基于SPAD值不同追施氮量對(duì)烤煙碳氮代謝與產(chǎn)質(zhì)量的影響

宗釗輝,黃 浩,謝 晉,陳楨祿,賀廣生,曹阿敏,王 維*

(1.廣東煙草煙葉生產(chǎn)技術(shù)中心/廣東省煙草南雄科學(xué)研究所,廣東 韶關(guān) 512400;2.廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,廣東 廣州 510000;3.中國(guó)煙草總公司 廣東省公司,廣東 廣州 510610;4.華南農(nóng)業(yè)大學(xué),廣東 廣州 510642)

碳氮代謝是作物整個(gè)生育期生長(zhǎng)與產(chǎn)量形成的基礎(chǔ),氮素作為烤煙生長(zhǎng)中必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素,對(duì)維持煙葉葉綠素與光合作用的進(jìn)行具有重要作用,在多方面影響著烤煙的碳氮代謝過(guò)程,對(duì)烤煙糖類化合物以及氨基化合物的積累具有重大影響[1,2]。當(dāng)?shù)使?yīng)不足時(shí)烤煙容易早熟，導(dǎo)致煙葉干物質(zhì)積累量低,烤后煙葉油分不足,香氣質(zhì)、香氣量過(guò)低；而當(dāng)?shù)使?yīng)過(guò)多時(shí)煙葉中上部葉氨基化合物增加,刺激性變大。因此合理的氮素供應(yīng)是平衡煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的基礎(chǔ)[3,4]。在不同生態(tài)條件下氮素在烤煙根際遷移、吸收方式及在煙株內(nèi)的代謝都不盡相同[5],因而煙葉的施氮量與追肥時(shí)間受植煙地區(qū)土壤肥力、栽培方式和氣候條件等多種生態(tài)因素的影響[1,6]。在不同地方、不同年份適于烤煙生長(zhǎng)的施氮量與追肥時(shí)間存在顯著差異。SPAD儀作為一種簡(jiǎn)便、快速和準(zhǔn)確地測(cè)定葉綠素含量的儀器,它能快速判斷作物的氮素營(yíng)養(yǎng)豐缺狀況,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于水稻、小麥與棉花等作物生產(chǎn)[7,8]。鄧世媛、王維研究表明，以SPAD值43為閥值對(duì)烤煙進(jìn)行追肥可以有效地促進(jìn)煙株不同部位煙葉碳氮代謝平穩(wěn)過(guò)渡和轉(zhuǎn)化,使煙葉成熟時(shí)碳氮代謝適時(shí)協(xié)調(diào)過(guò)渡,使烤煙糖氮更為協(xié)調(diào)[9,10]。因此,本文以云煙87為材料,設(shè)計(jì)了4個(gè)追氮量,探討了基于SPAD值不同追氮量對(duì)烤煙碳氮代謝及烤后煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響規(guī)律,以期為梅州梅縣煙葉產(chǎn)區(qū)的烤煙施肥方案制訂提供參考意見(jiàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)的基本情況

試驗(yàn)點(diǎn)位于廣東梅州梅縣,屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)區(qū),年平均氣溫19.6 ℃,年降雨量1500 mm以上,全年無(wú)霜期273 d,煙葉生育期內(nèi)>10 ℃有效積溫2200 ℃·d以上。土壤為酸性紫色土,土壤基本理化性狀為pH 5.79，有機(jī)質(zhì)2.57 g/kg，全氮1.46 g/kg，全磷0.91 g/kg，全鉀24.81 g/kg，堿解氮75.12 mg/kg，速效磷40.40 mg/kg，速效鉀71.08 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年在廣東梅州梅縣松源鎮(zhèn)新南村進(jìn)行,供試烤煙品種為云煙87,供試土壤類型為紫色土,前茬作物為水稻。本試驗(yàn)固定鉀肥與磷肥的用量,基施40 kg/hm2的煙草專用復(fù)合肥,磷肥全部基施。試驗(yàn)設(shè)計(jì)4個(gè)追氮肥量:T1(純氮15 kg/hm2)、T2(純氮20 kg/hm2)、T3(純氮30 kg/hm2)、T4(純氮40 kg/hm2)；每個(gè)處理3次重復(fù),每個(gè)重復(fù)種植烤煙200株。以SPAD值43為閥值,從移栽后1個(gè)月烤煙進(jìn)入團(tuán)棵期開(kāi)始,每隔7 d利用SPAD儀測(cè)量從頂葉往下數(shù)第4片煙葉中部的SPAD值,當(dāng)SPAD值低于43時(shí)追肥,直到烤煙打頂后停止追肥。其他栽培措施按照梅州梅縣公司烤煙栽培技術(shù)方案標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 取樣與測(cè)定方法

