密度和施氮量互作對烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)的影響

劉繼坤，徐立國，黃擇祥，吳元華，石 屹，孫延國，白化軍，王大海，高 凱，馬興華*

氮素是對煙草品質(zhì)與產(chǎn)量影響最大的元素[1]，而種植密度又會通過群體結(jié)構(gòu)和田間小氣候直接或間接影響煙草生長發(fā)育和產(chǎn)量、品質(zhì)[2]。國內(nèi)煙草種植密度和施氮量受不同煙區(qū)主栽品種、環(huán)境條件和栽培習(xí)慣等多種復(fù)雜因素的影響，加之煙草生產(chǎn)注重風(fēng)格特色[3-5]，種植密度和施氮量一直是煙草栽培的研究熱點(diǎn)。煙草以葉片為收獲目標(biāo)，葉片組織結(jié)構(gòu)對其生長發(fā)育過程中光合、呼吸等生理過程有重要影響，而原煙葉片組織結(jié)構(gòu)則直接反映了葉片發(fā)育狀況、營養(yǎng)狀況、疏松度及成熟度等，合理的組織結(jié)構(gòu)對優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)至關(guān)重要[6-8]。

前人已研究了成熟度[9]、移栽期[10-11]、光質(zhì)[12]、光強(qiáng)[13]、土壤[14]、揭膜與否[15]、氮肥形態(tài)[16]、餅肥與化肥配施[17]等多種因素對葉片組織結(jié)構(gòu)的影響，而對于種植密度和施氮量及其互作的研究往往只集中在農(nóng)藝性狀、化學(xué)品質(zhì)、產(chǎn)量產(chǎn)值等方面[18-22]，還有待于從組織結(jié)構(gòu)層面揭示種植密度和施氮量兩因素對煙草葉片生長發(fā)育共同作用的解剖學(xué)基礎(chǔ)。此外，以往對葉片組織結(jié)構(gòu)的影響報道往往只針對成熟期[23-24]，單一時間點(diǎn)并不能揭示葉片發(fā)育過程中葉片組織結(jié)構(gòu)關(guān)系的動態(tài)變化規(guī)律，種植密度、施氮量及其互作對煙葉組織結(jié)構(gòu)的動態(tài)影響有待進(jìn)一步研究。鑒于此，本文研究了不同種植密度和施氮量下不同葉齡煙草葉片組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，探索兩因素及其互作對葉片形態(tài)建成的影響，以期為優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016年在山東省濰坊市賈悅鎮(zhèn)瑯埠村進(jìn)行，土壤為棕壤，耕層土壤pH 8.4、有機(jī)質(zhì)25.7 g/kg、全氮1.22 g/kg、堿解氮56.31 mg/kg、全磷0.21 g/kg、速效磷25.2 mg/kg、全鉀3.36 g/kg、速效鉀92.18 mg/kg。前茬為煙草，供試烤煙品種為NC102，采用滴灌灌溉。

1.2 試驗設(shè)計與取樣方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗采用種植密度、施氮量兩因素裂區(qū)設(shè)計，其中種植密度（A因素）為主處理，設(shè)3個水平，分別為A1：1.2 m×0.55 m（15 200株/hm2），A2：1.2 m×0.5 m（16 700 株/hm2），A3：1.2 m×0.45 m（18 500株/hm2）。施氮量（B因素）為副處理，設(shè)2個水平，分別為B1：67.5 kg/hm2；B2：37.5 kg/hm2。小區(qū)面積72 m2，每處理設(shè)3次重復(fù)。試驗所用肥料為復(fù)合肥（含10% N、10% P2O5、20%K2O）、重過磷酸鈣（P2O544%）和硫酸鉀（K2O 51%），各處理磷、鉀量一致（P2O567.5 kg/hm2、K2O 135 kg/hm2）。肥料全部作為基肥施入。

1.2.2 調(diào)查測定方法 還苗后，每小區(qū)選擇生長發(fā)育一致的煙株 20棵掛牌標(biāo)記。參照中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) YC/T 142—2010[25]，在各處理中部葉（第11片可收葉）葉長5 cm時標(biāo)記葉片并記為葉齡0 d，之后分別在葉齡10、20、40和73 d（采收）時取樣。

