鉬鋅營養(yǎng)對烤煙生理特性及品質的影響

劉詠艷， 宋正熊， 金佳威， 王靜， 徐敏， 周俊學*，李占民， 趙世民， 符云鵬* 代曉燕

（1.河南農(nóng)業(yè)大學煙草學院，煙草行業(yè)煙草栽培重點實驗室，鄭州 450002；2.河南省煙草公司洛陽市公司，河南 洛陽 471026； 3.洛陽市煙草公司洛寧縣分公司，河南 洛寧 471700）

煙草是以收獲葉片為主的經(jīng)濟作物，在煙葉生產(chǎn)中追求優(yōu)質適產(chǎn)，即產(chǎn)量與品質并重。研究表明，鈣、鐵、鋅、硒、鉬等微量元素在調控烤煙產(chǎn)質量方面發(fā)揮著重要作用[1]。鉬是植物體內固氮酶和硝酸還原酶的重要組成成分，通過參與硝酸鹽還原反應，促進氮代謝過程[2-3]。植物缺鉬時葉綠體結構受損，葉綠素含量顯著降低，光合作用強度減弱[4]。研究表明，施鉬有利于提高烤煙葉綠素含量和穩(wěn)定性，促進煙葉光合作用，增加煙葉干物質積累量和積累速率，提高煙葉鉀含量，對烤后煙葉產(chǎn)量和品質的提高具有重要作用[5-7]。

鋅是植物體內多種酶的組成成分和活化劑，對植物體內的眾多酶起著調節(jié)、穩(wěn)定和催化作用，并參與生長素及蛋白質的合成，在提高葉片光合作用、促進糖類等碳水化合物的運輸及品質調控等方面起著重要作用[8-9]。白羽祥等[10]研究發(fā)現(xiàn)，缺鋅條件下葉綠素含量下降，適量增施鋅肥，光合參數(shù)有所增加，烤煙葉片光合能力及產(chǎn)、質量均有明顯提高。楊雪梅等[11]研究表明，合理施用鋅肥能促進烤煙生長發(fā)育，顯著提高煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值及中、上等煙比例，且噴施效果優(yōu)于土施。劉春奎[12]研究發(fā)現(xiàn)，單獨施鉬、單獨施鋅及鉬鋅配施均可提高冬小麥硝酸還原酶活性、光合作用及葉綠素和類胡蘿卜素含量，促進冬小麥生長發(fā)育，且鉬鋅配施效果優(yōu)于單施鉬或鋅。

河南是我國烤煙主產(chǎn)區(qū)，在煙草生產(chǎn)上由于長期重視大量元素肥料的施用、忽視微量元素的補充，導致植煙土壤養(yǎng)分失調，制約煙葉質量的進一步提高。據(jù)報道，河南約56%的植煙土壤有效鋅含量低于臨界值（1.0 mg·kg-1）[13]；洛陽煙區(qū)95%以上的土壤普遍缺乏鉬元素[14]，12.8%的植煙土壤嚴重缺鋅，55.2%的土壤處于缺鋅水平（含量0.5～1.0 mg·kg-1）[15]。目前，已有較多關于施鉬或施鋅對烤煙產(chǎn)量和品質影響的研究，但有關鉬鋅配施對烤煙生理生長及產(chǎn)量品質影響的研究鮮有報道。鑒于此，本文研究葉面噴施鉬肥、鋅肥及鉬鋅配施對烤煙生理特性、烤后煙葉化學成分及經(jīng)濟性狀的影響，探討其作用機理，以期為鉬、鋅在豫西烤煙生產(chǎn)中的合理應用提供理論依據(jù)和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2021年在河南省洛陽市洛寧縣煙草科技園區(qū)進行，試驗地土壤為褐土，質地中壤，前茬作物為煙草，土壤養(yǎng)分含量如下：有機質16.01 g·kg-1、pH 8.27、堿解氮71.75 mg·kg-1、速效磷10.35 mg·kg-1、速效鉀178.02 mg·kg-1、有效鋅0.59 mg·kg-1、有效鉬0.10 mg·kg-1。

種植烤煙品系為LY1306，由洛陽市煙草公司提供，該品系具有適應性強、耐旱、易烘烤、品質優(yōu)良等特點，占洛陽市烤煙種植面積的40%左右。試驗所用鉬酸銨和硫酸鋅均為分析純，購于國藥集團化學試劑有限公司。所用肥料包括煙草專用肥（10-12-18）、硝酸鉀（13.5-0-46）、重過磷酸鈣（含P2O546%）、硫酸鉀（含K2O 50%）。

