株距對煙苗生長發(fā)育的影響

許 娜，王大海，杜傳印，杜沙沙，王曉萌，張 彥，張玉琴，吳元華，管恩森，石 屹，*

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 煙草研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部煙草生物學(xué)與加工重點實驗室，山東 青島 266101；2. 山東濰坊煙草有限公司，山東 濰坊 261205；3.云南省煙草公司紅河州公司，云南 紅河哈尼族彝族自治州 652399)

株距對作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量有影響[1]。作物的主莖是維管系統(tǒng)的主要組成部分，主要起到養(yǎng)分運輸、儲存與支撐作用。株距過大，作物主莖粗且短，容易導(dǎo)致營養(yǎng)生長過剩，使作物體內(nèi)養(yǎng)分分配不協(xié)調(diào)；株距過小，則作物主莖細且長，會對主莖的支撐和養(yǎng)分運輸能力產(chǎn)生影響[2-3]。株距可以通過影響作物的形態(tài)指標和各個器官的發(fā)育來影響各個器官的養(yǎng)分運輸、分配與儲存，合理的株距條件下，作物的株型和源-流-庫關(guān)系更為協(xié)調(diào)[4]。

煙草苗期是從種子萌發(fā)到成苗的時期，是煙株全生育期中的關(guān)鍵時期之一，培育適期、適齡、無病、健壯、形體大小適宜的煙苗，是整個煙草栽培過程中的關(guān)鍵。正常發(fā)育的煙苗健壯、形體大小適宜、環(huán)境適應(yīng)性和抗逆能力強[5-6]。成苗期壯苗特征是7～8片真葉，莖高10～15 cm、莖圍1.8～2.2 cm，葉色正綠，莖稈韌性強，無病，根系發(fā)達、須根多、根群密集在10 cm左右土層內(nèi)，整齊均勻[7-8]。

目前，我國煙草育苗方式較多，主要有漂浮育苗、濕潤托盤育苗、營養(yǎng)袋(缽)育苗、沙培漂浮育苗等[9]。株距對煙苗生長發(fā)育影響的研究主要采用漂浮育苗的方式，研究不同規(guī)格育苗盤對煙苗生長發(fā)育的影響[10-16]。不同株距對煙苗群體結(jié)構(gòu)，以及各部位煙葉葉面積、各節(jié)節(jié)距、莖半徑和莖解剖結(jié)構(gòu)的深入研究尚未見報道。本研究采用托盤育苗的方法，研究了相同根際空間條件下，不同株距處理的煙苗群體結(jié)構(gòu)，以及根、莖、葉的形態(tài)發(fā)育情況和相關(guān)生理指標，旨在闡明株距對煙苗生長發(fā)育的影響，為探索形成煙苗協(xié)調(diào)株型的株距條件提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2018年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所溫室內(nèi)進行，育苗土為沃德牌育苗基質(zhì)，pH 5.5，腐殖酸含量≥5.0%，有機質(zhì)含量≥25.0%，水分質(zhì)量分數(shù)≤20.0%?？緹熎贩N為K326，由國家農(nóng)作物種質(zhì)資源平臺煙草種質(zhì)資源子平臺(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所)提供。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

將包衣種子點播于育苗盤中，于小十字期假植于試驗托盤(長61 cm×寬42 cm×深10 cm)。試驗為不同株距的單因素試驗，地下根際空間均為90 cm3，共3個處理，M1、M2、M3，其地上株距分別為3、6、9 cm。

1.2.2 測定方法

發(fā)育情況調(diào)查：記錄煙苗各發(fā)育時期，小十字期后記錄每片真葉發(fā)生日期和相鄰煙苗葉片接觸時間。

農(nóng)藝性狀調(diào)查：假植后2周，每周調(diào)查各處理葉面積指數(shù)(葉面積指數(shù)為單位地面積上所有葉子表面積的總和)[17]。成苗期調(diào)查各處理煙苗莖高，各節(jié)莖直徑、節(jié)距，以及各葉片長、寬[18]。使用Epson Expression 11000XL根系分析系統(tǒng)調(diào)查根系發(fā)育情況。

生理指標測定：使用美國Li-6400便攜式光合測定儀，測定光合指標。根據(jù)舒展等[19]的方法測定葉綠素含量。根據(jù)李合生[20]的方法測定根系活力。

