光照和紫外強度對烤煙生長及葉片組織結(jié)構(gòu)的影響

周方舟+程昌新+周冀衡+李強+劉誠+蔣杰+賀丹鋒+舒灝+邵建平

摘 要：為了研究光照強度和紫外光照射對煙株生長和葉片組織結(jié)構(gòu)的影響，以云煙87為材料進行4個光處理試驗。結(jié)果表明，光照強度的減弱和增加紫外光照射推遲了煙株的生育期，各處理現(xiàn)蕾期比對照分別延長了2，9，3 d；光照強度的減弱在一定程度上促進了株高但降低莖圍，而增加紫外光照射抑制了株高、有效葉片數(shù)、莖圍；光照強度的減弱和增加紫外光照降低了葉片的質(zhì)量，同時增加紫外光照降低了葉肉的所占百分比；隨著光照強度的減弱，葉片厚度、柵欄組織厚度和海綿組織厚度均呈遞減的趨勢，而增加紫外光照增加了葉片厚度、柵欄組織厚度和海綿組織厚度。葉片厚度最厚的為T3，246.13 μm，最薄為T2，183.28 μm。氣孔器最長為CK，201.45 μm，氣孔器最寬為T3，165.12 μm，氣孔面積和氣孔周長最大的為T3。研究結(jié)果可為調(diào)控烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)供理論依據(jù)。

關鍵詞：烤煙；葉片；光照

中圖分類號：S572 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.04.004

Effects of Light and Ultraviolet Intensity on the Growth and Leaf Structure of Flue-cured Tobacco

ZHOU Fangzhou1，CHENG Changxin3， ZHOU Jiheng1， LI Qiang1， LIU Cheng2， JIANG Jie1， HE Danfeng1， SHU Hao1， SHAO Jianping2

（1.Tobacco Research Institute， Hunan Agricultural University， Changsha， Hunan 410128， China； 2.Yunnan Provincial Tobacco Company Qujing Branch， Qujing， Yunnan 655000，China； 3.Hongyun Honghe Tobacco （Group） Company Limited， Kunming， Yunnan 650231， China）

Abstract： In order to study the influence of light intensity and ultraviolet irradiation on the growth and leaf structure of tobacco， four light treatment experiments were carried out with Yunyan 87 as the material. The results showed that the growth period of tobacco plant was delayed by the decrease of the light intensity and the increase of the ultraviolet irradiation. Each treatment was longer than the control，respectively，2，9，3 d. The decrease of light intensity promoted the plant height but decreased the stem circumference to a certain extent， while the increased ultraviolet irradiation inhibited the plant height， effective number of leaves， stem circumference. The weakening of light intensity and increased ultraviolet irradiation reduced the leaf quality， while increasing the UV irradiation reduced the percentage of mesophyll. With the decrease of light intensity， leaf thickness， palisade tissue thickness and spongy tissue thickness decreased， while increased ultraviolet light increased leaf thickness， palisade tissue thickness and spongy tissue thickness. The thickest leaf was T3，246.13 μm， the thinnest was T2，183.28 μm. The longest stomatal apparatus was CK，201.45 μm， the widest stomatal apparatus was T3，165.12 μm， stomatal area and stomatal circumference maximum was T3.The results can provide theoretical basis for regulation of flue-cured tobacco leaf tissue structure.

