覆蓋栽培對烤煙成熟期葉片衰老生理特性的影響

姚遠華 劉蘭 張德龍 王行 王軍

摘要 [目的]探討烤煙成熟期葉片衰老的生理機制，為提升煙葉田間耐熟性提供理論依據(jù)。[方法]以粵煙97為材料，采用隨機區(qū)組設(shè)計開展大田試驗，研究全生育期覆蓋地膜、團棵期揭膜高培土和前膜后草3種覆蓋栽培措施下，烤煙成熟期葉片的葉綠素、可溶性蛋白、脯氨酸和MDA含量，以及SOD、POD酶活性的動態(tài)變化。[結(jié)果]前膜后草的處理其葉片在成熟期各階段的葉綠素、可溶性蛋白、脯氨酸含量和SOD、POD酶活性均高于其他處理，而丙二醛含量也最低，煙葉衰老速度相對緩慢，且烤后煙葉的經(jīng)濟性狀顯著高于其他處理，煙葉化學成分協(xié)調(diào)性好。[結(jié)論]生產(chǎn)實踐中，前膜后草覆蓋結(jié)合高培土的栽培方式對延遲煙葉衰老、提高煙葉田間耐熟性、提高煙葉經(jīng)濟性狀有重要作用。

關(guān)鍵詞 烤煙;覆蓋栽培;成熟期;衰老特性

中圖分類號 S-572? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）11-0046-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.11.012

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Effects of Mulching Cultivation on Leaf Senescence Physiological Characteristics of Flue-cured Tobacco at Maturity Stage

YAO Yuan-hua1，2，3，LIU Lan1，2，3，ZHANG De-long4 et al

（1.Nanxiong Tobacco Scientific Research Institute of Guangdong Province，Nanxiong，Guangdong 512400;2.Guangdong Tobacco Leaf Production Technology Center，Nanxiong，Guangdong 512400;3.Guangdong Provincial Engineering & Technology Research Center for Tobacco Breeding and Comprehensive Utilization，Nanxiong，Guangdong 512400;4.Beijng Jiawo Institute of Agriculutral sciences，Beijing 100080）

Abstract [Objective]To explore the physiological mechanism of leaf senescence in the mature period of flue-cured tobacco，and provide a theoretical basis for prolonging mature period of tobacco leaves in the field.[Method]Yueyan 97 was used as material to study the dynamic changes of chlorophyll，soluble protein，proline and MDA contents，SOD and POD enzyme activities of flue-cured tobacco leaves in mature stage under three mulching cultivation measures of mulching plastic film in the whole growth period，removing plastic film and cultivating deep soil in the cluster stage and straw mulching after plastic film uncovered.[Result]The contents of chlorophyll，soluble protein，proline and enzyme activities of SOD and POD in the leaves of the treatment with straw mulching after film uncovered were higher than those of other treatments，and the content of malondialdehyde was the lowest.The senescence rate of tobacco leaves was relatively slow，and the economic characters of cured tobacco leaves were significantly higher than those of other treatments，and the chemical composition of the tobacco leaves was well coordinated.[Conclusion]In the production practice，the cultivation method of straw mulching after film uncovered with high soil cultivation plays an important role in delaying tobacco leaf senescence，prolonging mature period of tobacco leaf，and improving? economic properties of tobacco leaves.

Key words Flue-cured tobacco;Mulching measures;Maturity stage;Senescence characteristic

