烤煙新品種渠首1號(hào)對低氮脅迫的響應(yīng)

李雪君， 吳 疆， 吳家靜， 孫 煥， 孫計(jì)平， 耿勝娜， 馬翥驊， 侯 詠， 李旭輝， 俎煥新， 平文麗

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所/煙草行業(yè)黃淮煙區(qū)煙草病蟲害綠色防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南許昌461000；2.河南省煙草公司南陽市公司，河南南陽 473000)

烤煙品種是煙葉生產(chǎn)的基礎(chǔ)，對“兩煙”的發(fā)展起著非常重要的作用。云煙87是河南省的主栽品種之一，常年種植面積占全省植煙面積的40%左右。該品種在河南省種植近20年，隨著種植年代的增加和自然條件的變化，根部病害逐漸加重，目前基本不適應(yīng)河南煙區(qū)的種植，生產(chǎn)上急需可替代品種。不同品種煙葉質(zhì)量差異較大，工業(yè)為了配方的穩(wěn)定性，要求煙葉的質(zhì)量相對穩(wěn)定，質(zhì)量差異較大的品種更換難度較大?？緹熜缕贩N渠首1號(hào)是河南省煙草公司南陽市公司從烤煙品種云煙87的自然變異株中定向培育的新品種，該品種既保持了云煙87優(yōu)質(zhì)、易烘烤的特性，又具有豐產(chǎn)、根部病害抗性提高的優(yōu)點(diǎn)，特別是針對目前較為嚴(yán)重的鐮刀菌根腐病有較好的抗性。渠首1號(hào)既能夠滿足生產(chǎn)種植的需要，也能滿足工業(yè)原料的需求，是替代云煙87的最佳選擇之一，推廣應(yīng)用潛力很大。

氮素是影響煙葉品質(zhì)和產(chǎn)量的重要因素，氮素作為主要營養(yǎng)元素之一，相比其他主要營養(yǎng)元素，在土壤中含量較不穩(wěn)定。目前，在烤煙生產(chǎn)過程中，為追求產(chǎn)量存在著氮肥施用量過多的現(xiàn)象。過量氮肥不僅會(huì)增加種煙成本投入，造成煙葉品質(zhì)下降，降低煙農(nóng)收益，還會(huì)導(dǎo)致土壤氮污染。因此，在烤煙生產(chǎn)中篩選耐低氮基因型的品種，降低煙草生長對土壤氮素的需求，提高氮素利用效率，是減少氮素對土壤污染的一種有效途徑，有利于煙草農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

不同烤煙品種的需氮量不同，要想實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的育種目標(biāo)，需從品種本身出發(fā)，探索品種適宜的需氮量。在大田示范種植過程中，渠首1號(hào)的需氮量與云煙87有明顯的差異。在適宜云煙87正常生長和烘烤的施氮量條件下，渠首1號(hào)則表現(xiàn)為植株過大、不易落黃甚至無法烘烤，與云煙87相比較，渠首1號(hào)初步呈現(xiàn)出需氮量較低的特性。本研究旨在對渠首1號(hào)在低氮脅迫下的耐受力、耐瘠薄特征進(jìn)行探討，為渠首1號(hào)種植栽培技術(shù)和推廣適宜區(qū)域提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)品種為渠首1號(hào)、云煙87，其中渠首1號(hào)由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所提供，云煙87由玉溪中煙種子有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2020年5月在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所進(jìn)行。對供試的2個(gè)品種分別設(shè)置2個(gè)施氮處理水平：低氮(0.5 mmol/L)和正常供氮(5 mmol/L)處理。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)30株。

1.3 試驗(yàn)方法

采用漂浮育苗，將種子播種于育苗大棚中，待煙苗長至4葉1心時(shí)，挑選長勢一致的健壯材料洗去培養(yǎng)基質(zhì)后進(jìn)行懸浮培養(yǎng)。采用Hoagland營養(yǎng)液，將溶液pH值調(diào)整至6.0，每隔3 d換1次營養(yǎng)液。在低氮和正常氮素水平處理后的第21天，分別取樣測定渠首1號(hào)和云煙87的相關(guān)指標(biāo)。

1.4 測定指標(biāo)及方法

農(nóng)藝性狀：分別從2個(gè)不同氮素水平處理的煙苗中各選取長勢相對一致的單株5株，分別測定株高、葉長、葉寬、葉片數(shù)、莖圍。

光合指標(biāo)：分別從2個(gè)不同氮素水平處理的煙苗中各選取長勢相對一致的單株5株，利用LI-6400XT型便攜式光合作用測定儀測定葉片的光合指標(biāo)，主要測定凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率，3次重復(fù)，并求平均值。