Key words： flue-cured tobacco； leaf； light

光照對植物的一系列生理活動有廣泛的影響，研究表明，植物葉片數(shù)與光照強度呈顯著正相關，光照強度對植物株高、葉面積和干物質(zhì)質(zhì)量的影響較大[1-3]。光照是調(diào)控植物生長的重要環(huán)境因子之一，它不但為光合作用的能量來源，而且還作為周邊環(huán)境的一種信號形式作用于植物，對作物產(chǎn)量的形成起到關鍵作用[4-7]。煙草是一種喜光的作物，在大田生育期和煙葉品質(zhì)形成的過程中需要充足的光照[8]，光照強度、光照時間和光質(zhì)都會影響煙株的形態(tài)、生長發(fā)育、光合作用、化學成分等內(nèi)在質(zhì)量。據(jù)報道，全國各煙區(qū)煙葉組織結(jié)構(gòu)變幅較大，不同區(qū)域間葉片含梗率變幅相差14個百分點，且發(fā)現(xiàn)葉片含梗率隨緯度下降呈上升趨勢，隨海拔上升有增加趨勢。而紫外輻射和光照強度也呈現(xiàn)相同規(guī)律，即緯度越低，紫外輻射越強；海拔越高，紫外輻射越強。因此推斷烤煙含梗率可能與紫外輻射和光照強度有關。相關的植物學研究證實，強光下植物柵欄組織高度發(fā)達，既可避免干旱地區(qū)強烈光照對葉肉細胞的灼傷，又可以有效地利用衍射光進行光合作用，弱光下葉片薄而疏松，特別是機械組織發(fā)育較差，植株生長纖弱[9-10]。而紫外輻射和光照強度對煙葉疏導系統(tǒng)（葉脈）和葉片結(jié)構(gòu)的影響研究則鮮見報道。鑒于此，本試驗通過人工模擬試驗，研究紫外輻射和光照強度對烤煙的生長發(fā)育、煙葉疏導系統(tǒng)生長和煙葉結(jié)構(gòu)的影響，豐富烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)影響因素的基礎研究，為調(diào)控烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗在煙草研究院試驗場進行，試驗于2016年4—7月份進行。供試品種為云煙87，漂浮育苗，待煙苗長至4葉1心時，選取長勢一致的煙苗進行移栽，采用盆栽的方法進行，盆高40 cm，直徑31 cm。供試土壤來自湖南農(nóng)業(yè)大學耕園，每盆裝風干過篩后土壤6 kg，盆栽土壤為紅壤。土壤養(yǎng)分如下：有機質(zhì)35.32 g·kg-1，全氮1.78 g·kg-1，速效鉀157.9 mg·kg-1，有效磷17.21 mg·kg-1，pH值6.6。生理指標及化學指標在湖南農(nóng)業(yè)大學煙草重點實驗室分析。

1.2 試驗設計

在200 m2塑料大棚內(nèi)開展試驗，試驗設置4個處理。CK：正常栽培種植，接受自然光照。T1：用遮陽網(wǎng)進行遮光處理（光照強度約為對照的60%，紫外光強度約為對照的35%）。T2：用紫外濾光膜過濾95%的紫外光條件下種植（光照強度約為對照的20%）。T3：增加強度為3.0 kJ·m-2·d-1紫外光照射條件下盆栽種植。試驗UV-A輻射光源由紫外熒光燈提供（320～400 nm，峰值365 nm，嘉興市天輝照明電器有限責任公司），通過調(diào)節(jié)燈管距植株頂部的距離模擬增強UV-A光源輻射。煙苗移栽后20 d開始進行處理，每天照射1 h（上午10—11點）陰雨天除外。研究紫外強弱對煙葉含梗率的影響。

1.3 分析項目及測定方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀的調(diào)查 移栽后定期觀察，記錄煙株生長狀況。選取代表性煙株，調(diào)查記錄株高、葉長、葉寬、有效葉數(shù)、莖圍。

1.3.2 煙葉細脈的分離與測定 將主脈和一級側(cè)脈剔除后，用打孔器在余下的葉肉部分隨機打孔20片，去除下表皮后置于1%果膠酶溶液中，浸泡3 min，使酶溶液滲透入細胞間隙[11-13]，超聲波振蕩15 min獲得完全分離的煙葉輸導系統(tǒng)。在光學顯微鏡（DMB1-223型，上海Motic Digital）下觀察，對所獲得的圖像利用Chalkiness軟件，調(diào)整參數(shù)RGB值或灰度函數(shù)值，使其自動識別背景[14]，用烘干法稱量主脈、一級側(cè)脈和細脈的干質(zhì)量。

