嫁接对烤烟烟碱和钾含量的影响

刘剑君，朱宝川，梅芳，张小全，杨铁钊

1河南农业大学烟草学院， 郑州 450002；2河南省烟草公司郑州市公司，郑州 450016

烟碱是烟草（Nicotiana tabacum）的防御型次生代谢产物。研究表明，烤烟的烟碱在根部合成，随着烟株的生长不断积累，成熟期达到顶峰[1]，其含量主要由品种的遗传特性决定，并受到气候、土壤、海拔等环境条件的影响[2-3]，增加氮肥施用量、降低种植密度等促进根系发育的外部措施均会增加烟碱含量[4-5]，环割[6]、断根[6]反之，打顶抹杈改变了烟株体内的植物生长素浓度梯度和养分分配方向，是对烟碱含量影响最大的栽培措施[7-8]，生长调节剂对烟碱含量有调节作用[9-10]。

烟草是喜钾作物。研究表明，增加钾肥用量、改变钾肥种类和施用方式有利于烤烟根系吸钾[11-12]。覆膜、后期追钾、断根等措施可减少钾素向根部回流以及通过根系外排[13,6]，施用植物生长素可以影响这一进程[14-15]。近年在烟草种质资源的钾积累效率及遗传规律方面的研究表明，不同烟草基因型根系生理特性各具特点[16-17]，在耐低钾能力、钾吸收动力学特征、吸钾速率、吸钾能力、钾积累效率方面存在可稳定遗传的差异[18-19]，并选出了一些钾积累高效的种质资源[20-21]，为挖掘土壤供钾潜力，提高烟叶钾含量提供了新途径。

嫁接是一种历史悠久的栽培技术，二十世纪后广泛应用于瓜果、蔬菜种植，合理的嫁接组合可以同时发挥砧木的根系优势和接穗的优良种性，并能通过两者的相互影响，实现特定的栽培目的。经典的嫁接试验证明了烟碱在根部合成，钾素吸收的关键部位也在根部，但是未见烟草基因型间嫁接对烟叶烟碱和钾含量的影响的报道。本研究拟利用不同基因型烤烟烟碱和钾积累效率的差异，尝试通过嫁接的方法调节烟叶烟碱和钾含量的可能性。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

试验于2010年在河南省登封市君召乡大呼沱村烟农仝冠卿的烟田进行。

1.2 试验田基本情况

供试土壤为褐土，土壤有机质36.45 g/kg，全氮2.45 g/kg，碱解氮134.79 mg/kg，全磷0.94 g/kg，速效磷27.83 mg/kg，全钾24.24 g/kg，速效钾205.2 mg/kg，pH值6.56。

1.3 试验材料

（1）供试品种12个，其中K326、中烟100（ZY100）、NC89、 金 星 6007(JX6007)、 云 烟87(YunYan87)、净叶黄 (JYH)、RG17、G28、G80种子由河南农业大学烟草学院育种教研室提供。品系少林8号(SL8)、登选1号(DX1)、登选3号(DX3)由登封市烟草公司技术员朱宝川提供。

（2）用于嫁接的烟苗采用托盘育苗方式，2月25日育苗，4月20日采用劈接方式进行嫁接，嫁接苗在配备遮光保温设施的愈合棚内培养3天后放入普通棚，待嫁接苗愈合并长出新叶后于5月20日移入大田，未嫁接的普通苗采用控水剪叶措施控制烟苗生长，与嫁接苗同时移栽。

1.4 试验方法

1.4.1 试验设计

试验对不同基因型烤烟在当地种植条件下的表现型进行对比验证，筛选烟碱和钾含量突出的基因型；研究自身嫁接对烟碱和钾含量的影响；以各基因型的自身嫁接苗为对照，使用选出的烟碱和钾差异较大的基因型相互嫁接，研究嫁接对烟碱和钾的影响；分别以高、低烟碱和高、低钾的基因型为砧木，以生产用种为接穗，验证嫁接在生产应用中的可行性。