組織結(jié)構(gòu)測定：在所取葉片從葉尖數(shù)第6～8條側(cè)脈間用直徑 1 cm的打孔器打孔，每重復(fù)各取 3株，主脈兩側(cè)各打1片。取樣時間為上午9∶00—10∶00，取樣后迅速將組織放入含有70%乙醇的FAA固定液中固定并保存，后期采用石蠟切片法制片，番紅固綠對染，LEICA攝影顯微鏡觀察并拍照，F(xiàn)W400圖像分析軟件測量組織厚度及單位長度柵欄細(xì)胞個數(shù)。

柵欄組織細(xì)胞密度=柵欄組織細(xì)胞個數(shù)/觀測長度（mm）。

組織比=柵欄組織厚度/海綿組織厚度。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步整理，SAS 9.2進(jìn)行裂區(qū)設(shè)計的方差分析，其中多重比較采用Duncan法。

2 結(jié) 果

2.1 葉齡對中部葉片組織結(jié)構(gòu)的影響

對不同葉齡的全部處理葉片結(jié)構(gòu)做方差分析，結(jié)果如表1所示，葉片生長過程中葉片厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、葉面積均隨葉齡增加而增大，其中葉片厚度的變化比較均勻，柵欄組織厚度和海綿組織厚度在10～20 d增加最快，之后速度變緩，而葉面積在20～40 d增加明顯。上表皮厚度在10～20 d略有增加，之后并沒有明顯變化。組織比隨時間的變化規(guī)律不顯著。柵欄細(xì)胞密度隨葉齡增加有降低的趨勢，20 d時柵欄細(xì)胞體積增大，柵欄細(xì)胞間隙擴(kuò)展，柵欄細(xì)胞密度顯著下降；73 d時由于葉片衰老，部分柵欄細(xì)胞降解，柵欄細(xì)胞密度再次出現(xiàn)下降。而比葉重表現(xiàn)出上升-下降-上升的規(guī)律，這可能是由于葉片發(fā)育過程中葉面積和葉干重增長速度不一致造成的。

表1 中部葉不同葉齡葉片的組織結(jié)構(gòu)Table 1 The change of middle leaves tissue structures with different leaf ages

2.2 種植密度對中部葉片組織結(jié)構(gòu)的影響

從表 2可以看出，在同一生育期，葉片厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、葉面積、比葉重均為A1＞A2＞A3，即上述參數(shù)隨種植密度的增加呈降低趨勢。葉厚、葉面積各時期A1顯著高于A3；柵欄組織厚度10 d時差異不顯著，10 d之后A1均大于A3；海綿組織厚度10 d時3個密度處理間差異顯著，10 d之后A1均大于A3；比葉重除10 d時A1和A2之間差異不顯著，73 d時A2和A3之間差異不顯著外，其余處理間均達(dá)到顯著水平。上表皮厚度在40 d時A3處理較低，而其他時期密度對上表皮厚度的影響并不明顯。10 d時由于各處理柵欄組織厚度之間沒有差異，組織比主要受海綿組織厚度影響，表現(xiàn)為A3＞A2＞A1，之后各處理間沒有顯著差異。10 d時各處理柵欄細(xì)胞密度差異不顯著，之后柵欄細(xì)胞密度隨種植密度的降低而降低，說明較低種植密度下生長的葉片細(xì)胞間隙較大，結(jié)構(gòu)較為疏松。

2.3 施氮量對中部葉片組織結(jié)構(gòu)的影響

從表3可以看出，施氮量對葉片厚度、海綿組織厚度和葉面積影響較大，各時期B1處理均顯著高于B2處理。施氮對上表皮厚度影響較小，處理之間沒有顯著差異。柵欄組織厚度在10、20 d沒有顯著差異，而在40、73 d B1顯著大于B2處理，說明氮素在葉片中后期促進(jìn)了柵欄細(xì)胞的伸長生長。組織比在10 d時B2顯著大于B1，20～40 d沒有顯著差異，73 d時B1顯著大于B2，B1后期組織比的升高與其柵欄細(xì)胞的伸長生長有關(guān)。與10 d時不同種植密度間柵欄細(xì)胞密度沒有差異不同，10 d時B1處理的柵欄細(xì)胞密度顯著高于B2處理，說明氮素促進(jìn)了前期柵欄細(xì)胞的分裂；20 d后B1處理開始低于B2處理，表明氮素同樣促進(jìn)了細(xì)胞間隙發(fā)育，降低了柵欄細(xì)胞密度。比葉重隨施氮量的增加而增加，其中20 d和73 d時B1顯著大于B2。

