韧皮部化学损伤对烤烟生长及烟碱、钾素积累的影响

黄劭理，周冀衡，邱 尧，李 爽

（1.广西中烟工业有限责任公司，广西 南宁530001；2. 湖南农业大学烟草研究院, 湖南 长沙410128）

韧皮部在植物同化物运输中占有举足轻重的地位，是植物有机物运输的主要通道，同时也是一些无机元素特别是钾元素的运输通道[1]。随着我国烤烟生产水平的提高，很多烤烟产区出现了烟叶结构性矛盾和上部叶片偏厚，烟碱含量偏高特别是上部叶烟碱含量偏高，化学成分不够协调，工业可用性差等问题[2]；钾是烟草的重要无机元素，也是烤烟的最重要的品质元素之一，但我国烤烟的钾含量普遍较低。环割作为一种韧皮部损伤措施有助于烟碱下降与钾的累积[3]，环割可以改变烟草的品质提高其钾含量从而增加优质烟叶产量[4]，环割切断了烤烟茎杆的有机物运输，减少了光合产物向根系运输，同时降低了烟碱的累积[5]，还有研究表明环割后减少了光合产物向地下部分的输送，降低了根的活力，减少了对烟碱的合成和氮的吸收，从而减少了地上部分含氮化合物的含量，增加了含碳化合物的积累，使烤烟化学成分趋于协调[6]。但由于环割时造成了植物组织开放式损伤，潜在地增加了烟草染病的可能性，同时由于环割步骤过于繁琐，在实际生产操作中较难实施，且环割无法控制韧皮部损伤程度，因此难以在实际工作中得到应用。

试验中用三氯乙酸蛋白沉淀剂作为韧皮部损伤剂， 三氯乙酸（TCA or Trichloroacetic acid）是一种蛋白沉淀剂，在酸性条件下其能使蛋白质构象发生改变，暴露出较多的疏水性基团，使之沉淀聚集[2]，以TCA涂抹植株韧皮部，能损伤筛管细胞并使筛孔处产生愈伤葡聚糖，这样可以有效达到损伤韧皮部的目的。该项试验主要研究不同浓度TCA 涂抹后烟草的同化产物、次生代谢产物、无机元素累积与分配的变化，旨在了解不同韧皮部损伤程度对烟草同化产物、烟碱、钾的累积与分配的影响，以及物理环割与化学环割效果的对比。

1 材料与方法

1.1 供试材料

烟草品种为K236，培养方式为土培，盆内满装土为20 kg，土壤类型水稻土。

1.2 试验地点

湖南农业大学中南烟草试验站。

1.3 试验设计

处理前选取长势相同的植株挂牌作为试验烟株，设3个处理2个对照：茎基部分别涂抹5%、10%或15%的蛋白沉淀剂（TCA），CK1（不涂抹）与CK2（物理环割），涂抹宽度为2 cm,每个处理设3 次重复，3株为1 次重复，共48 株（包括初始样3 株）。

1.4 田间管理

试验烟株于6月21日移栽，移栽后分别3 次追肥。9月21日打顶，打顶时选取3 株长势与处理相似的植株采收其叶片、茎、根杀青烘干后作为本底值待测保留。打顶留叶20 片、基部为第20 片叶，及时抹去侧芽，其他管理方式与常规管理方式相同，打顶后当天进行涂抹处理。打顶30 d 后一次性采收。

1.5 样品采集与测定

把各处理烟株分为上部叶、中部叶、下部叶、根、茎分开标记，测定干物质重量以及烟碱与钾含量。用湿棉布擦净表面污染物，然后用去离子水淋洗1～2 次。在烘箱中105 ℃杀青15～30 min 后降温至75℃烘干，然后粉碎备用。

烟碱采用盐酸提取活性碳脱色法[7]，钾采用火焰光度法[8]。测定后统计3 株的平均值。

1.6 分析方法

采用EXCEL 软件进行数据整理，DPS 软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 烟草韧皮部损伤对烟草同化物累积的影响

2.1.1 各处理烟草主要器官同化物干物质量 由表1

可知，韧皮部损伤减少了叶片、根部以及整株干物质的累积，但对茎杆的干物质累积影响不显著。随着TCA 处理浓度增加，叶片干物质重量呈下降趋势，CK1 与5%、10%TCA 处理差异显著， 10%与15%TCA 处理差异不显著。根部表现为随着TCA 处理浓度的增加，干物质重量逐渐下降，其中CK1 与5%、10%TCA 处理差异显著， 10%与15%TCA 处理差异不显著，表现出与叶片一致的趋势。整株干物质重量也保持相同的变化趋势；且15%TCA 涂抹在各器官干物质重量上与物理损伤没有显著差异。