将试验田划分为3个小区，每小区为一个重复，小区内各处理以行为单位随机排列，每行种植烟叶30株，施氮量60 kg/hm2，田间管理参照《烤烟栽培技术规程》（GB23221-2008）进行。栽烟时各处理在行间预留预备苗并及时进行补苗。由于不同处理开花时间有一定差异，各处理烟叶于试验田50%中心花开放时按长势统一进行打顶。因不同基因型叶片数有差异，各处理烟叶在成熟期分别定株10株，中部叶取中间3-5的叶片混合，上部叶使用圆顶后去掉顶部3片叶后下方3-5片叶的混合样，样品单独标记并绑竿装炕，与试验田的保护行烟叶一起进行烘烤，每炕次烤后将同一处理样品混合后单独存放。

1.4.2 分析项目与测定方法

样品在河南省农科院烟草研究中心化验室进行烟碱和钾含量测定，其中烟碱的测定参照《烟草及烟草制品 总植物碱的测定 光度法》（GB/T 23225-2008）进行，钾的测定参照《烟草及烟草制品 钾的测定 火焰光度法》（YC/T 173-2003）进行。

1.4.3 数据处理

试验数据采用DPS7.05及Excel2003进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同基因型烤烟烟碱和钾含量的比较

不同基因型烟叶烟碱和钾含量的测定结果见表1。在试验条件下，不同基因型烟碱含量差异显著，上部叶高于中部叶。参试各基因型烤烟中，中部叶烟碱含量范围为0.68%～1.69%，均值1.25%，其中K326、ZY100、NC89、JX6007、YunYan87、RG17、G28、G80的烟碱含量在均值以上，而SL8、DX1、DX3的烟碱含量则低于1%。上部叶烟碱含量范围为0.89%～2.67%，均值1.84%，其中K326、NC89、JX6007、YunYan87、RG17的烟碱含量超过2%，仍以SL8、DX1、DX3较低。对各基因型的烟碱含量进行聚类分析，K326、NC89、JX6007、YunYan87、RG17为高烟碱基因型，SL8、DX1、DX3为低烟碱基因型，其余为中烟碱基因型。

不同基因型烟叶钾含量差异显著，但部位差异与烟碱相反，大部分表现为中部叶大于上部叶。各基因型中部叶钾含量范围为1.14%～2.45%，均值1.66%，其中SL8、DX3的烟叶钾含量超过2%，K326、NC89、JX6007、YunYan87、JYH、RG17的烟叶钾含量低于均值。上部叶钾含量范围为1.09%～1.77%，均值1.43%，其中钾含量高于均值的为ZY100、JYH、G28、SL8、DX1、DX3，钾含量较低的为NC89、JX6007。对各基因型中部和上部烟叶的钾含量进行聚类分析，SL8、DX1、DX3、为高钾基因型，NC89、JX6007、YunYan87为低钾基因型，其余为中钾基因型。

表1 不同烟草基因型烟叶中烟碱和钾的含量

2.2 嫁接对烤后烟叶中烟碱和钾含量的影响

2.3.1 自身嫁接对烟碱和钾含量的影响

作为一种严重伤害，嫁接对大田前期烟叶生长发育有一定影响，部分基因型烤烟自身嫁接后烟株的长势和抗逆性与未嫁接自然苗有一定差异，其中适应性较强的基因型差异较小，一些适应性较差的品种自身嫁接后表现型出现分化，如K326等品种自身嫁接后长势和抗逆性增强，这可能和嫁接伤害激发了系统性抗性有关，需要做进一步研究。为排除嫁接技术本身的影响，分析了自身嫁接对烤后烟叶烟碱和钾含量的数据，结果见表2。与未嫁接自然苗相比，6个参试基因型自身嫁接后，DX3的上部叶烟碱和中部叶钾含量有降低的趋势，K326的中部叶烟碱和钾含量有所提高，但是在统计学上差异不显著。分析其原因，可能由于嫁接是在烟叶移栽前完成的，伤害的影响主要表现在生产前期，烟株进入旺长期，嫁接苗已完全愈合并形成新的整体，基因型表现重新稳定，经过现蕾、打顶、采收等环节，烟田管理操作和气候变化等因素已成为影响烟叶内含物变化的主要因素，而前期嫁接造成的伤害对烤后烟碱和钾含量的的影响已经不占主要地位。