煙葉的成熟度是決定烤煙品質(zhì)的重要指標，而成熟采收是優(yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)的關(guān)鍵。近年來，在粵北煙區(qū)普遍存在煙葉田間耐熟性差的現(xiàn)象，導致煙葉成熟度下降，嚴重影響了煙葉質(zhì)量的提高和濃香型風格特色的彰顯。耐熟性較差的主要障礙因子是生態(tài)和栽培，一方面是烤煙大田前期易遭受低溫陰雨寡日照，造成前期煙株生長緩慢，還苗期、伸根期偏長;進入團棵期后，隨著氣溫上升，煙株生長發(fā)育較快，僅20 d左右就進入現(xiàn)蕾期，旺長期偏短，造成煙葉干物質(zhì)積累不夠，內(nèi)含物不充實;進入成熟期后，氣溫偏高，光照過強，易出現(xiàn)“高溫逼熟”現(xiàn)象，造成煙葉落黃較快，煙葉耐熟性較差，煙葉假熟，成熟采收期偏短等問題。另一方面是當前南方丘陵和山地煙區(qū)，受機械化水平低和勞動力不足的限制，揭膜、中耕、培土等傳統(tǒng)的大田管理技術(shù)措施逐漸被丟棄[1]，尤其是大田期長時間覆蓋地膜，不揭膜、不培土等粗放栽培管理方式，不利于煙株培育發(fā)達根系，導致難以吸收充足的養(yǎng)分，且中后期土壤溫度偏高，煙株易早衰，致使煙葉品質(zhì)降低。而且難以回收的殘膜會對土壤環(huán)境、后期作物種植和農(nóng)村環(huán)境造成危害[2]。針對粵北煙區(qū)后期“高溫逼熟”等問題，提出“前膜后草”的技術(shù)措施，即烤煙移栽后覆蓋地膜，提高地溫，促進煙株前期生長;旺長期揭膜高培土后在壟體覆蓋稻草，增加壟體土量，緩解高溫強光的負效應(yīng)，促進根系的生長，改善煙株中后期營養(yǎng)狀況，延緩葉片衰老，進而提高煙葉的田間耐熟性[1，3]。

從營養(yǎng)生長期轉(zhuǎn)入生殖生長期后，煙葉從形態(tài)和生理上逐漸成熟衰老，煙葉成熟的過程即是衰老的過程[4]。植株葉片衰老過程表現(xiàn)為葉綠素及可溶性蛋白的降解，活性氧、自由基代謝失調(diào)的累積過程。隨著煙葉的成熟衰老，葉片顏色逐漸褪綠變黃，葉綠素（Chl）含量下降，并且下降速度越快表明葉片衰老越快[5]。葉片衰老過程中細胞質(zhì)內(nèi)蛋白質(zhì)水解，可溶性蛋白含量越少則衰老程度越高[6]?；钚匝鮽κ且l(fā)植株葉片衰老的重要原因，在植物衰老過程中，細胞的代謝產(chǎn)物活性氧數(shù)量增加，而超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）作為活性氧清除系統(tǒng)的重要保護酶，其清除能力也隨著植株衰老而降低[7-8]。同時，高濃度的活性氧積累能啟動膜脂的過氧化作用，導致膜的損失和破壞，引起過氧化產(chǎn)物丙二醛（MDA）含量增加，MDA的累積量即反映葉片的衰老程度[5]。脯氨酸（Pro）積累是植物組織衰老和逆境條件下的反應(yīng)，煙葉游離Pro含量可作為判斷煙葉田間成熟度的生化指標[9]。該試驗研究不同覆蓋栽培方式下，煙葉成熟衰老過程中葉綠素、可溶性蛋白、MDA和Pro含量，以及SOD和POD活性的動態(tài)變化規(guī)律，探討大田環(huán)境下煙葉衰老的生理機制，以期為提升煙葉田間耐熟性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗基本情況 試驗于2016—2017年在廣東省煙草南雄科學研究所試驗基地進行，供試土壤類型為牛肝土田，前茬作物為水稻。牛肝土田基本理化性狀為：pH 7.01，有機質(zhì)21.60 g/kg、速效氮98.64 mg/kg、速效磷27.21 mg/kg、速效鉀156.43 mg/kg。供試烤煙品種為粵煙97，由廣東省煙草南雄科學研究所提供。2016年12月1日播種，采用漂浮育苗方式，2017年2月17日移栽，采用膜下移栽方式，行距120 cm，株距60 cm，施純氮180 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.4∶1.4，其他田間管理措施按照當?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進行。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)3個處理：T1（對照），移栽時覆蓋地膜，團棵后不揭膜，不培土，不蓋稻草，即全生育期地膜覆蓋;T2（揭膜高培土），移栽時覆蓋地膜，團棵后揭膜高培土，不蓋稻草;T3（前膜后草），移栽時覆蓋地膜，團棵后揭膜高培土且壟上覆蓋稻草，水稻秸稈用量為7 500 kg/hm2，覆蓋厚度為3～5 cm。每處理3次重復(fù)，采用隨機區(qū)組設(shè)計。每小區(qū)植煙40株，四周設(shè)保護行，其中10株用于毀滅性取樣，30株單收單烤，用于產(chǎn)量測定和化學成分分析。