1.2 試驗設計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設計，設4個處理，3次重復，小區(qū)面積156 m2。處理如下：①葉面噴施清水（CK）；②葉面噴施0.1%鉬酸銨溶液（T1）；③葉面噴施0.2%硫酸鋅溶液（T2）；④葉面噴施0.1%鉬酸銨溶液+0.2%硫酸鋅溶液（T3）。移栽后35 d開始對各處理進行葉面噴施，每隔7 d噴1次，連噴3次，均勻噴施葉片正、反面，以霧滴不下滴為宜。

煙苗于5月12日移栽，行距1.3 m，株距0.55 m，單株留葉26片。各處理施肥量一致，分別為：商品羊糞1 500 kg·hm-2，無機氮用量37.5 kg·hm-2，氮、磷、鉀比例為1∶1.5∶5，其中腐熟羊糞、煙草專用肥、重過磷酸鈣、50%的硫酸鉀于起壟時開溝條施，硝酸鉀、50%硫酸鉀于移栽后30 d追施。其余田間管理按照當?shù)責熑~生產(chǎn)栽培標準管理措施進行。

1.3 取樣方法

于煙苗移栽后45 d開始，每隔15 d在各小區(qū)內選擇長勢均勻一致、具有代表性的煙株進行取樣，共取4次。每次選取煙株中部典型葉片（自下而上第13～14葉位）的第6～8支脈（位于葉尖與葉基中部）之間葉肉組織，混勻后用錫箔紙包裹置于液氮中冷凍保存，用于碳氮代謝關鍵酶活性的測定；另取同部位鮮煙葉混勻，用于質體色素含量的測定。

各處理取烘烤后具有代表性的中部煙葉樣品1.0 kg，于65 ℃下烘至恒重，冷卻后粉碎，過0.25 mm篩保存，用于煙葉化學成分含量的測定。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 干物質積累量測定 各處理分別于不同取樣時期選取代表性煙株3株，用清水將煙株上泥土沖洗干凈，并按部位（根、莖、葉）分開，于105 ℃殺青30 min，65 ℃恒溫烘干后稱重。

1.4.2 碳氮代謝關鍵酶活性測定 硝酸還原酶（nitrate reductase，NR）活性、谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase, GS）活性、蔗糖轉化酶（sucrose invertase, INV）活性采用試劑盒（蘇州科銘生物技術有限公司生產(chǎn)）進行測定。

1.4.3 質體色素含量測定 葉綠素和類胡蘿卜素含量采用乙醇浸提比色法[16]進行測定。

1.4.4 光合指標測定 采用Li-6400型光合系統(tǒng)分析儀（美國 LI-COR 公司生產(chǎn)），在9∶00—11∶00測定中部典型葉片（自下而上第13～14葉位）的凈光合速率（net photosynthetic rate，Pn)、氣孔導度（stomatal conductance，Gs)、蒸騰速率(transpiration rate，Tr)和胞間CO2濃度（intercellular CO2concentration，Ci)等參數(shù)。

1.4.5 烤后煙葉化學成分測定 按照YC/T 159—2002、YC/T 161—2002、YC/T 160—2002、YC/T 217—2007、YC/T 162—2011[17-21]標準方法測定煙葉總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀和氯含量（質量分數(shù)），所用儀器為AA 3型流動分析儀（德國BRAN+LUEBBE公司生產(chǎn)）。

1.4.6 烤后煙葉經(jīng)濟性狀測定 煙葉成熟采收時分小區(qū)掛牌編竿，同炕烘烤；烤后煙葉按照GB 2635—92《烤煙》標準[22]分級后統(tǒng)計各小區(qū)煙葉重量、上等煙比例，并按照當?shù)厥召弮r格計算各處理煙葉均價、產(chǎn)值等經(jīng)濟指標。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用 Microsoft Excel 2010、SPSS 25.0、Origin 2019進行數(shù)據(jù)差異性分析及圖表制作。