1.3.3 鮮煙葉組織結(jié)構(gòu)的測定 在成熟期（移栽后90 d），選取各處理中長勢均勻的5株烤煙，在其中部葉（第10片葉）的葉尖向葉基的第6～8條支脈間、主脈左側(cè)相同位置上，用直徑1 cm打孔器分別取10片樣，然后立即用FAA固定液保存。采用石蠟切片法制片，蘇木精、鐵礬染色、分色。對制好的切片用麥克奧迪生物顯微鏡觀察照相（×100），使用Motic image advanced 3.2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、上表皮和下表皮厚度，并計算組織比[15]。

1.3.4 氣孔器指標 隨機選取各處理撕取固定樣品5片，撕取下表皮，置于Motic image advanced 3.2顯微系統(tǒng)40×物鏡下每片隨機觀察10個視野，記錄每個視野氣孔器的數(shù)量。顯微系測量氣孔的全長、全寬、口徑、周長、面積[16]。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理與分析 所有數(shù)據(jù)均采用SPSS21.0軟件和Excel2013等統(tǒng)計分析軟件進行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照和紫外強度對烤煙生育期的影響

由表1可知，光照和紫外強度處理與對照相比，使煙株在團棵期、旺長期及現(xiàn)蕾期均有不同程度的生長滯后。其中T1處理團棵期比對照延遲了2 d，T2處理延遲了8 d，T3處理延遲了2 d；旺長期T1處理比對照延遲了2 d，T2處理比對照延遲了5 d，T3處理比對照延遲了3 d；現(xiàn)蕾期T1處理比對照延遲了2 d，T2處理延遲了9 d，T3處理延遲了3 d。

2.2 光照和紫外強度對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

光照和紫外強度對烤煙農(nóng)藝性狀的影響見表2。從株高來看，表現(xiàn)為T1>T2>CK>T3，弱光在一定程度上能促進株高增長，其中T1處理與CK、T2、T3處理差異顯著。從葉長、葉寬來看，各處理差異不顯著，可見本試驗的光照和紫外強度處理對葉長、葉寬影響不大。從有效葉數(shù)上看，表現(xiàn)為CK>T3>T1>T2，CK、T3、T1與T2差異顯著，可見光照不足影響了有效葉片數(shù)。從莖圍上看，最大為CK處理（9.92 cm），最小為T2處理（7.74 cm），具體表現(xiàn)為CK>T3>T1>T2。

2.3 光照和紫外強度對葉片干物質(zhì)積累的影響

烤煙葉片組成部分干質(zhì)量及百分數(shù)如表3所示，結(jié)果表明葉片各組成部分質(zhì)量差異顯著。從葉肉來看，表現(xiàn)為CK>T3>T1>T2，弱光和增加紫外照射降低了葉肉的質(zhì)量。主脈質(zhì)量最大的為CK（2.00 g），其次為T3（1.90 g），最輕的為T2（1.32 g）。一級側(cè)脈和細脈表現(xiàn)為T3>CK>T1>T2。從葉片組成部分干質(zhì)量分配來看，增加紫外照射降低了葉肉的百分比，增加了其他部分的百分比，細脈增加的數(shù)值最大。

2.4 光照和紫外強度對烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)的影響

由表4可以得出，光照和紫外強度對烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征有一定的影響。柵欄組織厚度各個處理間差異顯著，隨著透光率的增加而增大，具體表現(xiàn)為T3>CK>T1>T2。海綿組織厚度最厚的為T3處理（103.39 μm），其次為T1處理（97.21 μm），最小為T2處理（68.32 μm）。葉片厚度在各處理間差異顯著，最厚為T3處理（246.13 μm），最薄為T2處理（183.28 μm）。組織比從總體上看為CK>T3>T1>T2。上表皮厚度各處理間差異不顯著，最大為CK（25.18 μm）。下表皮厚度表現(xiàn)為T2與CK、T1、T3差異顯著，最大為CK（18.65 μm）。