表2 種植密度對不同葉齡中部葉片組織結(jié)構(gòu)的影響Table 2 Effects of planting density on middle leaf tissue structures at different leaf ages

表3 施氮量對不同葉齡中部葉片組織結(jié)構(gòu)的影響Table 3 Effects of N application amount on middle leaf tissue structures at different leaf ages

2.4 種植密度與施氮量互作效應(yīng)

從表4可以看出，10～73 d，種植密度、施氮量兩因素對葉片厚度、海綿組織厚度和葉面積影響顯著或極顯著，對上表皮厚度無顯著影響；柵欄組織厚度在20 d后受種植密度顯著影響，40 d后受施氮量的極顯著影響，施氮量對柵欄組織厚度的效應(yīng)晚于密度效應(yīng)出現(xiàn)；柵欄細(xì)胞密度在10 d后受施氮量顯著影響，20 d后受種植密度顯著影響，施氮量對柵欄細(xì)胞密度的效應(yīng)早于密度效應(yīng)出現(xiàn)。從10 d到73 d，比葉重一直受種植密度的極顯著影響，施氮量對比葉重的影響在10 d和40 d時不顯著，種植密度是影響比葉重的主要因素。

不同時期的中部葉片組織結(jié)構(gòu)還受兩因素交互作用的影響：葉片厚度在10 d、73 d時受兩因素交互作用的顯著影響；海綿組織厚度在10 d時受交互作用的極顯著影響；柵欄組織厚度、組織比在73 d時受交互作用的極顯著影響；葉面積受交互作用對的作用強(qiáng)度隨著葉齡的增加而逐漸明顯，在10 d時沒有顯著影響，20 d時有顯著影響，40 d后有極顯著影響；除40 d外，交互作用對比葉重有顯著至極顯著影響；交互作用對上表皮厚度、柵欄細(xì)胞密度影響不顯著。進(jìn)一步計算發(fā)現(xiàn)增加施氮量可以促進(jìn)低密度對葉片生長的促進(jìn)作用：以40 d時葉面積為例，低施氮量下，A3的葉面積比A2高5.17%，A2的葉面積比 A1高 4.25%，而高施氮量下，A3的葉面積比A2高15.52%，A2的葉面積比A1高8.22%；降低種植密度可以促進(jìn)增加施氮量對葉片生長的促進(jìn)作用：在高、中、低密度下，B2葉面積分別比B1高1.89%、11.91%和16.17%。降低種植密度和增加施氮量對葉面積的生長是相互促進(jìn)的，葉片厚度、海綿組織厚度、組織比和比葉重之間也有相同的規(guī)律。