2.3.2 不同基因型相互嫁接对烤烟叶片烟碱和钾含量的影响

为明确嫁接对烤后烟叶中烟碱和钾含量的影响，根据对基因型进行筛选的结果，选择两组高烟碱低钾和低烟碱高钾基因型NC89和DX1，K326和DX3，互为砧木和接穗进行嫁接，分析了不同基因型间嫁接对烤烟叶片烟碱和钾含量的影响，为消除嫁接本身对试验结果的影响，使用参试基因型自身嫁接苗为对照，结果见表2。

以低烟碱高钾基因型DX1为砧木，以高烟碱低钾基因型NC89为接穗的嫁接组合，中部叶烟碱含量显著高于砧木基因型但与接穗基因型差异不显著，上部叶烟碱含量介于砧木基因型与接穗基因型之间，与二者均差异显著；中部叶钾含量显著高于接穗基因型，与砧木基因型差异不显著，上部叶钾含量介于砧木基因型与接穗基因型之间，与接穗基因型差异不显著。以NC89为砧木，以DX1为接穗，中部叶和上部烟叶的烟碱含量均显著低于砧木基因型而与接穗基因型差异不显著；中部烟叶的钾含量显著高于砧木基因型，与接穗基因型差异不显著，上部叶钾含量介于砧木基因型与接穗基因型之间，与二者差异均不显著。

以低烟碱高钾基因型DX3为砧木，以高烟碱低钾基因型K326为接穗的嫁接组合，中部叶和上部叶烟碱含量均介于砧木基因型与接穗基因型之间，且与二者均差异显著；中部叶钾含量显著高于接穗基因型和砧木基因型，上部叶钾含量介于砧木基因型与接穗基因型之间，与二者差异均不显著。以K326为砧木，以DX3为接穗，中部叶和上部烟叶的烟碱含量均显著低于砧木基因型而与接穗基因型差异不显著；中部和上部烟叶钾含量均介于砧木基因型与接穗基因型之间，且与二者差异均不显著。

采用烟碱和钾积累效率不同的基因型烤烟进行嫁接，嫁接组合的烟碱和钾含量多处于砧木和接穗之间，呈现趋中性，其中烟碱含量多与接穗接近，而钾含量更接近于砧木。本试验中以高钾基因型DX3为砧木嫁接低钾基因型K326，中部叶钾含量表现出超亲性状。说明K326具有高钾潜力，在当地表现钾含量低主要与其根系吸收钾素的效率低而外排速率大有关，采用钾积累效率的砧木与之嫁接，可以提高K326的钾素积累效率。

2.3.3 以烟碱和钾含量不同的基因型为砧木嫁接对烤后烟叶烟碱含量的影响

为验证嫁接对烤后烟叶烟碱含量影响的效果，分别以高烟碱低钾品种K326和高钾低烟碱品系DX3为砧木，以高烟碱低钾品种JX6007，烟碱和钾中等品种ZY100为接穗，以参试基因型自身嫁接苗为对照，研究了不同基因型间嫁接对烤烟叶片烟碱和钾含量的影响，结果见表2。

以K326为砧木，JX6007为接穗的嫁接组合，烟碱含量中部烟叶与接穗接近但差异不显著，上部烟叶砧木、接穗、嫁接组合间差异不显著；钾含量中部烟叶介于砧木接穗之间与接穗差异不显著，上部烟叶钾含量介于砧木接穗之间与砧木差异不显著。

以K326为砧木，ZY100为接穗的嫁接组合，烟碱含量中部烟叶显著低于砧木与接穗且差异明显，上部烟叶显著高于接穗但与砧木差异不显著；钾含量中部烟叶砧木、接穗、嫁接组合间差异不显著，上部烟叶高于砧木与接穗差异不显著。

以DX3为砧木，JX6007为接穗的嫁接组合，烟碱含量中部烟叶介于砧木与接穗之间且与两者差异显著，上部烟叶高于砧木与接穗差异不显著；钾含量中部烟叶显著高于砧木和接穗显示出超亲性状，上部烟叶介于砧木接穗之间与砧木差异不显著。

以DX3为砧木，ZY100为接穗的嫁接组合，烟碱含量中部烟叶低于接穗但与砧木差异不显著，上部烟叶高于砧木和接穗但与接穗差异不显著；钾含量中部烟叶显著高于砧木和接穗显示出超亲性状，上部烟叶砧木、接穗、嫁接组合间差异不显著。