1.3.1 樣品取樣 在烤煙進(jìn)入團(tuán)棵期后，每隔15 d對(duì)各處理的烤煙進(jìn)行樣品采集,每個(gè)處理選取生長(zhǎng)較為一致的烤煙3株,選取同一葉位的煙葉用蒸餾水洗凈,進(jìn)行鮮樣酶活性的測(cè)定;于烘烤前取中部的煙葉進(jìn)行游離氨基酸與水溶性糖含量的測(cè)定。

1.3.2 烤煙葉片光合參數(shù)的測(cè)定 在烤煙進(jìn)入團(tuán)棵期后，每隔15 d選取各處理從頂葉往下數(shù)第5片葉的相同位置，于睛天10:00～11:00采用CI-340手持便攜式光合速率儀對(duì)凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)與胞間二氧化碳濃度(Ci)進(jìn)行測(cè)定；以自然光源提供光合有效輻射,進(jìn)氣CO2濃度為300 mg/L。

1.3.3 碳氮代謝主要酶活性的測(cè)定 采用活體法[11]對(duì)煙葉硝酸還原酶活性進(jìn)行測(cè)定；利用谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為γ-谷氨酰基異羥肟酸與鐵絡(luò)合物的生成量來(lái)測(cè)定谷氨酰胺合成酶的活性[11]；采用3-5二硝基水楊酸法[11]測(cè)定淀粉酶與轉(zhuǎn)化酶的活性。

1.3.4 游離氨基酸、可溶性糖及常規(guī)化學(xué)成分含量的測(cè)定 利用德國(guó)賽卡姆公司生產(chǎn)的S-4300氨基酸分析儀測(cè)定游離氨基酸的含量[12]。采用液相色譜法[13]測(cè)定葡萄糖、麥芽糖、果糖及蔗糖的含量。常規(guī)化學(xué)成分含量的測(cè)定參考馮吉等[14]的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同追施氮處理煙葉的SPAD值與打頂時(shí)間

由表1可知，不同處理的打頂時(shí)間存在差異,T1、T2處理的打頂時(shí)間晚于T3、T4處理,其中T1、T2分別在移栽74、71 d后現(xiàn)蕾,分別在移栽76、73 d后打頂；T3、T4分別在移栽67、64 d后現(xiàn)蕾,分別在移栽68、65 d后打頂。由表2可知,不同處理煙葉的SPAD值存在差異,其中T1處理的SPAD值最高峰出現(xiàn)時(shí)間最早，在移栽后44 d；T3、T4處理的SPAD值最高峰出現(xiàn)在移栽后65 d；不同處理大田生育期的SPAD峰值表現(xiàn)為T(mén)3>T2>T4>T1；T3、T4處理的SPAD值在移栽65 d后逐漸減小。不同處理在整個(gè)大田生育期中追肥次數(shù)存在差異,T1、T2、T3、T4的追肥次數(shù)分別為5、4、3、3次；追氮肥總量表現(xiàn)為T(mén)4>T3 >T2>T1。

表1 不同追施氮處理烤煙的主要生育期

表2 不同追施氮處理烤煙團(tuán)棵期至打頂前的SPAD值

2.2 不同追施氮處理對(duì)烤煙光合特性的影響

由圖1、圖2可見(jiàn)：不同處理烤煙葉片的Pn、Gs、Ci、Tr值呈現(xiàn)單峰變化,隨著生育的推進(jìn)先上升后下降。不同處理的Pn、Gs、Tr值在移栽后30～60 d隨著生育期的推進(jìn)而不斷增加,最大值出現(xiàn)在移栽后60 d；之后隨著生育期的推進(jìn)Pn、Gs值逐漸下降；在移栽后45 d時(shí)T4處理的Pn、Gs值顯著高于T1、T2處理的,但是在移栽后60 d到90 d期間T2處理的Pn、Gs、Tr值均顯著高于其他處理的,而T1處理的Pn、Gs、Tr值低于其他處理的。不同處理的Ci值峰值出現(xiàn)時(shí)間不一致,其中T3、T4處理的峰值出現(xiàn)時(shí)間較早，在移栽后60 d,而T1、T2處理的峰值出現(xiàn)在移栽后75 d,并且T1、T2處理Ci值的峰值均大于T3、T4處理,在烤煙生長(zhǎng)后期仍保持較高值。

