5種外源活性物質(zhì)促進烤煙增產(chǎn)提質(zhì)的機制研究

卜令鐸，李江舟，張立猛，計思貴*，李天福(. 云南省煙草公司玉溪市公司，云南 玉溪 65300；. 云南省煙草農(nóng)業(yè)科學研究院，云南 昆明 6500)

【研究意義】煙草根系作為固著器官、吸收器官、重要的合成器官，其生長發(fā)育狀況直接關系煙株形態(tài)建成和干物質(zhì)累積[1]，合理有效調(diào)控根系生長發(fā)育，是確保煙株田間生長發(fā)育，破解連作障礙，提高煙株抗逆和煙葉產(chǎn)量的重要途徑[2]。單純通過栽培措施改善煙草根系的研究進展緩慢，迫切需要輔助外源調(diào)控措施，以有效促進煙草根系早生快發(fā)。【前人研究進展】近年來，通過外源添加活性物質(zhì)調(diào)控烤煙根系的研究陸續(xù)開展，開發(fā)了多種有效的外源調(diào)節(jié)劑，如蘋果酸、生根粉、膨脹素、復硝酚鈉、海藻酸鈉、生物菌劑等[3]，大大提升了烤煙根系調(diào)控成效。然而，多種煙用調(diào)節(jié)劑的適用性和在各煙區(qū)的應用效果良莠不齊[4]，必須在具體植煙條件下對調(diào)節(jié)劑的促生效果進行評價和篩選?！颈狙芯壳腥朦c】本研究選取玉溪市烤煙主栽品種開展盆栽試驗，對5種能夠有效促進烤煙根系生長發(fā)育的外源活性物質(zhì)進行評價。【擬解決的關鍵問題】旨在篩選玉溪煙區(qū)最有效的根系調(diào)控物質(zhì)，完善烤煙根系調(diào)控技術提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗布置

1.1.1 試驗地點 盆栽試驗于2015年5-9月在玉溪市紅塔區(qū)馬橋實驗基地種植大棚內(nèi)進行。

1.1.2 試驗材料 選擇玉溪市主栽烤煙品種K326，漂浮育苗65 d煙苗用于盆栽試驗；肥料為玉溪烤煙專用復合肥N︰P︰K=12︰6︰24(N，P2O5，K2O， %)和硫酸鉀(K2O，50 %)；土壤為紅壤，從玉溪市紅塔區(qū)高倉鎮(zhèn)龍樹村煙田耕層(0～30 cm)獲取，pH6.02，有機質(zhì)14.9 g/kg，有效氮36.07 mg/kg，有效磷3.81 mg/kg，有效鉀66.15 mg/kg，經(jīng)風干并過1.0 mm網(wǎng)篩。試驗所用盆缽為PVC花盆，盆高30 cm、直徑40 cm，每盆裝土20 kg。

1.2 試驗方法

1.2.1 水肥管理 統(tǒng)一施肥量為純N 6 g/盆、P2O53 g/盆、K2O 18 g/盆，按照當?shù)貎?yōu)質(zhì)烤煙施肥管理方法進行。試驗期間采用人工稱重補水，統(tǒng)一保持盆土相對含水量為70 %～75 %。

1.2.2 試驗設計 試驗設置蘋果酸酸(T1)、生根粉(T2)、復硝酚鈉和海藻酸鈉混合劑(T3)、解淀粉芽孢桿菌FZB42(T4)、膨脹素(T5)等5個外源活性物質(zhì)添加處理，以不添加外源活性物質(zhì)為對照(CK)，共6個處理，每個處理50盆，共300盆，每盆栽煙1株。每種促根劑于煙株移栽時，溶于1.0 kg/盆定根水灌根施入，對照(CK)灌入清水(表1)。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀測定 各處理選取其長勢均勻的代表性株煙，參考《YC/T 142-1998 煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查方法》，分別于團棵期和現(xiàn)蕾期對株高、莖圍、有效葉數(shù)、最大葉長、最大葉寬等農(nóng)藝性狀進行測定，每個處理重復10次。