表1 各处理植株器官的干物质重量 （g）

2.1.2 各处理烟草不同叶位叶片干物质量 由表2 可知，越幼嫩的叶片对韧皮部的损伤越敏感，且随着韧皮部损伤程度的加重叶片干重逐渐减小。对上部叶来说，CK1 与CK2 及3个TCA 处理均有显著差异，但10%与15%TCA 处理差异不显著，以15%TCA 处理的干重降幅最大，达18.94%；而中部叶干重CK1 与5%TCA 处理差异不显著，且10%与15%处理之间差异不显著，但5%与10%处理差异显著；下部叶干重则表现一致均无显著差异。且15%TCA 涂抹损伤在各叶位干重上与物理环割没有显著差异。

表2 各处理植株叶片的干物质重量 （g）

2.2 烟草韧皮部损伤对烟碱累积的影响

2.2.1 各处理烟草各器官烟碱积累量 由表3 可知，韧皮部损伤后烟草各器官烟碱积累量显著下降。对叶片来说随着TCA 涂抹浓度的增加叶片烟碱积累量相对CK1 分别下降了13.75、30.43、29.57 mg/株，整体变化趋势与表1 中叶片干物质量变化趋势相同；而根部与茎杆中烟碱的变化趋势相同，在处理后有8～10 mg 的降幅。对总体而言，随着韧皮部损伤程度的加重，由于各器官烟碱积累量下降，导致整体烟碱积累量也逐渐下降；且15%处理在各主要器官烟碱积累量上与物理环割没有显著差异。

2.2.2 各处理烟草各叶位烟碱积累量 由表4 可知，对不同浓度TCA 处理相同叶位而言，处理后各叶片的烟碱含量变化趋势与表2 中处理后各叶片的干物质量变化趋势相同；且15%处理在各叶位烟碱积累量上与物理环割没有显著差异。上部叶烟碱积累量以10%TCA 处理降幅最大，比CK1 降15.46 mg/株。

表3 各处理植株各器官的烟碱积累量 （mg/株）

表4 各处理植株叶片的烟碱积累量 （mg/株）

2.2.3 各处理烟草各叶位烟碱含量 由表5 可知，涂抹TCA 处理后各部位叶片烟碱含量变化趋势与表4中烟碱积累量变化趋势相似，且与CK1 相比，上部叶最大降幅为0.32个百分点、中部叶相对CK1 最大降幅为0.15个百分点，这说明中上部叶烟碱含量的下降并不是由于叶片细胞减少而导致的，而是由于根部烟碱合成量减少所致；且15%TCA 处理各叶位烟碱含量与物理环割没有显著差异。

表5 各处理植株叶片的烟碱含量 （%）

2.3 烟草韧皮部损伤对烟草无机元素累积的影响

2.3.1 各处理烟草各器官钾积累量 由表6 可知，CK2 相对CK1 整株钾含量下降了34.88 mg/株，说明韧皮部损伤对植物钾素的累积影响剧烈。对不同器官而言叶片在CK、5%、10%、15%各处理总钾逐渐下降，降幅分别为2.10、12.05、10.88 mg，说明随着韧皮部TCA 处理浓度的提高叶片钾含量逐渐下降且降幅增大；茎杆在10%处理下才会显著下降，而根部各处理间没有显著差异，这说明烟草各器官钾累积对韧皮部损伤的敏感度不同。总体来说叶片较为敏感而茎杆次之根部最不敏感；且15%TCA 处理各器官钾含量上与物理环割没有显著差异。

2.3.2 各处理烟草叶片钾积累量 由表7 可知，虽然叶片总钾累积量变化趋势与干物质累积量、烟碱累积量变化趋势相类似，但成熟的叶片对韧皮部的损伤越敏感且随着韧皮部损伤程度的加重叶片生长量逐渐减小，这与干物质、烟碱积累量在叶片中的变化趋势完全相反。对下部叶来说CK 与TCA 处理浓度5%及10%均有显著差异，但10%与15%差异不显著；而对中部叶来说CK 与TCA 处理差异显著，但处理间没有显著差异；且15%TCA 涂抹损伤在各处理叶片钾含量上与物理环割没有显著差异。