圖像信息采集：成苗期用數(shù)碼相機采集煙苗圖像信息。

莖結(jié)構(gòu)分析：成苗期對各處理煙苗最粗節(jié)進行徒手切片，采用快速雙重染色液對切片染色，采用LEICA數(shù)字式生物顯微鏡觀察并在10倍鏡下拍照，通過FW400圖像分析軟件測量各解剖結(jié)構(gòu)參數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理和作圖。試驗數(shù)據(jù)采用SAS 9.2進行單因素方差分析，表中所示數(shù)值為平均值±標準誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同株距對煙苗整體長勢的影響

如圖1所示，成苗期不同株距處理葉片均為上、下部位小，中間部位大，屬于腰鼓型。單株長勢M1處理最弱，葉片數(shù)最少，各部位葉片小于其他處理，莖細長且直。隨株距增加，莖高減小，莖直徑增粗，葉片數(shù)增多，各對應(yīng)部位葉片呈增大趨勢。

圖1 不同株距煙草成苗期的長勢(2018-07-02)Fig.1 Growth situation of tobacco seedlings under different plant spacing treatments (2018-07-02)

2.2 不同株距對煙苗葉片發(fā)育的影響

2.2.1 新生葉片發(fā)生日期

于小十字期假植，假植日期為5月28日。表1結(jié)果表明，第5片真葉長出之前，不同株距處理新生葉片發(fā)生速度一致，從第5片真葉發(fā)生開始，不同株距處理的新生葉片發(fā)生速度出現(xiàn)差異。M1處理在長出第5片真葉時，新生真葉的時間開始遲于M2和M3處理，隨著生育期的延長，新生葉發(fā)生速度與其他處理之間差異大于2 d，長出第8片真葉后10 d內(nèi)未有新生葉片長出。M2處理在長出第8片真葉時，新生真葉時間開始遲于M3處理，在長出第10片葉后3 d內(nèi)未有新生葉片長出。M1、M2、M3處理相鄰煙苗葉片接觸日期分別為6月8日、6月16日和6月17日，相鄰煙苗葉片交疊分別發(fā)生于第5、7、7片葉片出現(xiàn)之前。可見，隨著相鄰煙株葉片接觸程度加大，新葉發(fā)生減緩，M1處理出現(xiàn)新生葉發(fā)生停滯現(xiàn)象。

2.2.2 葉面積指數(shù)

由圖2可知，整個苗期不同株距處理葉面積指數(shù)隨煙株發(fā)育而呈增加趨勢。M1處理葉面積指數(shù)顯著大于M2和M3處理，各取樣時期M1處理的葉面積指數(shù)分別是M2處理的4.7、2.5、3.2、3.0倍，是M3處理的8.9、4.2、5.8、4.8倍，說明株距越小，葉面積指數(shù)越大。

2.2.3 葉面積與最大葉長、寬

由圖3可知，不同株距處理的煙苗隨著株距變大葉片數(shù)量均呈增多趨勢，株距處理未改變煙苗株型。第5葉位各處理葉面積差異不顯著；第4、6葉位M2和M3處理葉面積差異不顯著，但顯著大于M1處理；第7葉位M3處理葉面積顯著大于M1和M2處理。第4節(jié)M2和M3處理葉面積分別是M1處理的1.6和1.2倍；第6節(jié)M2和M3處理葉面積分別是M1處理的1.3和1.5倍；第7節(jié)M3處理葉面積分別是M1和M2處理的2.7和2.2倍。以上結(jié)果說明，適當(dāng)增加株距更有助于葉片的發(fā)育，生長后期煙苗發(fā)育空間受限可導(dǎo)致新生葉發(fā)生停滯，并限制新生葉葉面積。

由圖4可知，不同處理的煙苗最大葉長差異不顯著，M2、M3處理的最大葉寬顯著大于M1處理，分別為M1處理的1.18倍和1.29倍，說明株距主要通過增加葉片寬度來影響葉面積。

表1 株距對煙草真葉發(fā)生日期的影響(月-日)

相同日期柱上無相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。Data on the bars marked without the same lowercase letter at the same date indicated significant differences at P<0.05. The same as below.圖2 株距對煙草葉面積指數(shù)的影響Fig.2 Effect of planting space on leaf area index of tobacco

圖3 株距對煙草成苗期葉面積的影響Fig.3 Effect of planting space on leaf area of tobacco seedling

圖4 株距對煙草最大葉長和葉寬的影響Fig.4 Effect of planting space on length and width of the largest leaf of tobacco