1.3.2 烤煙根系樣品采集分析 于團棵期和現(xiàn)蕾期，每個處理選取5盆代表性煙株，連土整盆完整倒出，用水沖凈泥土，獲得各處理煙株完整根系。參照顧東祥等(2010)的方法[5]，通過高精度數(shù)字化掃描儀(Epson Expression V700)對烤煙根系進行掃描，采用WinRHIZO 根系分析系統(tǒng)軟件(Regent Instruments Canada Inc.)分析，獲得各處理烤煙單株總根長、平均直徑、根體積、以及根表面積，每個處理根系樣品于室內(nèi)105 ℃殺青15 min，60 ℃烘干，稱取單株干重。

1.3.3 煙株樣品采集分析 于團棵期、現(xiàn)蕾期根系采集的同時，每個處理取5個地上部整株樣品，分煙葉和煙桿兩部分，于室內(nèi)105 ℃殺青15 min，60 ℃烘干，稱取各部分干重。

1.3.4 煙葉產(chǎn)量統(tǒng)計 煙葉采收后，記錄各處理單株煙葉產(chǎn)量，按照1.65萬株/hm2折合煙葉產(chǎn)量。

1.3.5 煙葉品質(zhì)測定 采收后對各處理煙葉內(nèi)在化學成分進行測定，總糖含量參照YC/T 159-2002；煙堿含量參照YC/T160-2002；總氮含量參照YC/T161-2002；總鉀含量參照YC/T217-2007的方法進行測定。

1.4 統(tǒng)計分析方法

數(shù)據(jù)處理采用 Excel 2010，方差分析采用SPSS17.0 軟件分析，差異顯著水平為95 %(P<0.05)，新復極差法(Duncan)進行多重比較，統(tǒng)計結果采用Sigma plot 10進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 外源活性物質(zhì)對烤煙根系發(fā)育的影響

烤煙團棵期對各處理單株的總根長、平均根直徑、根表面積、總根體積4個主要參數(shù)分析表明(圖1)，各外援物質(zhì)添加處理均能在一定程度上促進烤煙根系生長發(fā)育。與對照相比，添加蘋果酸(T1)和生根粉(T2)處理顯著提高了根長、根表面積、根直徑和根體積(P<0.05)。復硝酚鈉和海藻酸鈉混合劑(T3)和FZB42菌劑(T4)處理促根效果最為顯著，4個根系參數(shù)均大幅提高(P<0.01)，其中總根長分別增加68 %和76 %，根表面積分別增加183 %和2.31 %左右，平均根直徑均增加63 %左右，總根體積增幅最大，分別為4和5倍左右。膨脹素(T5)處理總根長、根表面積和根直徑分別高于對照53 %、52 %和30 %左右，而總根體積提高3倍左右。各外源物質(zhì)處理間，以添加FZB42菌劑(T4)處理對團棵期的促根效果最明顯。

表1 盆栽試驗設計Table 1 Plots experimental design

a：總根長，b：根表面積，c：根直徑，d：根體積a: Root length, b: Root surface area, c: Root diameter, d: Root volume圖1 外源活性物質(zhì)對烤煙團棵期根系參數(shù)的影響Fig.1 Effect of exogenous active substances on tobacco root parameters in rosette stage

a：總根長，b：根表面積，c：根直徑，d：根體積a: Root length, b: Root surface area, c: Root diameter, d: Root volume圖2 外源活性物質(zhì)對煙株現(xiàn)蕾期單株根系參數(shù)的影響Fig.2 Effect of exogenous active substances on tobacco root parameters in squaring stage

現(xiàn)蕾期煙株根系參數(shù)與團棵期有所不同(圖2)，蘋果酸(T1)、生根粉(T2)處理的總根長、根表面積和根系平均直徑3個參數(shù)與CK均無明顯差異(P<0.05)，生根粉(T2)處理總體積低于CK；復硝酚鈉與海藻酸鈉混合劑(T3)總根長、根表面積和總根體積比CK分別提高了33 %、100 %和138 %左右，根直徑與CK無差異；FZB42菌劑(T4)和膨脹素(T5)處理各根系參數(shù)均顯著高于CK(P<0.05)，總根長增幅分別為32 %和24 %，根表面積增幅分別為110 %和26 %，根直徑增幅分別為9 %和11 %，總根體積增幅分別為94 %和67 %。

