韌皮部化學(xué)損傷對(duì)烤煙生長(zhǎng)及煙堿、鉀素積累的影響

黃劭理，周冀衡，邱 堯，李 爽

（1.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧530001；2. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草研究院, 湖南 長(zhǎng)沙410128）

韌皮部在植物同化物運(yùn)輸中占有舉足輕重的地位，是植物有機(jī)物運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ?，同時(shí)也是一些無機(jī)元素特別是鉀元素的運(yùn)輸通道[1]。隨著我國烤煙生產(chǎn)水平的提高，很多烤煙產(chǎn)區(qū)出現(xiàn)了煙葉結(jié)構(gòu)性矛盾和上部葉片偏厚，煙堿含量偏高特別是上部葉煙堿含量偏高，化學(xué)成分不夠協(xié)調(diào)，工業(yè)可用性差等問題[2]；鉀是煙草的重要無機(jī)元素，也是烤煙的最重要的品質(zhì)元素之一，但我國烤煙的鉀含量普遍較低。環(huán)割作為一種韌皮部損傷措施有助于煙堿下降與鉀的累積[3]，環(huán)割可以改變煙草的品質(zhì)提高其鉀含量從而增加優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)量[4]，環(huán)割切斷了烤煙莖桿的有機(jī)物運(yùn)輸，減少了光合產(chǎn)物向根系運(yùn)輸，同時(shí)降低了煙堿的累積[5]，還有研究表明環(huán)割后減少了光合產(chǎn)物向地下部分的輸送，降低了根的活力，減少了對(duì)煙堿的合成和氮的吸收，從而減少了地上部分含氮化合物的含量，增加了含碳化合物的積累，使烤煙化學(xué)成分趨于協(xié)調(diào)[6]。但由于環(huán)割時(shí)造成了植物組織開放式損傷，潛在地增加了煙草染病的可能性，同時(shí)由于環(huán)割步驟過于繁瑣，在實(shí)際生產(chǎn)操作中較難實(shí)施，且環(huán)割無法控制韌皮部損傷程度，因此難以在實(shí)際工作中得到應(yīng)用。

試驗(yàn)中用三氯乙酸蛋白沉淀劑作為韌皮部損傷劑， 三氯乙酸（TCA or Trichloroacetic acid）是一種蛋白沉淀劑，在酸性條件下其能使蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生改變，暴露出較多的疏水性基團(tuán)，使之沉淀聚集[2]，以TCA涂抹植株韌皮部，能損傷篩管細(xì)胞并使篩孔處產(chǎn)生愈傷葡聚糖，這樣可以有效達(dá)到損傷韌皮部的目的。該項(xiàng)試驗(yàn)主要研究不同濃度TCA 涂抹后煙草的同化產(chǎn)物、次生代謝產(chǎn)物、無機(jī)元素累積與分配的變化，旨在了解不同韌皮部損傷程度對(duì)煙草同化產(chǎn)物、煙堿、鉀的累積與分配的影響，以及物理環(huán)割與化學(xué)環(huán)割效果的對(duì)比。

1 材料與方法

1.1 供試材料

煙草品種為K236，培養(yǎng)方式為土培，盆內(nèi)滿裝土為20 kg，土壤類型水稻土。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)中南煙草試驗(yàn)站。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

處理前選取長(zhǎng)勢(shì)相同的植株掛牌作為試驗(yàn)煙株，設(shè)3個(gè)處理2個(gè)對(duì)照：莖基部分別涂抹5%、10%或15%的蛋白沉淀劑（TCA），CK1（不涂抹）與CK2（物理環(huán)割），涂抹寬度為2 cm,每個(gè)處理設(shè)3 次重復(fù)，3株為1 次重復(fù)，共48 株（包括初始樣3 株）。

1.4 田間管理

試驗(yàn)煙株于6月21日移栽，移栽后分別3 次追肥。9月21日打頂，打頂時(shí)選取3 株長(zhǎng)勢(shì)與處理相似的植株采收其葉片、莖、根殺青烘干后作為本底值待測(cè)保留。打頂留葉20 片、基部為第20 片葉，及時(shí)抹去側(cè)芽，其他管理方式與常規(guī)管理方式相同，打頂后當(dāng)天進(jìn)行涂抹處理。打頂30 d 后一次性采收。