表6 各处理烟草植株各器官的钾积累量 （mg/株）

表7 各处理植株叶片的钾积累量 （mg/株）

2.3.3 各处理烟草叶片钾含量 由表8 可知，与叶片钾含量类似涂抹TCA 后上部叶钾含量的CK 与处理间没有显著差异，中部叶片钾含量的变化量CK 显著高于各处理但处理间没有差异，而下部叶片钾含量CK 显著高于各处理，且随着TCA 处理含量的提高钾浓度下降越明显。整株表现为上部叶到中部叶钾含量增加逐渐放缓，下部叶表现为负增长；说明涂抹TCA后对上部叶钾含量影响较小，但会显著不同于中下部叶钾的含量。这是因为打顶后植物的库源关系的变化与涂抹后根部钾离子吸收量的减少改变了不同叶位钾离子的总含量，同时由于涂抹后叶片重量发生变化，上部叶重量明显下降导致上部叶钾含量与CK 相比差异并不明显；且15%的TCA 涂抹损伤在各处理叶片钾含量上与物理环割没有显著差异。

表8 各处理植株叶片的钾含量 （%）

3 讨论与结论

3.1 讨 论

根部是植物重要的营养器官，一方面吸收水和无机盐并向上运输，另一方面合成次生代谢物并运输到相应累积器官；韧皮部损伤后，根部长期处于饥饿状态，烟草原有的营养分配模式被打破，养分分配发生调整。该项试验发现，韧皮部损伤后烟草叶片、根部以及整株干物质累积量下降，这可能是因为根部饥饿活性降低，向上运输的水和无机盐减少，导致植物干物质量减少[8]。同时幼嫩叶片的干物质累积量下降幅度显著大于成熟叶片，这是因为植物由根吸收的养分总是优先供应幼嫩的植物组织[9]，所以韧皮部损伤后对上部叶影响最大。此外，由于根部能量供应的影响，地下部分烟碱合成受到阻碍。Mengel K[10]研究表明，烟碱的主要合成部位为根部。根系如果供能受到影响，势必造成烟碱合成受阻，而随着叶片的成熟衰老，烟碱逐渐向上部叶积累[1]，这表明当烟碱合成受阻时最先影响上部叶片。

钾素在植物体内是以离子形态存在的，具有高度的可移动性，能够通过韧皮部进行循环，这对于促进植物生长，提高养分利用效率具有重要意义[11-12]。杨俊兴等[4]、周焱等[5]和尹永强等[6]研究发现环割作为一种茎部截留措施可以有效提高叶片钾的含量。这与该试验韧皮部损伤后烟草叶片、茎杆以及整株钾累积量下降有所区别；这主要是因为以往的环割试验都是物理环割，是将韧皮部全部切断的环割技术，该试验则是韧皮部损伤，在涂抹TCA 后由于韧皮部没有被完全阻断，一方面同化产物运输受阻，另一方面打顶后韧皮部中的钾还能向下运输外流至根部，同时由于钾的吸收是一种主动运输需要消耗能量以及韧皮部损伤后根部的饥饿状态，导致钾吸收量减少，这两方面因素共同造成了钾素含量的下降。与烟碱、干物质量相反，处理后不同叶位钾含量表现为幼嫩叶片CK 与处理差异不显著，而成熟叶片处理随着韧皮部损伤的加重，叶片钾含量逐渐降低，并且其叶片钾浓度也有相应变化趋势，这就排除了生长的稀释效应可能造成钾含量降低的因素，这主要是由于上部叶叶龄小，为了维持叶片生长，需要对已积累的钾素重新分配，因此下部叶叶片的钾含量受影响较为明显[13]。

对于化学损伤与物理环割而言，在TCA 处理浓度达到15%时两种处理方法在各项化学指标上没有显著差异，说明化学损伤与物理环割一样达到了损伤韧皮部的目的。

3.2 结 论

物理环割与15%TCA 的化学损伤涂抹在各化学指标上差异较小。涂抹10%～15% TCA 通过阻断烟株韧皮部筛管的疏导组织切断了同化物的向下运输使根长期处饥饿状态，根的次生代谢物的合成与无机元素吸收受阻、地上部分叶片生长受到影响，使同化产物、烟碱在幼嫩部位累积量降低，而钾在植物成熟部位累积量下降，使植物营养元素在植物体内重新分配。

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