2.2.4 株距對煙苗光合特性的影響

由表2可知，不同株距處理的煙苗蒸騰速率和胞間CO2濃度隨株距增加呈增大趨勢，M3處理顯著大于M1處理；氣孔導(dǎo)度隨株距增加差異不顯著；M1和M2處理的凈光合速率顯著大于M3處理，各處理之間的葉綠素含量差異不顯著。說明適宜的株距可以使煙草葉片光合作用更充分。

2.3 株距對煙草莖發(fā)育的影響

2.3.1 莖高和節(jié)距

由圖5-A可知，不同株距處理的煙草莖高隨株距增大而減小。成苗期，M1處理的莖高顯著大于M2、M3處理，分別是M2和M3處理的1.4和1.3倍。圖5-B中虛線表示不同株距處理伸長最大的節(jié)，均為倒3節(jié)(分別為第5、6、6節(jié))。M1處理節(jié)數(shù)比M2、M3少1節(jié)，M1處理的第4、5節(jié)距顯著大于M2、M3處理，其中，第4節(jié)距分別是M2、M3處理的2.6和3.4倍，第5節(jié)距分別是M2、M3的2.5和4.0倍。M2處理的第6節(jié)距顯著大于M1、M3處理，分別是M1、M3處理的1.9和1.7倍。

表2 株距對煙草最大葉光合特性的影響

圖5 株距對煙草莖高和節(jié)距的影響Fig.5 Effects of planting space on stem length and pitch of tobacco

2.3.2 莖半徑

從單株煙苗來看，不同株距處理煙苗莖半徑從上至下為先增粗后稍微變細的趨勢；從不同株距處理對應(yīng)每節(jié)來看，莖半徑總體呈現(xiàn)隨株距增加而增大。第4、5節(jié)3個處理莖半徑差異不顯著；第6、7節(jié)M2、M3處理莖半徑差異不顯著，但和M1處理之間差異顯著；第8節(jié)M2和M3處理莖半徑差異顯著。第6節(jié)M2和M3處理的莖半徑分別是M1處理的1.4和1.6倍，第7節(jié)M2和M3處理的莖半徑分別是M1的1.5和1.6倍，第8節(jié)M3處理的莖半徑是M2處理的1.4倍。

圖6 株距對莖半徑的影響Fig.6 Effect of planting space on stem radius

2.3.3 莖解剖結(jié)構(gòu)

圖7中皮層、韌皮部、形成層、發(fā)育中的木質(zhì)部、環(huán)髓韌皮部、髓細胞被染成深綠色，已木質(zhì)化的木質(zhì)部細胞被染成深紫色。木質(zhì)部木質(zhì)化細胞在莖中所占比例隨株距的增加而減小，M1處理木質(zhì)化的細胞厚度與莖半徑比值分別是M2和M3處理的1.43和1.42倍，說明M1處理莖木質(zhì)化程度大于其他處理。此外，M1、M2處理木質(zhì)部細胞直徑小于M3處理。

2.4 不同株距對煙苗根系發(fā)育的影響

由表3可知，不同株距處理的煙苗總根長、根表面積、根體積隨株距增加而增大，且差異顯著；根系活力隨株距增加呈增大趨勢，M3處理顯著大于M1和M2處理。不同株距處理之間根平均直徑無顯著差異。

3 討論

烤煙群體是指生長在農(nóng)田上整片煙株的集合體，個體之間相互作用相互聯(lián)系，種植密度通過影響個體聯(lián)系緊密性從而對作物群體特征產(chǎn)生作用[21]。葉面積指數(shù)是反映作物群體大小的動態(tài)指標[22]。以此為參考，本試驗不同株距條件下的煙苗亦表現(xiàn)出一定的群體效應(yīng)，且隨著苗齡的增加，群體效應(yīng)更為明顯。相較于其他處理，株距3 cm的處理具有顯著的群體效應(yīng)，這主要是因為煙苗密度大，單位面積中煙苗株數(shù)多，葉片互相接觸緊密。

Pa，皮層；Ph，韌皮部；Ca，形成層；Dx，發(fā)育中的木質(zhì)部；Xy，木質(zhì)部；Pi，髓；Ap，環(huán)髓韌皮部。Pa， Parenchyma; Ph， Phloem; Ca， Pambium; Dx， Developing xylem; Xy， Xylem; Pi， Pith; Ap， Annual phloem.圖7 不同株距對莖解剖結(jié)構(gòu)的影響Fig.7 Effect of different planting spaces on anatomical structure of stem