圖1 不同追施氮處理對(duì)烤煙葉片凈光合速率(Pn)與氣孔導(dǎo)度(Gs)的影響

圖2 不同追施氮處理對(duì)烤煙葉片蒸騰速率(Tr)與胞間二氧化碳濃度(Ci)的影響

2.3 不同追施氮處理對(duì)烤煙關(guān)鍵氮代謝酶活性的影響

谷氨酰胺合成酶與硝酸還原酶是烤煙碳氮代謝中同化氮的重要酶類,其活性的高低可以體現(xiàn)烤煙同化氮的能力。由圖3可知,谷氨酰胺合成酶與硝酸還原酶的活性隨著生育期的進(jìn)行均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),其中T1、T2處理的谷氨酰胺合成酶活性在移栽后75 d達(dá)到最大值,T3、T4處理的最大值出現(xiàn)在移栽后60 d；不同處理的硝酸還原酶活性均在移栽后60 d時(shí)達(dá)到峰值。不同時(shí)期各處理間谷氨酰胺合成酶與硝酸還原酶活性存在顯著差異;在移栽后45 d時(shí),T1、T2處理的谷氨酰胺合成酶與硝酸還原酶活性較低；在移栽后60 d時(shí)谷氨酰胺合成酶與硝酸還原酶活性分別以T3、T2處理最高,均以T1處理最低。在移栽75 d后,T1處理的谷氨酰胺合成酶與硝酸還原酶活性均高于T3、T4處理,這可能與T1處理后期仍有追肥有關(guān)；不同處理的谷氨酰胺合成酶與硝酸還原酶活性均表現(xiàn)為T(mén)2>T1>T3>T4。

圖3 不同追施氮處理對(duì)烤煙谷氨酰胺合成酶與硝酸還原酶活性的影響

2.4 不同追施氮處理對(duì)烤煙關(guān)鍵碳代謝酶活性的影響

如圖4所示,不同處理煙葉的淀粉酶活性均在移栽后60 d時(shí)達(dá)到峰值；在移栽后45 d時(shí)T4處理的淀粉酶活性最高,T1處理活性最低并且顯著低于其他處理的；在移栽后60 d時(shí)不同處理的淀粉酶活性表現(xiàn)為T(mén)2>T1>T3>T4,各處理間差異顯著；在移栽后75 d時(shí)T2處理的淀粉酶活性顯著高于其余處理的,而在其余各處理間不存在顯著性差異；在移栽后90 d時(shí)T1、T2處理的淀粉酶活性有所上升,T3、T4處理無(wú)顯著變化,不同處理的淀粉酶活性表現(xiàn)為T(mén)2>T1>T3>T4。在移栽后45 d到90 d期間,T2處理的轉(zhuǎn)化酶活性均顯著高于其他處理的,并且T2處理的轉(zhuǎn)化酶活性最高值出現(xiàn)在移栽后45 d時(shí),其余處理均出現(xiàn)在移栽后60 d時(shí)；在移栽后45～60 d期間不同處理的轉(zhuǎn)化酶活性表現(xiàn)為T(mén)2 >T3>T4>T1,而在移栽后75～90 d期間不同處理的轉(zhuǎn)化酶活性表現(xiàn)為T(mén)2 >T1>T3>T4。