2 結果與分析

2.1 鉬鋅營養(yǎng)對烤煙葉片干物質積累的影響

由圖1可知，移栽后45 d，煙葉干物質積累量較少，移栽后60～90 d，各處理煙葉干物質積累量逐漸增加?？傮w來看，各測定時期的煙葉干物質積累量均表現(xiàn)為T3＞T1＞T2＞CK；移栽后45～60 d，各處理煙葉干物質積累量均顯著高于CK；移栽后75 d，T1、T2、T3處理煙葉干物質積累量分別較CK顯著增加31.06 %、24.53 %、50.81 %；移栽后90 d，T1和T3處理煙葉干物質積累量均顯著高于CK，且T1和T3處理間差異不顯著。

圖1 不同處理烤煙生長過程中葉片干物質積累量Fig.1 Accumulation of leaves dry matter during flue-cured tobacco growth under different treatments

2.2 鉬鋅營養(yǎng)對烤煙碳氮代謝關鍵酶活性的影響

2.2.1 硝酸還原酶（NR）活性 NR是植物進行氮素吸收同化的關鍵酶，其活性大小決定氮代謝的強弱。由圖2可知，烤煙NR活性隨移栽天數(shù)增加呈先升高后降低的趨勢，移栽后45～60 d，各處理煙葉NR活性快速增加，60 d時達到峰值，之后逐漸下降，說明在煙株生長發(fā)育中期氮代謝較旺盛，現(xiàn)蕾打頂后氮代謝強度下降。在煙株生長期間，各測定時期NR活性均以T3處理最高、CK最低，總體表現(xiàn)為T3＞T1＞T2＞CK；移栽后45～75 d，各處理煙葉NR活性均顯著高于CK，且T3處理NR活性顯著高于T2處理；移栽后90 d，T3處理NR活性較CK顯著提高18.26 %，與其他處理間差異不顯著。

圖2 不同處理烤煙生長過程中葉片硝酸還原酶活性Fig.2 NR activity in leaves during flue-cured tobacco growth under different treatments

2.2.2 谷氨酰胺合成酶（GS）活性 由圖3可知，與NR活性相似， GS活性隨烤煙生育進程推進呈先上升后下降趨勢，在移栽后45～60 d增加較快，移栽后60 d達到最大值之后逐漸下降。在各測定時期，GS活性均表現(xiàn)為T3＞T1＞T2＞CK；移栽后45 d，T3和T1處理煙葉GS活性顯著高于T2和CK處理；移栽后60 d各處理間GS活性差異顯著，此時T1、T2、T3處理煙葉GS活性分別較CK顯著增加37.30%、24.45%、58.27%；移栽后75 d，各處理煙葉GS活性均顯著高于CK，且T3處理GS活性顯著高于T2處理；移栽后90 d，T3處理GS活性分別較CK、T1、T2處理顯著增加26.58%、17.66%、24.22%。

圖3 不同處理烤煙生長過程中葉片谷氨酰胺合成酶活性Fig.3 GS activity in leaves during flue-cured tobacco growth under different treatments

2.2.3 蔗糖轉化酶（INV）活性 INV在植物糖代謝中起著重要作用，其活性高低反映植物對蔗糖的利用程度，是衡量碳代謝強度的重要指標。由圖4可知，烤煙INV活性隨生育期推進呈先上升后下降的趨勢，移栽后75 d時達到峰值，說明煙株生長發(fā)育前期以碳的固定和轉化代謝為主，在葉片功能盛期達到最大，之后以碳的積累代謝為主。各測定時期煙葉INV活性均表現(xiàn)為T3＞T1＞T2＞CK；移栽后45～60 d，T1和T3處理煙葉INV活性顯著高于T2和CK處理；移栽后75 d，T1、T2、T3處理煙葉INV活性分別較CK顯著增加18.28%、17.71%、30.07%；移栽后90 d，T1和T3處理煙葉INV活性顯著高于CK。

圖4 不同處理烤煙生長過程中葉片蔗糖轉化酶活性Fig.4 INV activity in leaves during flue-cured tobacco growth under different treatments