1.3 測定項目及方法

在現(xiàn)蕾期選擇同一天現(xiàn)蕾、生長均勻一致、無病害的煙株進行掛牌標記，并于當天09：00前進行第一次取樣，以后每隔10 d于同一時間取樣一次，直至下部葉采收結(jié)束。采用現(xiàn)蕾打頂方式，單株煙留葉20片，每處理選取標記代表性煙株下部葉（自下而上4～5葉位）、中部葉（自下而上11～12葉位）和上部葉（自下而上16～17葉位）各3片，將葉片表面擦拭干凈，在葉片中間打孔取樣并混勻測定其葉綠素、可溶性蛋白、Pro和MDA含量以及SOD和POD活性。

按文獻[10]的方法測定以下指標：Chl含量采用95%乙醇萃取法測定;可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定;Pro含量采用磺基水楊酸提取，茚三酮顯色法測定;MDA含量采用硫代巴比妥酸顯色法測定;SOD活性采用氮藍四唑（NBT）光還原法測定，以抑制NBT光化還原的50%所需酶量為一個酶活單位表示;POD活性采用愈創(chuàng)木酚還原法測定，以每分鐘內(nèi)OD470變化0.01為1個過氧化物酶活性單位表示。

1.4 數(shù)據(jù)分析 分別采用SPSS 20.0和Sigma Plot 12.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析和繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋方式對烤煙葉片成熟期葉綠素含量的影響

圖1顯示，不同覆蓋栽培方式下，煙葉的葉綠素含量隨著生育進程的推移均呈持續(xù)下降趨勢，成熟前期下降速度較快，后期下降速度減緩，且上部葉>中部葉>下部葉。葉綠素含量在不同覆蓋方式、不同成熟時期的降解速度不同，始終以T3處理較高，以T1處理較低。在成熟前期，上部葉和下部葉的葉綠素含量在T3處理和T2處理之間差異不顯著，但2個處理均顯著高于T1處理;中部葉的葉綠素含量在3個處理之間差異顯著，始終以T3>T2>T1。在成熟后期（現(xiàn)蕾后40 d），始終以T3處理的葉綠素含量最高，且與T2、T1處理間差異顯著。說明在煙葉成熟期，T3處理始終維持較高的葉綠素含量，延緩衰老，提高煙葉耐熟性。

2.2 不同覆蓋方式對烤煙葉片成熟期可溶性蛋白含量的影響

由圖2可看出，隨著成熟期的推進，煙葉的可溶性蛋白含量呈下降趨勢，同一時期不同葉位可溶性蛋白含量表現(xiàn)為上部葉>中部葉>下部葉。在煙株現(xiàn)蕾后0～20 d內(nèi)，葉片可溶性蛋白含量急劇下降，到成熟中后期下降速度趨于平緩。在烤煙上部葉中，可溶性蛋白含量表現(xiàn)為T3處理與T2處理間差異不顯著，而T3處理始終顯著大于T1處理;中部葉成熟前期不同處理間可溶性蛋白含量表現(xiàn)與上部葉變化趨勢一致，隨著成熟進程的推進，3個處理間差異顯著;不同成熟期下部葉3個處理間差異顯著。相同葉位可溶性蛋白含量表現(xiàn)為T3>T2>T1。

