打頂后氮素供應(yīng)和腋芽生長互作對烤煙煙堿積累的影響

邱 堯，周冀衡*，黃劭理，劉曉穎，李 強(qiáng)，張 毅

（1.湖南泰谷生物科技股份有限公司，長沙 410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草研究院，長沙 410128；3.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，南寧 530001）

打頂后氮素供應(yīng)和腋芽生長互作對烤煙煙堿積累的影響

邱 堯1，2，周冀衡1，2*，黃劭理3，劉曉穎1，李 強(qiáng)1，張 毅1，2

（1.湖南泰谷生物科技股份有限公司，長沙 410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草研究院，長沙 410128；3.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，南寧 530001）

為探明氮素與煙堿之間的關(guān)系，采用砂培和營養(yǎng)液澆灌的方法，研究了打頂后氮素供應(yīng)與腋芽生長對烤煙各器官煙堿積累和根部生長素含量的影響。結(jié)果表明，打頂后保持抑芽，無氮培養(yǎng)的煙株仍然能夠大量合成煙堿；繼續(xù)供應(yīng)氮素，煙堿總積累量增加。隨著腋芽的生長，煙株根部的生長素含量增加，煙堿的合成受到抑制；無氮狀態(tài)下，煙堿能夠作為氮源被分解以滿足腋芽生長的需要。通過互作效應(yīng)分析，腋芽對煙堿積累和生長素的影響大于氮素。總之，煙株能夠利用已積累的和吸收的氮素合成煙堿，腋芽不利于煙堿的積累。

烤煙；打頂；氮素；腋芽；煙堿

烤煙作為一種葉用型經(jīng)濟(jì)作物，在栽培過程中，打頂是一項必不可少的措施，其對煙葉產(chǎn)質(zhì)量的形成具有重要影響［1］。打頂對烤煙最顯著的影響是刺激了煙株根系大量合成煙堿，并轉(zhuǎn)移至葉片中貯存［2］。煙堿是人們吸食卷煙制品過程中獲得生理強(qiáng)度的主要物質(zhì)，煙堿含量的高低直接影響煙葉的品質(zhì)［3］，適宜的煙堿含量始終是烤煙生產(chǎn)中追求的主要目標(biāo)［4］。作為含氮化合物，煙堿的積累與施氮量呈極顯著的正相關(guān)［5］，但胡國松等［6］的研究表明，烤煙在移栽后約2個月即達(dá)到對氮素吸收的高峰，此時煙株尚未打頂；煙堿積累的高峰發(fā)生在打頂之后，表明煙堿的積累與氮素的吸收并不同步［7］。石秋梅等［8］的研究表明，煙堿的合成與氮素的吸收無直接關(guān)系。關(guān)于煙堿與氮素之間的關(guān)系需要進(jìn)一步的研究。打頂去除了煙株的頂端優(yōu)勢，解除了對腋芽生長的抑制。郭群召等［9］認(rèn)為，打頂后留杈能夠消耗多余的氮素，降低煙堿含量，關(guān)于杈煙對煙堿積累的影響尚無系統(tǒng)的報道。本研究對打頂后氮素供應(yīng)與腋芽生長互作對煙堿積累的影響進(jìn)行試驗，以期為煙葉的控堿工作提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗設(shè)計

供試烤煙品種為K326，2013年7月于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草研究院人工大棚內(nèi)進(jìn)行漂浮育苗。育苗50 d后選取長勢一致的煙苗移栽至高15 cm、直徑13 cm的塑料盆缽中，盆缽中裝入等量石英砂。每天早晚澆入50%濃度的Hoagland營養(yǎng)液100 mL培養(yǎng)7 d，然后改用正常濃度的Hoagland營養(yǎng)液于人工大棚內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)。待煙株長至10葉1心時，用無菌刀片切除頂芽，留葉10片，繼續(xù)培養(yǎng)5 d，再進(jìn)行處理；此過程一是為了刺激煙株體內(nèi)煙堿的合成積累，二是腋芽在第5 d才萌發(fā)成形。