圖4 不同追施氮處理對(duì)烤煙淀粉酶與轉(zhuǎn)化酶活性的影響

2.5 不同追施氮處理對(duì)烤煙氨基酸含量的影響

由表3可以看出：隨著每次追施氮量的增加,氨基酸總量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)；在不同處理中氨基酸總量以T2最高,T1次之,T3、T4最低,其中天冬氨酸、甘氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸等5種氨基酸含量表現(xiàn)為T(mén)2>T1>T3>T4,絲氨酸、谷氨酸、纈氨酸、亮氨酸、色氨酸等5種氨基酸含量表現(xiàn)為T(mén)2>T1>T4>T3,脯氨酸、丙氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸、組氨酸、精氨酸、賴氨酸等7種氨基酸含量表現(xiàn)為T(mén)1>T2>T4>T3。天冬氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、纈氨酸作為參與美拉德反應(yīng)的主要反應(yīng)物,其含量的增高對(duì)烤后煙葉的香氣質(zhì)與香氣量具有重要的影響；隨著追施氮量的增加，這些氨基酸的含量同樣表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì),其總含量表現(xiàn)為T(mén)2>T1>T3>T4,并且T1、T2處理的總含量顯著高于T3、T4處理的。

表3 不同追施氮處理對(duì)烤煙氨基酸含量的影響 mg/g

2.6 不同追施氮處理對(duì)水溶性糖含量的影響

由表4～表5可知,隨著每次追施氮量的增加,葡萄糖、果糖、淀粉含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),麥芽糖與蔗糖含量呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)；葡萄糖、果糖、淀粉含量以T2處理最高,以T4處理最低；不同處理的果糖與淀粉含量表現(xiàn)為T(mén)2>T1>T3>T4,并且在不同處理間葡萄糖和果糖含量均存在顯著差異,而淀粉含量差異不顯著;T4處理的麥芽糖與蔗糖含量最高,且在不同處理間麥芽糖和蔗糖含量均存在顯著性差異；不同處理間麥芽糖含量表現(xiàn)為T(mén)4>T3>T1>T2,蔗糖含量表現(xiàn)為T(mén)4>T1>T3>T2。

表4 不同追施氮處理對(duì)烤煙水溶性糖含量的影響 mg/g

2.7 不同追施氮處理對(duì)烤后煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量的影響

由表5可知：T1處理的C3F與B2F煙葉還原糖、總糖、總氮含量均低于其余處理的,其中T3處理的中部葉總糖與還原糖含量最高,T4處理的中部葉煙堿含量最高(2.98%),T2、T3處理的煙堿含量適宜;除T1處理外其余處理的淀粉含量均低于5.445%,處于適宜水平；在T2、T3、T4處理間B2F煙葉的還原糖含量差異不顯著；T3處理B2F煙葉的總糖含量最高。上部葉除T1處理外其余處理的淀粉含量均低于5.445%,也處于適宜水平；T1處理的煙堿含量偏低，而T4處理的煙堿含量偏高。從綜合表現(xiàn)來(lái)看，以T2處理烤后煙葉的常規(guī)化學(xué)成分協(xié)調(diào)性最好。

表5 不同追施氮處理對(duì)烤煙常規(guī)化學(xué)成分含量的影響 %

2.8 不同追施氮處理烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的比較

由表6可見(jiàn)：不同處理的烤煙經(jīng)濟(jì)性狀存在著差異,產(chǎn)量最高的是T2處理，最低的是T1處理；產(chǎn)值最高的同樣為T(mén)2,最低的是T1;上等煙比例最高的是T2(62.33%),最低的是T3(53.71%),且T2的上等煙比例顯著高于其余處理的。綜合各方面的經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo),在4個(gè)不同的處理中,T2處理在產(chǎn)量、產(chǎn)值、中上等煙比例方面均比較優(yōu)秀，且與對(duì)照CK差異顯著。