2.2 外源活性物質(zhì)對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

與CK相比(表2)，團棵期各外源物質(zhì)添加處理煙株農(nóng)藝性狀有所提高，而總體增幅較小。添加蘋果酸(T1)和生根粉(T2)處理的株高略有增加，其他農(nóng)藝性狀與CK基本相同；復硝酚鈉與海藻酸鈉混合劑(T3)和FZB42菌劑(T4)處理各農(nóng)藝性狀顯著高于CK；膨脹素(T5)處理莖圍和最大葉長略有增加，其他農(nóng)藝性狀與CK無差異。

表2 外源活性物質(zhì)對烤煙團棵期農(nóng)藝性狀的影響Table 2 Effect of exogenous active substances on tobacco agronomic characters in rosette stage

注: 不同字母表示差異達5 %水平，下同。

Note: Different letters meant significant at 5 % level. The same as below.

現(xiàn)蕾期各處理煙株農(nóng)藝性狀出現(xiàn)不同程度的差異(表3)。與CK相比，添加蘋果酸(T1)和生根粉(T2)的株高和最大葉長下降，其他指標無顯著差異；復硝酚鈉與海藻酸鈉混合劑(T3)、FZB42菌劑(T4)、膨脹素(T5)各農(nóng)藝性狀均顯著高于CK(P<0.05)，以T4和T5增幅最大。

2.3 外源活性物質(zhì)對煙株干物質(zhì)積累與分配的影響

外源活性物質(zhì)處理后，團棵期和現(xiàn)蕾期煙株根、莖、葉的干物質(zhì)積累和分配有所差異(圖3)，與CK相比，經(jīng)各外源物質(zhì)添加處理的煙株團棵期根、莖、葉的干物質(zhì)積累總量均有不同程度的增加(圖3A)，除蘋果酸(T1)增加不顯著外，其他處理干物質(zhì)積累總量均顯著高于CK(P<0.05)，以FZB42菌劑(T4)增幅最大，其根、莖、葉干物質(zhì)積累量均顯著高于CK(P<0.01)。

表3 外源活性物質(zhì)對烤煙現(xiàn)蕾期農(nóng)藝性狀的影響Table 3 Effect of exogenous active substances on tobacco agronomic characters in squaring stage

圖3 外源活性物質(zhì)對煙株干物質(zhì)積累與分配的影響Fig.3 Effect of exogenous active substances on tobacco dry matter accumulation and distribution

現(xiàn)蕾期(圖3B)，煙葉干物質(zhì)積累量所占比例有所下降，處理間干物質(zhì)積累量的差異較團棵期有所增大。添加蘋果酸(T1)和生根粉(T2)的煙株干物質(zhì)積累量顯著低于CK(P<0.05)，根、莖的干物質(zhì)積累量下降比例高于煙葉。添加復硝酚鈉與海藻酸鈉混合劑(T3)、FZB42菌劑(T4)、膨脹素(T5)煙株干物質(zhì)總量顯著高于CK(P<0.01)，以T4增幅最大，干物質(zhì)總量增幅達60 %左右，根、莖增幅大于煙葉；T3和T5總干物質(zhì)增幅分別為30 %和40 %左右，根和莖的干物質(zhì)增加量高于煙葉。

a：總根長，b：根表面積，c：根直徑，d：根體積a: Root length, b: Root surface area, c: Root diameter, d: Root volume圖4 烤煙團棵期根系參數(shù)與煙葉干物質(zhì)積累量回歸分析Fig.4 Regression analysis between root parameters and leaf dry matter communication in tobacco rosette stage

a：總根長，b：根表面積，c：根直徑，d：根體積a: Root length, b: Root surface area, c: Root diameter, d: Root volume圖5 烤煙現(xiàn)蕾期根系參數(shù)與煙葉干物質(zhì)積累量回歸分析Fig.5 Regression analysis between root parameters and leaf dry matter communication in tobacco squaring stage