1.5 樣品采集與測(cè)定

把各處理煙株分為上部葉、中部葉、下部葉、根、莖分開標(biāo)記，測(cè)定干物質(zhì)重量以及煙堿與鉀含量。用濕棉布擦凈表面污染物，然后用去離子水淋洗1～2 次。在烘箱中105 ℃殺青15～30 min 后降溫至75℃烘干，然后粉碎備用。

煙堿采用鹽酸提取活性碳脫色法[7]，鉀采用火焰光度法[8]。測(cè)定后統(tǒng)計(jì)3 株的平均值。

1.6 分析方法

采用EXCEL 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，DPS 軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙草韌皮部損傷對(duì)煙草同化物累積的影響

2.1.1 各處理煙草主要器官同化物干物質(zhì)量 由表1

可知，韌皮部損傷減少了葉片、根部以及整株干物質(zhì)的累積，但對(duì)莖桿的干物質(zhì)累積影響不顯著。隨著TCA 處理濃度增加，葉片干物質(zhì)重量呈下降趨勢(shì)，CK1 與5%、10%TCA 處理差異顯著， 10%與15%TCA 處理差異不顯著。根部表現(xiàn)為隨著TCA 處理濃度的增加，干物質(zhì)重量逐漸下降，其中CK1 與5%、10%TCA 處理差異顯著， 10%與15%TCA 處理差異不顯著，表現(xiàn)出與葉片一致的趨勢(shì)。整株干物質(zhì)重量也保持相同的變化趨勢(shì)；且15%TCA 涂抹在各器官干物質(zhì)重量上與物理損傷沒有顯著差異。

表1 各處理植株器官的干物質(zhì)重量 （g）

2.1.2 各處理煙草不同葉位葉片干物質(zhì)量 由表2 可知，越幼嫩的葉片對(duì)韌皮部的損傷越敏感，且隨著韌皮部損傷程度的加重葉片干重逐漸減小。對(duì)上部葉來說，CK1 與CK2 及3個(gè)TCA 處理均有顯著差異，但10%與15%TCA 處理差異不顯著，以15%TCA 處理的干重降幅最大，達(dá)18.94%；而中部葉干重CK1 與5%TCA 處理差異不顯著，且10%與15%處理之間差異不顯著，但5%與10%處理差異顯著；下部葉干重則表現(xiàn)一致均無顯著差異。且15%TCA 涂抹損傷在各葉位干重上與物理環(huán)割沒有顯著差異。

表2 各處理植株葉片的干物質(zhì)重量 （g）

2.2 煙草韌皮部損傷對(duì)煙堿累積的影響

2.2.1 各處理煙草各器官煙堿積累量 由表3 可知，韌皮部損傷后煙草各器官煙堿積累量顯著下降。對(duì)葉片來說隨著TCA 涂抹濃度的增加葉片煙堿積累量相對(duì)CK1 分別下降了13.75、30.43、29.57 mg/株，整體變化趨勢(shì)與表1 中葉片干物質(zhì)量變化趨勢(shì)相同；而根部與莖桿中煙堿的變化趨勢(shì)相同，在處理后有8～10 mg 的降幅。對(duì)總體而言，隨著韌皮部損傷程度的加重，由于各器官煙堿積累量下降，導(dǎo)致整體煙堿積累量也逐漸下降；且15%處理在各主要器官煙堿積累量上與物理環(huán)割沒有顯著差異。

2.2.2 各處理煙草各葉位煙堿積累量 由表4 可知，對(duì)不同濃度TCA 處理相同葉位而言，處理后各葉片的煙堿含量變化趨勢(shì)與表2 中處理后各葉片的干物質(zhì)量變化趨勢(shì)相同；且15%處理在各葉位煙堿積累量上與物理環(huán)割沒有顯著差異。上部葉煙堿積累量以10%TCA 處理降幅最大，比CK1 降15.46 mg/株。