葉綠素相對值SPAD值用葉綠素儀進(jìn)行測量，硝酸還原酶(NR)活性采用活體檢測法進(jìn)行檢測。

根系指標(biāo)：分別從2個(gè)不同氮素水平處理的煙苗中各選取長勢相對一致的單株5株，使用根系掃描儀對根部指標(biāo)進(jìn)行測量，包括根長、根面積、根數(shù)及根體積。根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測定。

葉鮮質(zhì)量及葉干質(zhì)量測量：將葉片從健壯植株中采摘，后置于105 ℃烘箱內(nèi)殺青0.5 h，70 ℃烘干至恒質(zhì)量，用電子天平進(jìn)行稱量，并求平均值。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析方法

采用Excel 2010和DPS 19.05數(shù)據(jù)分析軟件對所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析、方差分析(新復(fù)極差法)并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低氮脅迫對渠首1號(hào)及云煙87農(nóng)藝性狀的影響

如圖1所示，在正常氮量供應(yīng)下，渠首1號(hào)的株高、葉長、莖圍、葉寬指標(biāo)均高于云煙87，說明渠首1號(hào)對氮素的需求量低于云煙87，正常供氮能使其保持正常的生長發(fā)育，云煙87對氮素的需求量相對較大；在低氮脅迫下，渠首1號(hào)和云煙87的各農(nóng)藝性狀指標(biāo)均有所下降，但株高和葉寬渠首1號(hào)和正常供氮水平下云煙87相當(dāng)，葉長和莖圍渠首1號(hào)在低氮脅迫下顯著高于云煙87正常供氮水平；說明渠首1號(hào)農(nóng)藝性狀受影響較云煙87小。

2.2 低氮脅迫對渠首1號(hào)及云煙87葉綠素含量(SPAD)的影響

為了進(jìn)一步了解渠首1號(hào)及云煙87葉片中葉綠素含量的變化，分別對處理后葉片中SPAD值進(jìn)行測定。結(jié)果(圖2)表明，在正常供氮條件下，渠首1號(hào)和云煙87的SPAD值基本一致；在低氮脅迫下，渠首1號(hào)和云煙87的SPAD值均呈下降趨勢，但兩者下降幅度不同，其中渠首1號(hào)與正常施氮水平無明顯差異，云煙87則顯著降低。

2.3 低氮脅迫對渠首1號(hào)及云煙87光合特性的影響

通過對低氮脅迫下渠首1號(hào)和云煙87的光合參數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果(圖3)表明，在正常供氮條件下，渠首1號(hào)除胞間CO濃度顯著低于云煙87外，其他指標(biāo)與云煙87差異不顯著；在低氮脅迫下，渠首1號(hào)和對照云煙87的光合速率、氣孔導(dǎo)度以及蒸騰速率均呈下降趨勢，渠首1號(hào)的光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的下降幅度均比云煙87的小，且下降后數(shù)值仍大于云煙87；在低氮脅迫下，渠首1號(hào)的胞間CO濃度反而有所增高。

2.4 低氮脅迫對渠首1號(hào)及云煙87硝酸還原酶(NR)活性的影響

如圖4所示，正常供氮水平下，渠首1號(hào)葉片中硝酸還原酶活性比云煙87略高，但差異不顯著；在低氮處理下，雖然渠首1號(hào)和云煙87硝酸還原酶活性均受到影響，二者均有顯著下降，但渠首1號(hào)的硝酸還原酶活性仍然顯著高于云煙87。

2.5 低氮脅迫對渠首1號(hào)及云煙87根系的影響

2.5.1 低氮處理對根系活力的影響 如圖5所示，在正常供氮條件下，渠首1號(hào)的根系活力顯著高于云煙87；在低氮脅迫下，渠首1號(hào)和云煙87的根系活力均呈顯著的下降趨勢，此時(shí)渠首1號(hào)的根系活力與正常供氮水平下的云煙87無明顯差異，且是低氮條件下云煙87的2倍左右。

2.5.2 低氮處理對根系形態(tài)的影響 由圖6可知，在正常供氮條件下，渠首1號(hào)總根長顯著高于云煙87，總根面積、根體積較云煙87低。在低氮脅迫條件下，云煙87的總根長、根數(shù)、總根面積和根體積均呈下降趨勢；渠首1號(hào)僅總根長呈下降趨勢，且下降幅度較小，總根數(shù)、總根面積和根體積均有提高。