3 討論與結(jié)論

碳、氮代謝作為植物生命活動(dòng)中最基本的代謝活動(dòng),對(duì)植物體內(nèi)碳水化合物與含氮化合物的積累具有重要意義,平衡這兩種代謝對(duì)提高烤煙的產(chǎn)量與煙葉內(nèi)在品質(zhì)具有重要的意義[15]。羅莎莎等研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)提高追肥比例可以使烤煙葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度保持較高水平,有利于提高烤煙成熟期的光合作用,促進(jìn)煙葉干物質(zhì)的積累,提高煙葉的產(chǎn)量[16]。高琴等的研究表明：烤煙硝酸還原酶、淀粉酶、轉(zhuǎn)化酶的活性隨著施氮量的增加而逐漸升高；在低氮水平下烤煙葉片的碳氮代謝水平太低，不能滿足烤煙正常生長(zhǎng)的需求；在高氮水平下，烤煙葉片碳氮代謝水平太高,導(dǎo)致煙葉貪青晚熟[17]。本研究結(jié)果表明：基于SPAD值的不同追氮量對(duì)烤煙葉片的光合特性與碳氮代謝酶活性影響顯著;在T1處理的追低氮量下,不同時(shí)間段下烤煙葉片的光合特性指標(biāo)均處于較低水平,同時(shí)烤煙的碳氮代謝主要酶類活性較低,這與王維等[9]的研究結(jié)果一致,表明追氮量過(guò)低會(huì)抑制烤煙光合作用的進(jìn)行,不利于烤煙含碳、氮化合物前期的積累與后期的轉(zhuǎn)化;在T3、T4的追高氮量下,在烤煙移栽后0～55 d期間烤煙葉片的光合特性指標(biāo)與碳氮代謝酶類活性均處于較高的水平,但T3、T4處理由于前期追肥量較大,導(dǎo)致煙葉在成熟期生長(zhǎng)過(guò)快,較早打頂,T3處理與T4處理分別在移栽后56 d、46 d時(shí)停止追肥,烤煙后期存在輕微缺肥現(xiàn)象,以致烤煙的光合特性與酶類活性均下降,影響煙葉成熟期干物質(zhì)的積累與糖分的分解,碳氮代謝不協(xié)調(diào)。在T2追施中氮量下，在移栽55 d后煙葉的光合特性與酶活性均處于較高水平,并且在移栽70 d后碳氮代謝有關(guān)酶活性逐漸下降,碳氮代謝減弱,但仍維持在一定水平；同時(shí)在移栽后85 d時(shí)的淀粉酶活性較70 d時(shí)有所提高,淀粉的分解代謝能力加強(qiáng),有助于葡萄糖與果糖的積累,碳氮代謝更為協(xié)調(diào),符合生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉的要求。

氨基酸與水溶性糖作為碳氮代謝過(guò)程的主要代謝產(chǎn)物,是植株整個(gè)生育期碳氮代謝進(jìn)程的體現(xiàn)。植株在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中通常會(huì)積累大量的游離氨基酸以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的滲透壓。在本試驗(yàn)中，隨著追氮量的增加，煙葉的氨基酸總量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),這與其光合特性以及碳氮代謝酶活性的規(guī)律一致。葡萄糖、果糖、淀粉含量的變化規(guī)律與氨基酸含量的一致；淀粉含量過(guò)高會(huì)影響烤后煙葉的品質(zhì),但由于淀粉酶在烤煙生育后期仍保持較高的活性,有助于淀粉轉(zhuǎn)化為單糖,因此在不同處理間淀粉含量差異不顯著。蔗糖與麥芽糖含量與轉(zhuǎn)化酶活性以及光合作用密切相關(guān),隨著施氮量的增加轉(zhuǎn)化酶活性表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(shì),而蔗糖與麥芽糖含量表現(xiàn)為T(mén)4>T3>T1>T2,表明轉(zhuǎn)化酶活性對(duì)蔗糖與麥芽糖含量的影響大于對(duì)光合作用的影響。

常規(guī)化學(xué)成分含量是衡量煙葉內(nèi)在質(zhì)量的重要指標(biāo)?；赟PAD值的不同追氮量對(duì)烤煙常規(guī)化學(xué)成分含量的影響較大,當(dāng)追氮量為15 kg/hm2時(shí)，烤后煙葉總糖、還原糖含量偏低,中部葉煙堿含量低于2%,淀粉含量高于5%；當(dāng)追氮量為30 kg/hm2時(shí),煙堿含量與總糖含量偏高,這與光合特性與碳氮代謝酶活性的表現(xiàn)一致；當(dāng)追氮量為20 kg/hm2時(shí)糖堿比適宜,淀粉含量較低,鉀含量高,化學(xué)成分協(xié)調(diào)。

在本試驗(yàn)中,基于SPAD值每次追施純氮20 kg/hm2時(shí),烤后煙葉中上等煙比例與產(chǎn)值均高于其他處理,有效提高了烤煙生育期的光合速率、蒸騰速率,增強(qiáng)了碳氮代謝過(guò)程關(guān)鍵酶的活性,提高了烤煙碳氮代謝產(chǎn)物的積累,加快了淀粉的代謝,提高了烤后煙葉的產(chǎn)量與質(zhì)量,為基于SPAD閾值43的最佳追施氮量。