氮素和钾素胁迫对去顶烤烟生理指标及烟碱的影响

高迟銮，周冀衡，邱 尧，李 强，张 卓，黄 婷

(1湖南农业大学烟草研究院，长沙410128;2湖南农业大学农学院，长沙410128)

烤烟是以收获叶片为目的的特殊的经济作物。氮素和钾素作为烤烟生长发育过程中最重要的两种元素，它们在烟叶中的含量与烤烟农艺性状、生理活性指标以及烟叶品质都有密切关系。首先氮素是植物的主要营养元素，它对烟草产量和品质的影响最大。不管植烟土壤类型如何，含氮量多少，要得到适当产量和优良品质的烟叶，都必须施用氮肥［1］。若烟株打顶后氮素营养水平太低则叶片和根茎早衰，上部叶片狭小，叶片内蛋白质、烟碱等含氮化合物含量明显降低，烤后烟叶叶色淡、叶片薄，香气和吃味平淡。而钾是烟草吸收量最多的元素，它虽然不是烟株的结构成分，通常被吸附在原生质的表面，但是它对参与碳水化合物代谢的多种酶起激活作用，与碳水化合物的合成和转化密切相关;此外钾还能提高蛋白质分解酶类的活性，从而影响氮素的代谢过程;提高细胞的渗透压，从而增加烟株的抗旱性和耐寒性;更重要的是钾能提高烟叶的燃烧性和吸食品质［2］。烤烟打顶能够平衡养分分配［3］，刺激根系生长和养分吸收，使烟叶增大变厚［4］，烟碱含量升高［5］，产生这种现象的原因主要是打顶后烤烟顶端优势被消除，烟株生长和物质代谢中心发生变化。在整个生育期内，烟株都有烟碱合成，但是在打顶之前，烟株吸收的氮素只有2.5%左右用于烟碱的合成，合成的烟碱较少，打顶之后，烟株吸收的氮素用于烟碱合成的比例急剧增加，大约有16%左右，烟株中烟碱含量大幅度增加［6］。本试验就烤烟打顶后缺氮、缺钾对烤烟生理活性指标及烟碱含量进行了探究，旨在为烟株打顶后合理施肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为K326。

1.2 试验设计

试验于2013年4月3日至4月22日在湖南农业大学烟草科学与健康重点实验室进行。烟苗于2013年1月2日播种在温室大棚内采用漂浮育苗育成。在烟苗6叶1心时移入直径15 cm、高10 cm的装有洗净的等量的石英砂的假植袋中。试验前10 d每天上午10:00用全素营养液浇灌烟苗至有营养液从假植袋底部渗出，以利于还苗。在移栽后第11 d用无菌刀片对烟苗进行打顶。

表1 完全营养液及缺素营养液配方成分(每1 000 mL营养液中储备液的用量)

试验设计两个处理，一个对照。打顶后每天上午10:00浇灌全素营养液为对照;处理1为缺氮处理，即打顶后每天上午10:00浇灌不含氮素的营养液;处理2为缺钾处理，即打顶后每天上午10:00浇灌不含钾素的营养液。试验采用完全随机设计，每个处理15株，3次重复，于处理后第9 d进行取样。每个处理随机选取5株烟苗自上而下第2叶位的叶片对其叶绿素、硝酸还原酶进行测定，并对根尖的根系活力进行测定，然后将烟叶在105℃烘箱杀青20 min，再在65℃下烘干，然后将烟叶粉碎装袋用于测定烟碱。营养液配方成分见表1。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 叶绿素含量的测定

采集新鲜的自上而下第2叶位且避开主脉及支脉的烟叶0.1 g剪碎置于装有10 mL无水乙醇和丙酮1∶1的浸提液的试管中，加塞后置于暗处，在35℃恒温箱中提取至叶片呈白色，期间间断摇动。然后再在分光光度计上分别测定波长为663 nm和645 nm处的光度值。并以Liehtenthaler法计算不同处理叶片叶绿素(a+b)、叶绿素a及叶绿素b的含量。

1.3.2 硝酸还原酶活性测定

于晴天的上午8:00～10:00采集新鲜叶片、剪碎、混匀，称取5份0.5 g左右样品分别放入锥形瓶中，其中1份为对照，另外4份用于硝酸还原酶活性的测定。对照浸于5 mL蒸馏水与5 mLpH值7.5磷酸缓冲液混合液中，另外4份浸于5 mL0.2 mol/L硝酸钾溶液与5 mLpH值7.5的磷酸缓冲液混合液中，用注射器抽真空，使叶片沉于瓶底。置于35℃恒温避光暗中反应30 min，分别取以上样品提取液1 mL放入试管中，加2 mL磺胺试剂和2 mL l－萘胺试剂充分摇匀，静置30 min。在540 nm波长下比色，测定吸光度值。

1.3.3 根系活力测定

采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法测定。取约0.5 cm长的根尖0.5 g左右，洗净，吸干水分，浸入装有5 mL0.4%TTC溶液与5 mLpH值7.0的磷酸缓冲液混合液的烧杯中，然后放入37℃恒温箱中避光反应1～3 h，然后立即加入2 mL1 mol/L硫酸终止反应。取出根系，吸干表面液体，加少量乙酸乙酯和石英砂研磨提取TTCH，用乙酸乙酯定容至10 mL。空白对照于反应前加硫酸，其他操作同处理组。在485 nm波长下比色，测定吸光度值。