采用雙因素正交試驗，因素Ⅰ：營養(yǎng)液供應(yīng)水平，設(shè)（1）Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)，記“供氮”；（2）無氮Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)，記“無氮”，處理當(dāng)天對每株煙用5 L蒸餾水+5 L無氮營養(yǎng)液進(jìn)行淋洗，以置換出基質(zhì)中殘留的氮素。因素Ⅱ：腋芽處理方式，設(shè)（1）始終保持抑芽狀態(tài)，記“抑芽”；（2）保留腋芽生長，記“留杈”。每個處理10株煙，每天早晚澆入100 mL對應(yīng)的營養(yǎng)液。

1.2測定方法

于處理的當(dāng)天（初始值）和第20天取樣，每處理取10株。將盆栽煙株根系用蒸餾水洗凈后，采用酶聯(lián)免疫法測定根部的生長素含量，試劑盒由上海華大蛋白基因公司提供；然后整株于105 ℃殺青20 min，于75 ℃烘干至恒質(zhì)量。準(zhǔn)確測定每株煙根、莖、單片葉和腋芽的生物量，將各樣品單獨粉碎后裝入密封袋中保存，用紫外分光光度法測定煙堿含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）［10］。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007和SPSS 18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析。當(dāng)檢定為顯著性差異時，引入偏Eta2分析比較氮素和腋芽對煙株煙堿積累量和生長素含量的貢獻(xiàn)率［11］。

2　結(jié)　果

2.1氮素供應(yīng)和腋芽生長對煙株生物量的影響

由表1可知，相同氮素環(huán)境下，抑芽煙株的根部生物量顯著高于留杈煙株，表明腋芽的生長對根系的生長有抑制作用。相同腋芽處理條件下，供應(yīng)氮素能夠顯著提高根部的生物量。各處理煙株的地上部分生物量無顯著差異。

表1　各處理煙株各器官的生物量 g/株Table 1 Biomass of each organ g/plant

由圖1可知，隨著煙株生育進(jìn)程的延長，其中、上部葉的生物量大幅增加。各處理煙株各葉位葉片的生物量無顯著差異，但抑芽或供氮均能促進(jìn)生物量的增加，供氮+抑芽處理煙株各葉位葉片的生物量最高，無氮+留杈處理煙株最低。

圖1　各處理煙株各葉位葉片的生物量Fig. 1 Biomass of leaves at different positions

2.2氮素供應(yīng)和腋芽生長對煙株煙堿積累的影響

由表2可知，相同氮素環(huán)境下，抑芽能夠提高煙株各器官的煙堿含量，其中對葉片的影響顯著，抑芽煙株各器官的煙堿含量為葉＞根＞莖，留杈煙株則表現(xiàn)為根＞葉＞莖。相同腋芽處理條件下，供氮能夠提高煙株各器官的煙堿含量，其中對根、葉的影響顯著。無氮+抑芽處理煙株各器官的煙堿含量均高于供氮+留杈處理，地上部分差異顯著。留杈煙株的腋芽中有煙堿積累。

表2　各處理煙株各器官的煙堿含量 μg/gTable 2 Nicotine concentration in each organ μg/g

由表3可以看出，相同氮素環(huán)境下，抑芽能夠顯著提高煙株各器官的煙堿積累量，煙堿主要在葉片積累。相同腋芽處理下，供氮也能夠顯著提高各器官的煙堿積累量。腋芽的生長不利于煙堿的積累，各處理中以無氮+留杈處理煙株最低，且其莖部和葉片中的煙堿積累量較初始值分別下降 1.52和132.88 μg/株，整株積累量較初始值下降 88.52 μg/株，降幅11.19%。無氮+抑芽處理煙株的煙堿積累總量比供氮+留杈處理煙株高14.59%，差異顯著；表明保持抑芽狀態(tài)，即使在無外源氮素供應(yīng)的條件下，煙株仍然能夠大量合成煙堿。

表3　各處理煙株各器官的煙堿積累量 μg/株Table 3 Nicotine content in each organ μg/plant

由圖2可知，無氮+留杈處理煙株各葉位葉片的煙堿含量低于其他處理，且低于初始值；供氮+抑芽處理煙株各葉位的煙堿含量最高，其次為無氮+抑芽處理；供氮+留杈處理煙株各葉位的煙堿含量較初始值僅略有增加。隨著葉位的上升，抑芽處理煙株的煙堿含量增加。