表4 不同外源活性物質(zhì)對烤煙產(chǎn)量和煙葉內(nèi)在化學成分的影響Table 4 Effect of exogenous active substances on tobacco yield and the intrinsic chemical composition in tobacco leaves

2.4 根系參數(shù)與煙葉總干物質(zhì)積累的關系

烤煙團棵期根系參數(shù)與煙葉干物質(zhì)積累量回歸分析結果表明(圖4)，團棵期總根長(R2=0.90，P<0.01)、根表面積(R2=0.92，P<0.01)、根直徑(R2=0.79，P<0.05)和根體積(R2=0.95，P<0.01)均與煙葉干物質(zhì)積累量呈顯著正相關?？緹煬F(xiàn)蕾期根系參數(shù)與煙葉干物質(zhì)積累量與團棵期有所不同(圖5)，總根長(R2=0.94，P<0.01)、根表面積(R2=0.84，P<0.05)和總根體積(R2=0.78，P<0.05)均與煙葉產(chǎn)量呈顯著正相關，而根系直徑與煙葉干物質(zhì)積累無相關性。

2.5 外源活性物質(zhì)對烤煙產(chǎn)量和內(nèi)在成分的影響

與CK相比(表4)，添加蘋果酸(T1)和生根粉(T2)處理煙葉產(chǎn)量略有降低，但未達顯著水平；而煙葉中的煙堿、總糖、總氮含量以及糖堿比顯著低于CK，煙葉鉀含量和氮堿比無顯著差異。添加復硝酚鈉與海藻酸鈉混合劑(T3)、FZB42菌劑(T4)的煙葉產(chǎn)量顯著高于CK，產(chǎn)量增幅分別為20.8 %和28.1 %，以T4煙葉產(chǎn)量最高，2個處理間無顯著差異；與CK相比，2個處理煙葉的煙堿、總糖、總氮和總鉀含量顯著提高，而煙葉糖堿比和氮堿比顯著下降。相比CK，膨脹素(T5)產(chǎn)量增加17.1 %，除煙堿含量無明顯變化外， 總糖、總氮和總鉀含量顯著提高煙葉糖堿比和氮堿比顯著下降。

3 討 論

據(jù)研究報道，蘋果酸和生根粉作為煙草促根劑[6-7]，適量的灌根能夠有效提高根系活力，促進根系和地上部生長[8-9]。本研究采用玉溪典型土壤和烤煙主栽品種，通過移栽期灌根施入蘋果酸和生根粉，對烤煙還苗階段(移栽-團棵)根系生長有一定的促進作用，而對烤煙中后期生長無明顯促進作用甚至有抑制作用。因濃度偏高的蘋果酸施入，有效提高烤煙生長前期根部硝酸還原酶活性，促進烤煙對氮素的吸收利用，也增加土壤氮素的損失量[10-11]，影響煙株中后期生長；生根粉施用濃度一般為50×10-6以下，采用速蘸法、浸泡法、粉劑處理法和葉面噴施等施用[12-13]，本研究以50×10-6濃度灌根，導致烤煙根系和煙株生長發(fā)育受阻，試驗結果與前期報道有所不同可能是因為施用方法不同所致，需通過進一步試驗加以驗證。

復硝酚鈉、海藻酸鈉和解淀粉芽孢桿菌FZB42作為煙草促生劑的效果已被大量研究和實踐證明[14-15]。本研究采用復硝酚鈉與海藻酸鈉的混合劑和解淀粉芽孢桿菌FZB42在移栽期灌根，能持續(xù)促進煙草根系和地上部生長，顯著提高煙葉產(chǎn)量。因海藻酸鈉可促進土壤團粒結構形成，增加煙草根際有益微生物數(shù)量，復硝酚鈉是強力細胞賦活劑，通過改變內(nèi)源激素發(fā)生調(diào)節(jié)根系生長，二者結合可顯著促進根系生長[14]；解淀粉芽孢桿菌FZB42 是PGPR類微生物菌能夠快速定殖[16]，產(chǎn)生促進根系生長發(fā)育的氨基酸和脂類，代謝產(chǎn)生的生物酶可快速活化土壤養(yǎng)分[17]，促進養(yǎng)分吸收利用，加速烤煙根系生長。研究證明，可作為玉溪煙區(qū)烤煙根系調(diào)控的有效措施，與復硝酚鈉和海藻酸鈉的混合劑相比，解淀粉芽孢桿菌FZB42具有經(jīng)濟、綠色、安全、應用效果穩(wěn)定的特點，能持續(xù)促進煙草根系和地上部生長發(fā)育，是玉溪煙區(qū)烤煙根系調(diào)控的首選措施。