1.3.4 烟碱含量的测定

称取0.1 g左右杀青后粉碎的烟样于三角瓶中，加入1/3角勺活性炭和40 g/kg盐酸25 mL，于摇床上震荡20 min，然后将样品过滤并定容至100 mL，最后分别在236、259、282 nm处测定吸光值。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel和DPS7.05软件统计分析数据。

2 结果与分析

2.1 打顶后不同营养条件对烤烟叶绿素含量的影响

由表2可知，各处理在叶绿素含量方面存在一定的差异。各处理在叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量方面的差异基本一致:CK＞缺钾＞缺氮处理，且对照与缺氮处理之间存在显著差异，两个处理之间不存在显著差异。叶绿素a/b各处理都表现出显著差异，这与冯连军等人［7］的研究结果一致。

表2 不同处理的烤烟叶绿素含量(mg/g)

2.2 打顶后氮、钾胁迫对烤烟硝酸还原酶活性及根系活力的影响

硝酸还原酶(NR)是植物体内硝酸盐同化的一种关键酶，其活性高低直接影响烟株的氮代谢过程［8］。从表3可以看出，缺氮处理明显低于缺钾和对照处理，与对照和缺钾处理之间分别相差0.767、0.655 mg/(g·h)。方差分析表明，缺氮与对照和缺钾处理之间存在显著差异，各处理间大小整体表现为CK＞缺钾＞缺氮处理。可能是因为氮是NR的组成元素且烟叶的硝酸还原酶活性随着施氮量的提高而升高［9］。而缺钾处理与对照之间不存在显著差异，但是比对照减少了0.112 mg/(g·h)。由此可见，氮、钾对烤烟硝酸还原酶活性都有较大的影响。

从表3可以看出，根系活力最大的是对照处理，达到了52.125 mg/(g·h)，比缺氮处理高出29.84 mg/(g·h)。方差分析结果表明，各处理之间都达到了显著差异，说明氮、钾胁迫严重影响了烤烟根系活力，适当的增施氮、钾肥有利于烟株根系的生长发育，从而提高烟叶产量和品质，达到优质适产的目的。

表3 不同处理的烤烟生理指标及烟碱含量

2.3 氮钾胁迫对去顶烤烟烟碱含量的影响

烟碱是烟草适应环境胁迫所特有的一种次生代谢物质［10］，约占烟草总生物碱的 90% 以上［11］。由表3可知各处理间烟碱含量差异较大，其中含量最高的是缺钾处理，达0.586 mg/g，最低的为缺氮处理，只有0.226 mg/g。缺钾烟叶中烟碱含量较高可能是因为钾胁迫提高了烤烟根系中烟碱合成酶精氨酸脱羧酶(ADC)、鸟氨酸脱羧酶(ODC)的活性，并降低了对钾元素的吸收［12］。氮不仅是烟草生长发育必需的矿质养分，而且是烟碱的重要成分，而且氮素胁迫严重影响烤烟根系发育和氮代谢过程，在整个生育期内根系活力和硝酸还原酶活性较弱，还会导致叶片早衰，从而影响烟株对氮素的吸收，进而影响烟碱的合成，因此缺氮处理烟叶中烟碱含量最低。由以上分析可知缺氮、钾会对烟叶中的烟碱含量造成过低或过高的现象，从而降低烟叶品质。

3 小结与讨论

氮、钾作为烤烟最重要的元素之一，是决定烤烟产量和品质的重要因素。试验中缺氮处理的烟株在叶绿素含量、硝酸还原酶活性、根系活力及烟碱含量方面都明显低于其它处理。主要是因为氮素是叶绿素、NR及烟碱的组成成分之一，因此氮含量低的，叶绿素含量和硝酸还原酶活性及烟碱含量都较低。相关研究表明，在烤烟生长发育前期，根系活力随着施氮量的增加而增高，适当的施氮量和留叶数能有效提高烤烟根系活力，促进烤烟生长［13］。烟碱是由根系合成的，因此缺氮处理根系活力低，烟碱含量也较低，吸味平淡，劲头不足。从本试验及其他研究结果表明，提高氮肥施用量，有利于烟叶产量和生理活性指标的提高，但是施氮量过高易导致黑爆烟的出现，以及烟碱含量过高，刺激性大从而减低烟叶品质，因此在栽培过程中应从中找到一个平衡点，协调烟叶的产量和品质，从而达到优质适产的目的。

此外，本试验结果显示缺钾处理中各项生理活性指标都低于对照处理，且烟碱含量较高，烟叶品质较差。这与舒海燕等人［14］的研究结果基本一致，他们的研究表明，烟叶中钾含量与烟碱含量呈负相关关系。另有研究表明，施用钾肥提高了烟株的硝酸还原酶(NR)活性和根系活力，增强了烟株生长前期叶片合成叶绿素的能力［8］。出现这种现象的原因主要是钾是植物体内许多酶的激活物质，钾含量的提高能促进植物碳氮代谢的有效进行，从而提高植物体内各项生理指标。本试验的研究结果显示，缺钾处理的烟株在叶绿素含量、硝酸还原酶活性、根系活力及烟碱含量都较差，说明缺钾间接的影响了烤烟碳氮代谢，从而影响各项生理指标及烟碱的含量。因此在烟草栽培过程中应该适当的增施钾肥，这样不但可以提高烟叶产量，而且可以降低烟碱含量，提高烟叶的燃烧性，从而使烟叶产量及品质都得以提升。

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