圖2　各處理煙株各葉位葉片的煙堿含量Fig. 2 Nicotine concentration in leaves at different positions

由圖3可知，抑芽煙株各葉位葉片的煙堿積累量均大幅高于留杈煙株，供氮能夠促進(jìn)葉片的煙堿積累，各處理煙株各葉位的煙堿積累量排序為供氮+抑芽＞無氮+抑芽＞供氮+留杈＞無氮+留杈。無氮+留杈處理煙株第 8葉位以下葉片的煙堿積累量較初始值減少，頂部 3片葉的煙堿積累量略有增加。

圖3　各處理煙株各葉位葉片的煙堿積累量Fig. 3 Nicotine content in leaves at different positions

2.3氮素供應(yīng)和腋芽生長對煙株根部生長素的影響

頂芽是生長素的主要合成中心［12］，打頂后向下運(yùn)輸?shù)纳L素急劇減少。由圖4可知，隨著腋芽的生長，生長素的合成中心恢復(fù)，根部的生長素含量增加。留杈處理煙株的生長素含量顯著高于抑芽處理煙株，供應(yīng)氮素能夠顯著促進(jìn)根部生長素含量的增加。

2.4氮素供應(yīng)和腋芽生長對煙株煙堿積累量和生長素影響的效應(yīng)分析

由雙因素方差分析結(jié)果（表3）可知，氮素和腋芽對煙株的煙堿積累和生長素含量均有極顯著影響（P＜0.01），氮素和腋芽互作對煙堿積累和生長素含量有顯著影響（P＜0.05）。由偏Eta2的值可知，對煙堿積累量和生長素含量影響最大的均為腋芽，其次為氮素和兩者的互作效應(yīng)。

圖4　各處理煙株根部生長素含量Fig. 4 IAA concentration in root

表3　氮素供應(yīng)和腋芽生長互作對煙株煙堿積累量和生長素含量的方差分析Table 3 Variance analysis of nitrogen supply and axillary bud growth on nicotine accumulation and IAA of tobacco

3　討　論

打頂對煙株造成了機(jī)械損傷，損傷信號通過茉莉酸途徑傳遞至根部，刺激煙堿的合成［13］；同時，煙株體內(nèi)的生長素含量降低，能夠促進(jìn)煙株根系的生長［14］。煙堿主要是由根部合成的［2］，本試驗中，供氮+抑芽處理煙株的根部生物量顯著高于其他各處理，其煙堿積累量也顯著高于其他各處理。保持抑芽，能夠持續(xù)產(chǎn)生損傷信號，刺激煙堿不斷合成；本試驗中，抑芽煙株的煙堿含量和積累量均顯著高于留杈煙株，且隨著葉位的上升，煙堿的含量和積累量均增加。煙堿是一類含氮化合物，其含量與氮素營養(yǎng)呈正相關(guān)，但煙堿的積累高峰晚于氮素吸收高峰，兩者并不同步［7］。楊虹琦等［15］認(rèn)為，打頂后葉片中的蛋白質(zhì)降解，并能促使氮素在根部迅速轉(zhuǎn)化為煙堿，本試驗的無氮+抑芽煙株在停止氮素供應(yīng)后，仍然能夠繼續(xù)合成煙堿，表明煙株在打頂前積累的氮素能夠積極參與煙堿的合成。