本组试验中部分组合砧木和接穗的烟碱和钾含量差异较小，嫁接组合中烟碱和钾含量的表现差异不明显，试验结果除了和上组试验具备相同的规律即趋中性和超亲性外，还表现出低于双亲的超亲性，如以K326为砧木，ZY100为接穗的嫁接组合，中部烟叶烟碱含量显著低于砧木与接穗，这可能和K326根系对烟碱的合成与运输能力低于ZY100有关。以低烟碱高钾基因型DX3为砧木的嫁接组合，中部烟叶中的烟碱含量显著降低，钾含量显著提高并接近2.5%，说明嫁接技术在提钾降碱方面有一定的应用潜力。

表2 嫁接对烤烟烟碱和钾含量的影响

3 讨论

作物表现型是基因型与环境互作的结果，烟碱和钾积累都具有数量遗传的特征，由于自然环境和栽培方式的差异，同一基因型的烟碱和钾的含量在不同的烟区有差异，但相同烟区不同基因型间的差异仍有一定规律性[22-23]。烟碱是在烟株根部合成的，钾素吸收和外排的部位也在烟株根部，嫁接把不同的基因型烤烟组合到一起生长，打乱了各基因型原有的烟碱和钾积累平衡，并在特定的环境和栽培条件下形成新的平衡，嫁接后接穗烟叶的烟碱和钾含量受到接穗和砧木的双重影响。本试验表明，以烟碱和钾积累效率高的基因型为砧木可以提高烟碱和钾积累效率低的接穗烟叶的烟碱和钾含量，使用烟碱和钾积累效率低的基因型为砧木可以降低烟碱和钾积累效率高的接穗烟叶的烟碱和钾含量，多数嫁接组合的烟碱和钾积累效率呈现趋中性，即新的平衡点多介于砧木和接穗之间，也有部分嫁接组合表现出超亲性状，其表现型分布类似于杂交的结果。嫁接后烟叶的烟碱含量与接穗接近，而钾含量更接近于砧木，可能的原因是烟碱含量是打顶后由接穗基因型决定的向根部输送的生长素数量和由砧木基因型决定的烟碱合成运输能力互作的结果，其中接穗基因型的影响占主导作用，而烟叶钾含量的制约因素主要是砧木根系吸收与外排的平衡。

利用嫁接的方法改变烟碱和钾积累效率，首先是砧木和接穗基因型在性状上要有足够的相对差异，否则效果没有可比性。其次是砧木和接穗要具有较好的嫁接亲和性，同一接穗与不同砧木嫁接，田间生长发育差异明显，可以认为是亲和性好的嫁接组合更有利于发挥砧木和接穗的优势。三是要考虑基因型的环境适应性[24]，外引优良品种在北方干旱烟区种植时，往往出现烟碱含量提高而钾含量降低的情况。在烟叶生产中采用嫁接技术提钾降碱，关键是选好砧木，并通过多年多点试验筛选最优嫁接组合。选择当地系统选育的高钾低碱基因型为砧木，以外引低钾高烟碱优质基因型为接穗是一种可靠的组合方式，马里兰烟和一些地方晾晒烟的高钾特性能否利用也值得进一步研究。

目前关于嫁接的研究多处于生理生化的层次，要想弄清嫁接对作物生长发育和内含物的影响原理，还需要进行更加深入的研究。本试验在嫁接过程中，由于对嫁接技术掌握不熟练，嫁接愈合期较长，烟叶移栽时间较晚，成熟期推迟，最终烟碱含量的整体水平偏低。为了减少试验误差采取统一施肥标准的方式，也对耐肥性不同的各个基因型生长造成一定影响。一些嫁接处理品种特性表现不理想，生长发育差异引起的浓缩和稀释效应，也会影响烤后烟叶的烟碱和钾含量。

4 结论

采用烟碱和钾积累效率差异明显基因型烤烟进行嫁接，嫁接组合烤后烟叶的烟碱和钾含量基本上处于砧木和接穗之间，呈现趋中性，部分处理呈现出超亲效应，这些表现型在生产实践中都有一定的利用价值。合理筛选砧木与接穗组合，可以在一定程度上利用嫁接技术按生产需要调节烤烟叶片中烟碱和钾的含量。

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