2.3 鉬鋅營養(yǎng)對烤煙質體色素含量的影響

葉綠素負責光能的吸收、傳遞及轉化，是植物葉片進行光合作用的主要執(zhí)行者。由圖5可知，隨著生育期推進，烤煙葉綠素含量呈先升高后降低的趨勢，峰值出現(xiàn)在移栽后60 d；各測定時期，不同處理葉綠素含量整體表現(xiàn)為T3＞T1＞T2＞CK；除移栽后60 d時CK和T2處理葉綠素含量差異不顯著外，其他時期各處理葉綠素含量均顯著高于CK，且T3處理顯著高于T2處理。在煙葉成熟及調制過程中，類胡蘿卜素是形成煙葉香味物質的中間前體物，其變化趨勢與葉綠素基本一致，均是先增加后降低，移栽后60 d達到峰值，此時各處理間差異達到顯著水平，其他時期T1、T3處理的類胡蘿卜素含量顯著高于CK。

圖5 不同處理烤煙生長過程中葉片質體色素含量Fig.5 Plastid pigment content in leaves during flue-cured tobacco growth under different treatments

2.4 鉬鋅營養(yǎng)對烤煙光合性能的影響

光合作用是作物生長發(fā)育及產(chǎn)量、品質提高的基礎。由圖6可知，隨移栽后天數(shù)的增加，煙葉凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，而胞間CO2濃度（Ci）呈先下降后上升的趨勢。在測定時期內，各處理煙葉Pn、Gs、Tr均以T3處理最高、CK最低，整體表現(xiàn)為T3＞T1＞T2＞CK；在移栽后45～75 d，T1和T3處理的Pn、Tr顯著高于CK；移栽后90 d ，T3處理的Pn、Tr顯著高于其他處理。在各測定時期， T1和T3處理煙葉Gs均顯著高于T2和CK處理。而Ci以CK最高、T3最低，整體表現(xiàn)為CK＞T2＞T1＞T3，且CK顯著高于T1和T3處理。由此可見，T3處理可顯著提高葉片凈光合速率，促進烤煙的光合作用。

圖6 不同處理烤煙生長過程中葉片光合性能Fig.6 Photosynthetic performance in leaves during flue-cured tobacco growth under different treatments

2.5 鉬鋅營養(yǎng)對烤后煙葉化學成分的影響

由表1可知，各處理煙葉鉀含量均高于CK，其中T1、T3處理鉀含量分別較CK顯著增加了23.61%、29.50%，說明葉面噴施鉬和鉬鋅配施顯著提高煙葉鉀含量。T1、T2、T3處理均顯著提高烤煙總糖和還原糖含量，其中，總糖含量分別較CK顯著增加了16.99%、15.67%、27.62%，還原糖含量分別較CK顯著增加了16.67%、14.32%、20.27%；糖堿比和鉀氯比除T1、T2處理間差異不顯著外，其他處理間差異均達到顯著水平；而不同處理對煙葉總氮、煙堿及氯含量影響較小。

表1 不同處理烤后煙葉化學成分Table 1 Chemical components in flue-cured tobacco leaves with different treatments

2.6 鉬鋅營養(yǎng)對烤后煙葉經(jīng)濟性狀的影響

由表2可知，各處理煙葉經(jīng)濟性狀表現(xiàn)為T3＞T1＞T2＞CK，各處理產(chǎn)量均顯著高于CK；產(chǎn)值各處理間差異顯著，T1、T2、T3處理分別較CK顯著提高16.25%、12.53%、23.22%，T3處理分別較T1、T2處理顯著提高5.99%、9.50%；上等煙比例各處理間差異達到顯著水平，其中，T3處理較CK顯著增加16.03%；均價除T1、T2處理差異不顯著外，其他處理間差異均達到顯著水平，說明增施鉬、鋅營養(yǎng)對烤煙的經(jīng)濟性狀有明顯的改善作用，且以鉬鋅配施效果最佳。

表2 不同處理烤后煙葉經(jīng)濟性狀Table 2 Economic characters in flue-cured tobacco leaves with different treatments