表3 各處理植株各器官的煙堿積累量 （mg/株）

表4 各處理植株葉片的煙堿積累量 （mg/株）

2.2.3 各處理煙草各葉位煙堿含量 由表5 可知，涂抹TCA 處理后各部位葉片煙堿含量變化趨勢(shì)與表4中煙堿積累量變化趨勢(shì)相似，且與CK1 相比，上部葉最大降幅為0.32個(gè)百分點(diǎn)、中部葉相對(duì)CK1 最大降幅為0.15個(gè)百分點(diǎn)，這說明中上部葉煙堿含量的下降并不是由于葉片細(xì)胞減少而導(dǎo)致的，而是由于根部煙堿合成量減少所致；且15%TCA 處理各葉位煙堿含量與物理環(huán)割沒有顯著差異。

表5 各處理植株葉片的煙堿含量 （%）

2.3 煙草韌皮部損傷對(duì)煙草無機(jī)元素累積的影響

2.3.1 各處理煙草各器官鉀積累量 由表6 可知，CK2 相對(duì)CK1 整株鉀含量下降了34.88 mg/株，說明韌皮部損傷對(duì)植物鉀素的累積影響劇烈。對(duì)不同器官而言葉片在CK、5%、10%、15%各處理總鉀逐漸下降，降幅分別為2.10、12.05、10.88 mg，說明隨著韌皮部TCA 處理濃度的提高葉片鉀含量逐漸下降且降幅增大；莖桿在10%處理下才會(huì)顯著下降，而根部各處理間沒有顯著差異，這說明煙草各器官鉀累積對(duì)韌皮部損傷的敏感度不同?？傮w來說葉片較為敏感而莖桿次之根部最不敏感；且15%TCA 處理各器官鉀含量上與物理環(huán)割沒有顯著差異。

2.3.2 各處理煙草葉片鉀積累量 由表7 可知，雖然葉片總鉀累積量變化趨勢(shì)與干物質(zhì)累積量、煙堿累積量變化趨勢(shì)相類似，但成熟的葉片對(duì)韌皮部的損傷越敏感且隨著韌皮部損傷程度的加重葉片生長(zhǎng)量逐漸減小，這與干物質(zhì)、煙堿積累量在葉片中的變化趨勢(shì)完全相反。對(duì)下部葉來說CK 與TCA 處理濃度5%及10%均有顯著差異，但10%與15%差異不顯著；而對(duì)中部葉來說CK 與TCA 處理差異顯著，但處理間沒有顯著差異；且15%TCA 涂抹損傷在各處理葉片鉀含量上與物理環(huán)割沒有顯著差異。

表6 各處理煙草植株各器官的鉀積累量 （mg/株）

表7 各處理植株葉片的鉀積累量 （mg/株）

2.3.3 各處理煙草葉片鉀含量 由表8 可知，與葉片鉀含量類似涂抹TCA 后上部葉鉀含量的CK 與處理間沒有顯著差異，中部葉片鉀含量的變化量CK 顯著高于各處理但處理間沒有差異，而下部葉片鉀含量CK 顯著高于各處理，且隨著TCA 處理含量的提高鉀濃度下降越明顯。整株表現(xiàn)為上部葉到中部葉鉀含量增加逐漸放緩，下部葉表現(xiàn)為負(fù)增長(zhǎng)；說明涂抹TCA后對(duì)上部葉鉀含量影響較小，但會(huì)顯著不同于中下部葉鉀的含量。這是因?yàn)榇蝽敽笾参锏膸煸搓P(guān)系的變化與涂抹后根部鉀離子吸收量的減少改變了不同葉位鉀離子的總含量，同時(shí)由于涂抹后葉片重量發(fā)生變化，上部葉重量明顯下降導(dǎo)致上部葉鉀含量與CK 相比差異并不明顯；且15%的TCA 涂抹損傷在各處理葉片鉀含量上與物理環(huán)割沒有顯著差異。