3 討 論

合理的種植密度和施氮量一直是煙草優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)研究中的一項熱點(diǎn)話題，兩者都會對群體和個體性狀產(chǎn)生影響[26]。智磊等[27]的研究表明，葉片組織結(jié)構(gòu)受密度和施氮量影響顯著，而賀國強(qiáng)[28]研究表明，種植密度對葉片組織結(jié)構(gòu)沒有顯著影響。本試驗結(jié)果表明，葉厚、柵欄組織厚、海綿組織厚、組織比、葉面積和比葉重均受種植密度和施氮量的顯著影響。另外本研究還發(fā)現(xiàn)，種植密度和施氮量對不同葉齡葉片的影響表現(xiàn)出先后和程度的差異。中部葉葉齡10 d時施氮可以促進(jìn)柵欄細(xì)胞橫向分裂，但其伸長沒有受到種植密度和施氮量的顯著影響，此時葉厚的差異主要由海綿組織的差異造成，低密度和高施氮量促進(jìn)了海綿組織海綿化，海綿組織厚度隨之增加。葉厚、柵欄組織厚在葉齡20 d后開始表現(xiàn)出顯著的密度效應(yīng)，原因可能是此時上部葉、中部葉已生長到一定面積，各密度處理群體間遮陰程度的差異開始明顯，而柵欄組織內(nèi)含大量葉綠體，是進(jìn)行光合作用的主要部位。光對葉片的影響也可以從比葉重看出，比葉重是衡量葉片光合作用性能的一個參數(shù)，受光輻射較少的葉片往往有較小的比葉重[29]。本試驗中10～40 d內(nèi)比葉重受施氮量影響不顯著而受種植密度影響顯著，隨種植密度的升高而降低。采收時葉片厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、葉面積和比葉重均隨施氮量的增加和種植密度的降低而增大，柵欄細(xì)胞密度隨施氮量的增加和種植密度的降低而減小。葉片厚度、柵欄組織厚度、組織比、葉面積、比葉重均表現(xiàn)出顯著的氮密互作效應(yīng)，在一定范圍內(nèi)密度越低，施氮的效果越顯著，葉片組織厚度和葉面積、比葉重增長幅度越大，這與張喜峰等[19]的研究結(jié)果一致。

王寶華[30]、強(qiáng)繼業(yè)[31]通過對不同品種的煙葉組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，指出柵欄組織厚度、組織比、柵欄組織厚度/葉片厚度是衡量葉片組織結(jié)構(gòu)好壞的可靠指標(biāo)，其值越高的品種，煙葉品質(zhì)越佳。吳雪[32]的研究也表明，煙葉組織比可以用來判斷烤后煙葉質(zhì)量，同一分類特征下，隨組織比提高，煙葉等級逐級遞增。但也有研究表明，增加施氮量和降低種植密度雖然提高了柵欄組織厚度和組織比，但其品質(zhì)反而變差，最佳化學(xué)品質(zhì)和感官質(zhì)量評價出現(xiàn)在適中密度和較低施氮量的條件下[33]。因此，柵欄組織厚度、組織比、柵欄組織厚度/葉片厚度等指標(biāo)高并不一定表明煙葉品質(zhì)優(yōu)，其可作為衡量煙葉質(zhì)量的指標(biāo)必須與生產(chǎn)的實(shí)際相結(jié)合，種植密度過低、施氮量過高反而不利于煙葉品質(zhì)的提高。本研究中，施氮量較高和密度較低的處理其柵欄組織厚度、組織比、柵欄組織厚度/葉片厚度等較大，但并未明確其與煙葉品質(zhì)的關(guān)系，需進(jìn)一步研究。

表4 不同種植密度和施氮量下中部葉片組織結(jié)構(gòu)P值Table 4 P values of middle leaf tissue structures with different N application amount

前人研究[34-35]發(fā)現(xiàn)，施氮量對烤煙生育期會產(chǎn)生影響，施氮過多會推遲生育期。由于本試驗73 d時統(tǒng)一采收中部葉片，不同處理中部葉片成熟度會有所差異，73 d不能代表同一成熟度的葉片，兩因素對成熟度的具體影響還有待細(xì)化后期取樣時間做進(jìn)一步分析。此外，本試驗各種植密度處理間差距較小，密度變化范圍較窄，種植密度差異較大的條件下密度對煙草葉片組織結(jié)構(gòu)的影響需要進(jìn)一步驗證。

4 結(jié) 論

種植密度、施氮量及其互作效應(yīng)對中部葉片組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了顯著影響，增加施氮量和降低種植密度增加了煙草葉片厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度和葉面積，降低了柵欄細(xì)胞密度。各因素對葉片結(jié)構(gòu)影響強(qiáng)度表現(xiàn)出葉齡上的差異，施氮量對柵欄細(xì)胞密度的影響早于種植密度，對柵欄組織厚度的影響晚于種植密度。葉面積、葉片厚度、柵欄組織厚度、組織比、比葉重受交互作用影響顯著，低種植密度和高施氮量間有正交互作用，增加施氮量的同時降低種植密度容易使葉片過厚。只有兼顧種植密度和施氮量，充分利用兩因素的互作效應(yīng)，才能改善葉片結(jié)構(gòu)，提高煙葉品質(zhì)。

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