打頂去除了煙株頂端優(yōu)勢，腋芽逐漸萌發(fā)［16］。本試驗中，留杈煙株根部的生長素含量顯著高于抑芽煙株，這與楊潔等［17］的研究結(jié)果相一致。生長素對于煙堿的合成具有抑制作用［18］，本試驗中留杈煙株的煙堿含量和積累量均顯著低于抑芽煙株，尤其表現(xiàn)為供氮+留杈處理煙株低于缺氮+抑芽處理。打頂后抑芽煙株各器官的煙堿含量表現(xiàn)為葉＞根＞莖，而留杈煙株則表現(xiàn)為根＞葉＞莖，這與未打頂時煙株各器官的煙堿含量排序相一致［6］；因此可以認(rèn)為腋芽是原有頂芽的再生。通過互作效應(yīng)分析可知，腋芽對煙堿積累和生長素含量的影響最大，其次為氮素。這能夠合理的解釋在未打頂時，煙株由于體內(nèi)生長素含量較高，吸收的氮素并未大量參與煙堿的合成；打頂之后煙株才大量積累煙堿。本試驗的研究結(jié)果表明，煙株體內(nèi)積累的氮素能夠積極的參與煙堿的合成，因此對煙堿的調(diào)控工作需要關(guān)注煙株在打頂前的氮素吸收量。

腋芽作為煙株的幼嫩生長點，是養(yǎng)分優(yōu)先供應(yīng)的部位［19］。植物體內(nèi)存在氮循環(huán)過程［20］，在無氮條件下，煙株需要對已積累的氮素進(jìn)行重新分配，以滿足生長的需要。煙堿的含氮量約為17.3%［21］，是理想的氮源。Wink等［22］發(fā)現(xiàn)，豆科植物的種子中通常存在有生物堿，但隨著種子的萌發(fā)，有生物堿的降解發(fā)生。左天覺等［23］通過14C-15N雙重標(biāo)記的煙堿對煙草進(jìn)行水培試驗，在色素和游離氨基酸中檢測出放射性，表明煙堿能夠參與煙株的氮代謝過程。在本試驗中，無氮+留杈處理煙株各器官的煙堿含量均低于初始值，煙堿積累量較初始值減少88.52 μg/株，表明部分煙堿作為氮源再次參與了煙株氮素代謝過程。

4　結(jié)　論

本研究表明，打頂后煙株能夠利用體內(nèi)已積累的氮素合成煙堿，繼續(xù)供應(yīng)氮素能夠促進(jìn)煙堿的積累。腋芽的生長使根部的生長素含量增加，煙株各器官的煙堿含量降低。在氮素缺乏的條件下，煙堿能夠作為氮源被分解利用。

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Interaction Effects of Nitrogen Supply and Axillary Bud Growth after Topping on Nicotine Accumulation in Flue-cured Tobacco

QIU Yao1，2， ZHOU Jiheng1，2*， HUANG Shaoli3， LIU Xiaoying1， LI Qiang1， ZHANG Yi1，2
（1. Hunan Taigu Biological Technology Co.， Ltd.， Changsha 410128， China；2. Institute of Tobacco， Hunan Agriculture University，Changsha 410128， China；3. China Tobacco Guangxi Industrial Co.， Ltd.， Nanning 530001， China）

In order to explore the relationship between nitrogen and nicotine accumulation， we used sand and solution culture to study the interaction effects of nitrogen supply and axillary bud growth on the accumulation of nicotine and IAA in flue-cured tobacco. The results showed that sucker control could stimulate tobacco to synthesize nicotine even without nitrogen supply and nicotine accumulation increased with nitrogen supply. With the growth of axillary bud， the IAA increased， while the synthesis of nicotine was inhibited. Under the no-nitrogen condition， nicotine was broken down to meet the needs of axillary bud growth. Interaction effect analysis showed that axillary bud affected the nicotine accumulation and IAA more significantly than did nitrogen. In conclusion，tobacco can use the accumulated and absorbed nitrogen to synthesize nicotine and axillary bud is not conducive to the accumulation of nicotine.

flue-cured tobacco； topping； nitrogen； axillary bud； nicotine

S572.062

1007-5119（2016）04-0019-05

10.13496/j.issn.1007-5119.2016.04.004

湖南省研究生科研創(chuàng)新項目“去除頂端優(yōu)勢對煙草生物堿和鉀素吸收分配的影響及調(diào)控技術(shù)研究”（CX2014B289）

邱 堯（1987-），男，在讀博士，主要從事煙草生理生化研究工作。E-mail：120660970@qq.com。*通信作者，E-mail：jhzhou2005@163.com

2016-01-14

2016-03-27