表8 各處理植株葉片的鉀含量 （%）

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

根部是植物重要的營養(yǎng)器官，一方面吸收水和無機(jī)鹽并向上運(yùn)輸，另一方面合成次生代謝物并運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)累積器官；韌皮部損傷后，根部長(zhǎng)期處于饑餓狀態(tài)，煙草原有的營養(yǎng)分配模式被打破，養(yǎng)分分配發(fā)生調(diào)整。該項(xiàng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，韌皮部損傷后煙草葉片、根部以及整株干物質(zhì)累積量下降，這可能是因?yàn)楦筐囸I活性降低，向上運(yùn)輸?shù)乃蜔o機(jī)鹽減少，導(dǎo)致植物干物質(zhì)量減少[8]。同時(shí)幼嫩葉片的干物質(zhì)累積量下降幅度顯著大于成熟葉片，這是因?yàn)橹参镉筛盏酿B(yǎng)分總是優(yōu)先供應(yīng)幼嫩的植物組織[9]，所以韌皮部損傷后對(duì)上部葉影響最大。此外，由于根部能量供應(yīng)的影響，地下部分煙堿合成受到阻礙。Mengel K[10]研究表明，煙堿的主要合成部位為根部。根系如果供能受到影響，勢(shì)必造成煙堿合成受阻，而隨著葉片的成熟衰老，煙堿逐漸向上部葉積累[1]，這表明當(dāng)煙堿合成受阻時(shí)最先影響上部葉片。

鉀素在植物體內(nèi)是以離子形態(tài)存在的，具有高度的可移動(dòng)性，能夠通過韌皮部進(jìn)行循環(huán)，這對(duì)于促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高養(yǎng)分利用效率具有重要意義[11-12]。楊俊興等[4]、周焱等[5]和尹永強(qiáng)等[6]研究發(fā)現(xiàn)環(huán)割作為一種莖部截留措施可以有效提高葉片鉀的含量。這與該試驗(yàn)韌皮部損傷后煙草葉片、莖桿以及整株鉀累積量下降有所區(qū)別；這主要是因?yàn)橐酝沫h(huán)割試驗(yàn)都是物理環(huán)割，是將韌皮部全部切斷的環(huán)割技術(shù)，該試驗(yàn)則是韌皮部損傷，在涂抹TCA 后由于韌皮部沒有被完全阻斷，一方面同化產(chǎn)物運(yùn)輸受阻，另一方面打頂后韌皮部中的鉀還能向下運(yùn)輸外流至根部，同時(shí)由于鉀的吸收是一種主動(dòng)運(yùn)輸需要消耗能量以及韌皮部損傷后根部的饑餓狀態(tài)，導(dǎo)致鉀吸收量減少，這兩方面因素共同造成了鉀素含量的下降。與煙堿、干物質(zhì)量相反，處理后不同葉位鉀含量表現(xiàn)為幼嫩葉片CK 與處理差異不顯著，而成熟葉片處理隨著韌皮部損傷的加重，葉片鉀含量逐漸降低，并且其葉片鉀濃度也有相應(yīng)變化趨勢(shì)，這就排除了生長(zhǎng)的稀釋效應(yīng)可能造成鉀含量降低的因素，這主要是由于上部葉葉齡小，為了維持葉片生長(zhǎng)，需要對(duì)已積累的鉀素重新分配，因此下部葉葉片的鉀含量受影響較為明顯[13]。

對(duì)于化學(xué)損傷與物理環(huán)割而言，在TCA 處理濃度達(dá)到15%時(shí)兩種處理方法在各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)上沒有顯著差異，說明化學(xué)損傷與物理環(huán)割一樣達(dá)到了損傷韌皮部的目的。

3.2 結(jié) 論

物理環(huán)割與15%TCA 的化學(xué)損傷涂抹在各化學(xué)指標(biāo)上差異較小。涂抹10%～15% TCA 通過阻斷煙株韌皮部篩管的疏導(dǎo)組織切斷了同化物的向下運(yùn)輸使根長(zhǎng)期處饑餓狀態(tài)，根的次生代謝物的合成與無機(jī)元素吸收受阻、地上部分葉片生長(zhǎng)受到影響，使同化產(chǎn)物、煙堿在幼嫩部位累積量降低，而鉀在植物成熟部位累積量下降，使植物營養(yǎng)元素在植物體內(nèi)重新分配。

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