2.3 不同覆蓋方式對烤煙葉片成熟期Pro含量的影響

由圖3可看出，不同處理和不同部位煙葉Pro含量均隨成熟進程的推移表現(xiàn)為先迅速下降而后緩慢上升的變化規(guī)律，在整個成熟過程中，其Pro含量都是上部葉>中部葉>下部葉，且上部葉在各時期的值均遠遠大于中、下部葉的。在現(xiàn)蕾后0～20 d，不同處理上部葉Pro含量急劇下降，在現(xiàn)蕾后20～30 d緩慢上升，隨后在現(xiàn)蕾后30～40 d又緩慢下降，T3處理在各成熟時期均顯著高于T1處理;不同處理中部葉Pro含量在成熟前期急劇下降，現(xiàn)蕾后30 d下降至最低點，隨后再緩慢上升，3個處理在成熟前期差異顯著，在成熟后期則是T3、T2處理顯著高于T1處理;不同處理下部葉Pro含量在現(xiàn)蕾后0～20 d下降至最低點，在現(xiàn)蕾后20～40 d上升緩慢，處理間在成熟前期差異顯著，在成熟后期則差異不顯著。

2.4 不同覆蓋方式對烤煙葉片成熟期MDA含量的影響

圖4表明，煙葉MDA積累量隨著葉片衰老持續(xù)升高，成熟前期增速緩慢，中后期迅速上升，不同部位葉片MDA含量表現(xiàn)為下部葉>中部葉>上部葉?？傮w趨勢是T1處理各時期的MDA含量均最高，其次是T2處理，而T3處理最低，且顯著低于其他處理。T1處理在各時期其MDA含量均最高，表明其抗衰老能力弱于其他處理，而T3處理最低，說明在揭膜培土后壟上覆蓋稻草能有效減弱煙葉的膜脂過氧化作用，相應(yīng)地提高煙株的抗衰老能力。

2.5 不同覆蓋方式對烤煙葉片成熟期SOD、POD活性的影響

由圖5可看出，煙葉SOD活性在成熟前期大幅度增加，中后期逐漸下降。隨著葉片的衰老，煙葉中SOD活性呈單峰曲線變化，上部葉在現(xiàn)蕾后30 d達到最高值，隨后急劇下降，而中部葉和下部葉則在現(xiàn)蕾后20 d上升至最高值再下降。在成熟前期，3個部位煙葉SOD活性差異不大;隨著成熟期的推移，在現(xiàn)蕾20 d時，下部煙葉SOD活性高于上、中部位;在成熟后期，下部葉SOD活性大幅度下降，低于同一時期的上、中部位;且同一部位煙葉3個處理間SOD活性差異達顯著水平。接近成熟時，SOD活性最大的是T3處理，其次是T2處理，最小的是T1處理。

由圖6可知，煙葉POD活性也呈先升后降的趨勢，上部葉和中部葉POD活性在現(xiàn)蕾后30 d達到最大值，下部葉則在現(xiàn)蕾后20 d達到最大值，之后均隨葉片的衰老呈下降趨勢;表現(xiàn)為上部葉>中部葉>下部葉。中、下部葉3個處理間在各時期差異顯著;上部葉在成熟前期3個處理間差異顯著，到成熟后期則差異不顯著;不同葉位各時期T3>T2>T1。說明在成熟期，T3處理消除活性氧、抗衰老或耐熟性更具優(yōu)勢。

2.6 不同覆蓋方式對烤煙經(jīng)濟性狀的影響 由表1可知，T2、T3處理均能提高煙葉的經(jīng)濟性狀，且T2、T3處理各經(jīng)濟性狀指標均顯著高于T1處理，T3處理則稍高于T2處理，兩處理間差異不顯著，整體上T3>T2>T1。與對照T1相比，T3處理的煙葉經(jīng)濟性狀顯著增加，煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價和上等煙比例分別增加了261.07 kg/hm2、9 342.86元/hm2、1.29元/kg和5.31百分點。由此可見，揭膜后高培土措施對提高烤后煙葉經(jīng)濟性狀有明顯作用。