膨脹素能顯著促進烤煙團棵期根系生長，因膨脹素可通過短時間的可逆非水解方式直接作用于細胞壁，促進細胞壁的快速松弛，實現(xiàn)根系細胞的快速膨脹[18]。烤煙生長中后期，膨脹素處理根長增幅較大，而根系表面積和體積增幅相對較小，可能是膨脹素能夠持續(xù)促進根系細胞的松弛，對促進烤煙次生根發(fā)吐的作用較弱。移栽期外源膨脹素施入能夠持續(xù)促進根系伸長生長，提高了煙株物質(zhì)積累和產(chǎn)量。膨脹素灌根可作為玉溪煙區(qū)烤煙根系調(diào)控的有效措施，相比復硝酚鈉與海藻酸鈉的混合劑和解淀粉芽孢桿菌FZB42，作為烤煙促根劑的應用價值相對較低。

據(jù)研究報道，煙草根系性狀決定著煙株生長和產(chǎn)量形成[1]，根長、根量及根干物質(zhì)重與株高、葉數(shù)、莖葉干重均呈顯著正相關[19]。本研究回歸分析表明，煙草團棵期和現(xiàn)蕾期總根長、根表面積和根體積均與煙葉干物質(zhì)積累量呈顯著正相關，以總根長與煙葉干物質(zhì)積累量相關度最高。外源活性物質(zhì)的促生、增產(chǎn)效果主要是通過促進根系伸長或增加根系條數(shù)顯著提高根系總長長度，從而增加根系表面積和根體積，實現(xiàn)地上部早發(fā)快長。復硝酚鈉與海藻酸鈉混合劑、以及解淀粉芽孢桿菌FZB42菌劑在烤煙移栽期灌根，能大幅度促進煙草根系總長的增加，顯著促進煙葉生長和干物質(zhì)積累，直接影響了煙葉產(chǎn)量的提高。

研究表明，外源施入低濃度蘋果酸和生根粉可有效協(xié)調(diào)煙葉化學成分，煙葉總氮、煙堿增加，總糖和糖堿比降低，本研究采用蘋果酸和生根粉烤煙移栽期灌根，煙葉的煙堿、總糖、總氮和總鉀含量均有所降低，可能是外源物質(zhì)施入濃度較高，導致土壤氮素損失，在一定程度上限制了烤煙生長中后期根系的養(yǎng)分吸收和轉化；而糖堿比和氮堿比的降低說明，二者在協(xié)調(diào)煙葉化學成分上具有一定作用。采用復硝酚鈉與海藻酸鈉混合劑、解淀粉芽孢桿菌FZB42和膨脹素處理，煙葉的煙堿、總糖、總氮和總鉀含量均有所提高，同時，糖堿比和氮堿比降低，說明，3種外源物質(zhì)灌根施入能促進根系對土壤養(yǎng)分的吸收和利用，有效協(xié)調(diào)了煙葉化學成分，提高煙葉品質(zhì)。因此，F(xiàn)ZB42灌根既可以保證煙葉增產(chǎn)和提質(zhì)的效果，又可降低使用成本，確保應用全過程的綠色、安全，可作為玉溪煙區(qū)烤煙促根、增產(chǎn)、提質(zhì)的首選微生物菌劑。

4 結 論

復硝酚鈉與海藻酸鈉混合劑和FZB42菌劑有效提高并持續(xù)保持較大的煙株根長，是外源物質(zhì)促進烤煙增產(chǎn)、提質(zhì)的關鍵，解淀粉芽孢桿菌FZB42菌劑可作為玉溪煙區(qū)根系調(diào)控的首選措施，研究結果為玉溪煙區(qū)烤煙根系調(diào)控技術提供參考。

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