3 討論

鉬、鋅是煙草正常生長發(fā)育過程中必需的微量元素，對煙草生理代謝及產(chǎn)量和品質的形成具有重要作用。已有研究表明，增施鉬肥可明顯提高玉米[2]、黃瓜[23]、烤煙[24]葉片NR活性，降低植物體內硝酸鹽含量，增施鋅肥可提高小麥NR、GS活性，促進小麥對氮素的積累[25]。本研究表明，葉面單施鉬、鋅及鉬鋅配施可不同程度提高烤煙氮代謝關鍵酶活性，促進煙株體內氮素吸收同化利用，提高氮代謝強度，且鉬鋅配施效果優(yōu)于單施鉬或鋅。葉面單施鉬可顯著提高烤煙NR、GS活性，而葉面單施鋅烤煙NR、GS活性雖高于對照，但效果不如單施鉬及鉬鋅配施明顯，這是因為鉬作為植物硝酸還原酶組成成分，葉面噴施鉬肥可直接提高烤煙NR活性，而葉面施鋅處理NR活性的提高可能是通過影響烤煙其他方面的代謝間接起作用，其作用機制有待進一步研究。不同處理烤煙葉片GS活性的提高可能是由于NR活性的提高，增加氮素同化過程中GS底物銨態(tài)氮的含量[25-26]，進而提高了煙葉GS活性。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，葉面單施鉬及鉬鋅配施均明顯提高烤煙生育期內INV活性，促進碳代謝產(chǎn)物的積累，這與已有研究結果一致[7,27]，可能是由于葉面噴施鉬、鋅增強了烤煙氮代謝能力，為碳代謝提供較多的酶蛋白和光合色素，使得碳代謝相關酶活性增加[28]。

質體色素是植物進行光合作用的基礎，其含量高低影響光合碳固定生成有機物過程[29]。本研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴施鉬、鋅及鉬鋅配施可明顯提高烤煙葉綠素和類胡蘿卜素含量，增強煙葉光合作用，進而促進光合產(chǎn)物的合成與積累，這與劉春奎[12]、孫君艷等[30]分別在小麥、玉米上的研究結果相似，原因可能是鉬通過維護葉綠素穩(wěn)定性影響植物光合效率[31]，而鋅作為碳酸酐酶組分，參與光合作用中CO2水合反應，從而增強植物光合作用[32]。與葉面單施鋅相比，葉面單施鉬及鉬鋅配施在提高質體色素含量和光合性能方面效果更加顯著，說明葉面施鉬對烤煙光合特性影響較大，且鉬、鋅之間存在互作累加效應。在煙葉成熟期，質體色素含量和凈光合速率以T3處理最高，說明鉬鋅配施在延緩作物衰老、增強光合作用方面優(yōu)于單施鉬或鋅，與已有研究結果一致[12,30]。

干物質積累量是植物生長發(fā)育快慢的重要體現(xiàn)，且干物質作為光合作用的最終產(chǎn)物，與產(chǎn)量密切相關[33]。本研究表明，葉面噴施鉬、鋅及鉬鋅配施均可促進煙株發(fā)育過程中煙葉干物質積累，增加烤后煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價及上等煙比例，這與申洪濤等[34]、陳春玲[35]的研究結果一致，究其原因是葉面施用鉬、鋅肥提高了烤煙凈光合速率，促進有機物質的合成，進而提高了烤煙葉片干物質積累量，增加煙農(nóng)經(jīng)濟效益。煙葉化學成分協(xié)調性及其含量的高低是衡量煙葉內在品質的重要指標，對烤煙質量和風格特色形成具有重要影響[36]。曾宇等[37]研究表明，增施鉬肥能降低煙葉總氮、煙堿含量，提高煙葉總糖、還原糖、鉀含量，明顯改善糖堿比，對于提高煙葉質量具有一定作用。胡蓉花等[38]研究發(fā)現(xiàn)，增施鋅肥能不同程度增加烤后煙葉總糖、還原糖、鉀含量，明顯提高烤煙總氮、煙堿含量，并協(xié)調煙葉鉀氯比、糖堿比和氮堿比，有利于提高煙葉品質。本研究表明，葉面噴施鉬、鋅以及二者配施均顯著增加烤后煙葉總糖、還原糖含量，明顯改善煙葉糖堿比和鉀氯比，使煙葉化學成分更協(xié)調，且以鉬鋅配施效果較好；同時鉬鋅配施還明顯提高了煙葉鉀含量，這可能是由于外施鉬、鋅肥促進烤煙的生長，進而提高了烤煙對鉀素的吸收與積累。本研究中葉面噴施鉬、鋅及鉬鋅配施對烤煙總氮、煙堿無顯著影響，這與上述關于鉬、鋅對烤煙總氮、煙堿的研究結果不太一致，可能與烤煙品種、氣候條件等因素有關。與葉面單獨噴施鉬、鋅相比，鉬鋅配施在提高上等煙葉比例及煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、改善煙葉化學成分協(xié)調性及品質方面效果更加顯著。