表3 不同株距對根系發(fā)育指標的影響

群體結(jié)構(gòu)可以改變煙株的形狀、構(gòu)型、空間排列，密植會導(dǎo)致株間葉片相互遮陰，影響煙株對光合有效輻射的截獲與吸收，從而誘發(fā)植物的避陰反應(yīng)。莖稈細高、節(jié)間變長、葉面積變小和葉片早衰是植物避陰反應(yīng)綜合征的表現(xiàn)[23-24]。研究表明，不同育苗密度處理，從播種至大十字期煙苗生長所用時間相同，煙苗生長發(fā)育基本一致，從大十字期至成苗期煙苗生長所用時間明顯不同，密度越大生育期越長[25]。本試驗不同株距處理從相鄰煙苗葉片交疊后出現(xiàn)生育期差別，株距越小，新生葉發(fā)生越遲緩，生育期越長，與前人研究結(jié)果基本一致。研究結(jié)果表明，采用不同孔徑的育苗盤，株距越小煙苗主莖越細長[13，26-28]，葉片數(shù)越少[29]，葉面積越小[30]。本試驗根際空間一致，株距不同的情況下，煙苗個體發(fā)育情況與前人研究結(jié)果基本一致，說明冠層空間對煙苗莖、葉發(fā)育具有更直接的影響。就單株煙苗發(fā)育而言，不同處理節(jié)距出現(xiàn)顯著性差異的節(jié)位恰巧是葉片發(fā)生交疊、莖葉夾角變小的節(jié)位，這說明，相鄰煙苗葉片交疊，為爭取更多光源，使得發(fā)生葉片交疊葉位對應(yīng)的節(jié)位快速伸長。此外，本試驗結(jié)果表明，株距3 cm的處理莖木質(zhì)化程度大于其他處理，出現(xiàn)了早熟情況，導(dǎo)管直徑小于其他處理，推測其疏導(dǎo)能力相應(yīng)變差[31]，這可能也是株距小的處理生長出現(xiàn)停滯現(xiàn)象的原因之一。

煙草是喜光作物，其生長發(fā)育過程中需要充足、適宜的光照[32]。種植密度是影響群體光合效能的主要因素，群體透光率過低或過高，都將制約光能利用率的提高[33]。鄭登峰等[34]研究表明，經(jīng)過苗期不同密度處理后的煙苗，在移栽后30 d，葉綠素SPAD、葉片凈光合速率和蒸騰速率隨密度增加而減小。本試驗在苗期，蒸騰速率隨密度增加而顯著減小，與大田研究結(jié)果一致。本試驗中凈光合速率沒有表現(xiàn)出隨密度增加而減小的趨勢，株距9 cm處理凈光合速率顯著小于其他處理，推測株距過大導(dǎo)致葉片捕獲的激發(fā)能超過碳同化的利用能力，造成過剩光能被耗散，光能利用效率降低，光合速率下降[35]。株距6 cm處理凈光合速率最大，說明此處理群體結(jié)構(gòu)更合理，更利于葉片光合作用[33]。本試驗中株距9 cm處理胞間CO2濃度顯著大于其他處理，而且不同株距條件下，凈光合速率和胞間CO2濃度呈負相關(guān)，這可能是光合速率的提高使得胞間CO2濃度下降所致[36]。

育苗穴容積大小與煙苗根系生長具有顯著相關(guān)性，可以調(diào)節(jié)根系的物質(zhì)積累量，隨穴盤密度增加根體積和根系活力變小[34，37-39]。本試驗在根際空間一致的情況下，不同株距處理的煙苗總根長、根表面積、根體積、根系活力隨株距增加而增大，且差異顯著，與前人研究結(jié)果基本一致，表明不同株距可以影響煙苗根系發(fā)育。

本研究中株距并未改變煙苗株型，但對煙苗根、莖、葉的生長發(fā)育和相關(guān)生理指標均有顯著影響。在育苗過程中，根際空間為90 cm3，株距為6 cm更適宜煙苗生長發(fā)育。在實際生產(chǎn)過程中，綜合考慮壯苗移栽、育苗空間和育苗成本等因素，可適當(dāng)減小育苗株距，但為防止煙苗主莖過早木質(zhì)化而影響大田生產(chǎn)，育苗株距應(yīng)大于3 cm。在煙草精準栽培過程中，適宜株距條件下所育煙苗應(yīng)根據(jù)不同產(chǎn)區(qū)氣候因素，搭配適宜的苗齡與大田移栽期，做到育苗與大田生產(chǎn)無縫對接，以縮短煙苗還苗期進而縮短整個煙草生育期，并有效保證煙苗大田抗逆性，以及煙草的產(chǎn)量與品質(zhì)。