2.7 不同覆蓋方式對烤煙化學成分的影響

由表2可看出，與T1處理相比，T2、T3處理均能不同程度提高中部煙葉的總糖、還原糖、總煙堿含量，降低總氮和氯離子含量;而上部葉的總糖、還原糖和鉀離子也有所增加，總煙堿、總氮和氯離子含量則不同程度降低。T3處理與T2處理相比，其上、中部位煙葉各化學成分增加和降低的幅度較小，兩處理的原煙化學成分趨于協(xié)調(diào)。

3 討論

在粵北煙區(qū)，地膜覆蓋栽培能有效地提高煙田地溫和防止水肥流失，促進煙株移栽后早生快發(fā)和降低早花率[11];團棵期揭膜后高培土，促進煙株側(cè)根和不定根發(fā)生和生長，有利于養(yǎng)分的吸收，為煙株地上部良好生長發(fā)育及成熟期物質(zhì)吸收奠定了基礎(chǔ)[12];而同時在壟體覆蓋秸稈可有效阻擋強光，降低煙田地溫，減少水分蒸發(fā)，同時高C/N水稻秸稈的輸入可直接增加土壤碳源，增加微生物種群和數(shù)量，提高了微生物活性[13]，并改善煙田土壤理化性狀[14]。而整個生育期覆蓋地膜，到成熟后期，尤其是在中部葉采收之后或者種植株距較大的煙田，在高溫強光下煙株容易發(fā)生根際高溫危害，從而降低根系的生理活性，造成煙葉早衰?！八ピ谌~片，源在根系;衰在后期，源在前期。”在煙株生長前期，地膜覆蓋增加了煙田土壤表層貯水量[11]，使得水溶性、速效養(yǎng)分富集在表層，根系處于“懶”狀態(tài)，無需向下深扎也能獲取充足水肥，導致根系分布淺;不揭膜培土，壟體土量不夠，煙株主根淺、側(cè)根短而少，嚴重影響煙株中后期對土壤養(yǎng)分的吸收，加上地溫過高，土壤水分和養(yǎng)分過分消耗，加劇煙株根系老化，從而造成煙株早衰，內(nèi)含物不充實，也影響煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的形成。并且煙田殘膜難以清理徹底，甚至不清理，會破壞土壤團聚體結(jié)構(gòu)，造成土壤板結(jié)，不利于下茬作物根系下扎，影響作物的生長發(fā)育[15]，從而發(fā)生惡性循環(huán)。

該試驗研究表明：前膜后草的覆蓋方式下，煙株成熟后期依然保持較高的葉綠素和可溶性蛋白含量，碳和氮的分解代謝強度相對較弱;且脯氨酸含量較高，SOD、POD活性較強，MDA積累量較低，說明能減弱煙葉的膜脂過氧化作用，增強自由基清除能力，延緩煙葉衰老，達到提升田間耐熟性的目的，同時獲得最佳經(jīng)濟性狀。而覆蓋地膜不揭膜培土的處理，煙葉成熟后期葉綠素和可溶性蛋白含量降解最快，煙葉光合能力下降，活性氧清除能力下降，細胞膜脂過氧化作用加劇，抗逆性或抗衰老能力最弱，加速衰老進程，葉片不耐熟。揭膜高培土但不蓋稻草的處理，其衰老特性介于前2種處理之間。這與楊志曉等[3，16-18]的研究結(jié)果一致。前膜后草措施下烤煙葉片成熟期葉綠素、可溶性蛋白、MDA和脯氨酸含量及SOD、POD活性的變化態(tài)勢符合延緩烤煙后期衰老的調(diào)控機理。

4 結(jié)論

在粵北煙葉生產(chǎn)實踐中，前膜后草覆蓋結(jié)合高培土的栽培方式能延遲煙葉衰老，提升煙葉田間耐熟性，提高煙葉經(jīng)濟性狀和煙葉質(zhì)量水平，對彰顯煙葉濃香型風格特色具有重要意義。該技術(shù)措施簡單易操作，效果明顯，可在南方煙區(qū)推廣使用。

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