含量明顯高于其它2個(gè)品種，說(shuō)明該品種碳代謝相對(duì)較強(qiáng)。本研究表明大白花NR活性略低于青黃葉，另有研究表明大白花葉片GS活性低于青黃葉[14]，但其總氮和煙堿含量高于青黃葉，說(shuō)明大白花在3個(gè)曬煙品種中的氮代謝最強(qiáng)。

從不同施肥水平下3個(gè)品種在各測(cè)定時(shí)期煙葉NR和Inv活性以及碳氮代謝產(chǎn)物的含量來(lái)看，施肥水平較低的T1處理較常規(guī)施肥可降低硝酸還原酶活性，提高轉(zhuǎn)化酶活性，有利于葉片適時(shí)向碳代謝轉(zhuǎn)化，降低總氮和煙堿含量，協(xié)調(diào)煙葉化學(xué)成分，改善煙葉品質(zhì)。

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