2.5 光照和紫外強度對烤煙葉片氣孔的影響

統(tǒng)計結(jié)果表5表明，在氣孔密度、氣孔口徑、氣孔器長寬比方面各處理差異不顯著。氣孔器長、氣孔器寬各處理差異顯著，氣孔器最長為CK處理（201.45 μm），其次為T3處理（197.34 μm），氣孔器長最短為T2處理（181.92 μm）；氣孔器最寬為T3處理（165.12 μm），其次為CK處理（157.45 μm），氣孔器寬最短為T2處理（133.12 μm）。氣孔面積和氣孔周長具體表現(xiàn)為T3>CK>T2>T1。

3 結(jié)論與討論

光照不足和增加紫外光照射延緩了烤煙生育期進程，各處理現(xiàn)蕾期比對照分別延長了2，9，3 d。弱光促進株高、葉長、葉寬的增長，抑制烤煙葉片數(shù)和節(jié)距的增長。增加紫外光的照射抑制了株高、葉長、葉寬、烤煙葉片數(shù)和節(jié)距的增長。光在烤煙大田期的生長發(fā)育起著至關重要的作用，只有在充足適當?shù)墓庹障?，烤煙才能正常發(fā)育、生長和成熟落黃，光照不足和增加紫外光的照射在一定程度上延緩烤煙的生長發(fā)育，這與王崢嶸等[17]的研究結(jié)果類似。

光照強度的減弱和增加紫外光的照射降低葉片和各組成部分的干物質(zhì)質(zhì)量，說明光照和紫外強度是影響煙葉干物質(zhì)質(zhì)量的重要因素。光照強度的減弱對葉片組成部分干質(zhì)量分配影響不大，葉肉、主脈、一級側(cè)脈、細脈含量分別在65.39%～66.52%，20.23%～21.11%，5.01%～5.24%，7.97%～8.26%之間，而增加紫外光的照射降低了葉肉的百分比，增加了其他部分的百分比，細脈增加的數(shù)值最大。

光照和紫外強度對烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征影響很大，增加紫外光照射增加了柵欄組織、海綿組織、葉片厚度。隨著光照強度的增加，柵欄組織、海綿組織、葉片、上表皮、下表皮、組織比均有不同程度的增加。葉片最厚為T3處理，246.13 μm；最薄為T2處理，183.28 μm。在本試驗中，煙草葉片組織結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征變化是一種適應不同光照條件的結(jié)果。光照強度的不足會使煙葉的光合作用速率降低，導致光系統(tǒng)不能正常工作，從而影響海綿組織的發(fā)育，降低柵欄組織和葉片厚度。而增加紫外光照使葉片厚度等增加，這可能是紫外光的照射使葉片蠟質(zhì)保護性化合物的增加，導致柵欄、海綿組織厚度增加[18]。

本試驗采用FAA固定后的煙草葉片樣品下表皮觀察測定氣孔的分布和大小，一般研究氣孔采用的樣品是新鮮葉片或撕取表皮置于顯微鏡下觀察，或使用印記法研究[19-21]。研究表明受光照強度的影響，葉片氣孔分布和形態(tài)發(fā)生變化[22-24]。本試驗結(jié)果表明，光照和紫外強度對氣孔密度、口徑、氣孔器長寬比影響不大。T3光處理下的氣孔最大，CK處理的次之，T2處理的最小。氣孔的變化主要由基因、角質(zhì)層、外界環(huán)境等影響[25]，有關光照強度對烤煙葉片氣孔影響的機制還需進一步研究。葉片葉肉分化成光合特性具有明顯差異的柵欄組織和海綿組織可能是對葉片內(nèi)光梯度的一種適應[26]。

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