2.6 低氮脅迫對渠首1號(hào)及云煙87生物量的影響

由圖7可知，低氮脅迫下渠首1號(hào)及云煙87的生物量鮮質(zhì)量、干質(zhì)量都呈下降趨勢。在正常供氮條件下，渠首1號(hào)的生物量顯著高于云煙87；在低氮脅迫下，渠首1號(hào)與云煙87生物量均有顯著降低，渠首1號(hào)下降幅度較云煙87小，且渠首1號(hào)生物量與云煙87生物量存在著顯著性差異。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

氮元素是植物進(jìn)行光合作用的基礎(chǔ)，也是葉綠素、遺傳物質(zhì)(DNA、RNA)和一些關(guān)鍵反應(yīng)酶的主要組成成分，氮素不僅影響葉綠素的合成，而且對植物光合作用過程中一系列的反應(yīng)酶活性有重要影響。本試驗(yàn)結(jié)果表明，低氮處理下，渠首1號(hào)和云煙87的株高、葉長、莖圍、葉寬、SPAD值、硝酸還原酶活性均有所降低，這與前人研究結(jié)果一致；正常施氮水平下，渠首1號(hào)株高、葉長、莖圍、葉寬均顯著高于云煙87，這說明渠首1號(hào)的氮吸收能力高于云煙87；但是渠首1號(hào)下降比例顯著低于云煙87，說明相比于云煙87，氮素在渠首1號(hào)中得到了更高效地利用。本試驗(yàn)中，正常施氮水平下，二者凈光合速率、氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率均無明顯差異；而在低氮處理下，渠首1號(hào)和云煙87光合指標(biāo)(除胞間CO濃度)均有下降，但是渠首1號(hào)仍顯著高于云煙87，這說明渠首1號(hào)比云煙87更耐低氮。

硝酸還原酶(NR)是植物體氮素同化和代謝過程中硝態(tài)氮同化的第1個(gè)酶，在植物高效利用氮素過程中具有重要的研究意義，NR活性的高低可以反映植株的氮素營養(yǎng)狀況和氮代謝水平。本試驗(yàn)條件下，減施氮肥后，二者硝酸還原酶活性下降較為迅速，這與前人研究結(jié)果相符。但渠首1號(hào)硝酸還原酶活性仍顯著高于云煙87，說明此水平下渠首1號(hào)氮素同化和氮代謝能力高于云煙87。

根系作為植物吸收氮的主要器官，其形態(tài)和生理特性的適應(yīng)性變化是植物高效利用氮的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。前人研究表明，植物側(cè)根 (LR)能響應(yīng)體外硝酸鹽的局部刺激而伸長；根系通過增加根密度等形態(tài)學(xué)響應(yīng)，從而增強(qiáng)植物競爭有機(jī)氮的能力。本試驗(yàn)結(jié)果表明，低氮處理下，云煙87的總根長、總根面積、根數(shù)均顯著低于渠首1號(hào)，云煙87總根面積與根體積在正常施氮水平下高于渠首1號(hào)，在不同氮水平處理下差異較顯著，這說明云煙87對氮素水平較為敏感，而渠首1號(hào)在不同氮素水平處理下無明顯差異，耐瘠薄力更強(qiáng)。

適宜的施肥量能增加植物地上生物量，缺乏氮素會(huì)抑制植物的生長和生物量的積累。本研究結(jié)果表明，渠首1號(hào)葉鮮質(zhì)量、干質(zhì)量均顯著高于云煙87，低氮脅迫下渠首1號(hào)所受的脅迫程度相對較輕，干物質(zhì)積累更加穩(wěn)定，表現(xiàn)優(yōu)于云煙87。

3.2 結(jié)論

本研究通過對低氮脅迫下2個(gè)品種農(nóng)藝性狀、光合特性、根系指標(biāo)及生物量的差異分析，說明了新品種渠首1號(hào)在低氮脅迫下比云煙87具有更強(qiáng)的耐受力，即渠首1號(hào)的需氮量低于云煙87。因此在生產(chǎn)實(shí)踐中，為了達(dá)到煙株正常生長和落黃，與云煙87相比較，應(yīng)該減少氮肥的用量。至于渠首1號(hào)耐低氮的分子機(jī)理，待作為后續(xù)研究內(nèi)容繼續(xù)開展。