氮磷钾配施比例对晒红烟碳氮代谢关键酶活性及化学成分的影响

郭濛濛　邱宝平　符云鹏　郭世英　孟莉　郭连民　赵晓军　韩富根

摘要：为探讨氮用量及氮磷钾配施比例对晒红烟碳氮代谢关键酶活性及化学成分的影响，以晒红烟品种大叶黄为材料，测定各处理下不同生育期转化酶（INV）、淀粉酶（AM）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸脱氢酶（GDH）的活性。结果表明：在碳代谢的过程中，低氮处理的INV活性主要在烟叶生长中期起作用，增施氮肥可促使其作用时间提前，N：P2O5在1：（0.5～1.0）内增施磷肥能增强INV的活性。各处理的AM活性在烟叶生长中期起作用，增施氮肥能促使烟叶成熟期淀粉酶活性减弱。在氮代谢过程中，GS活性主要在生长前期起作用；在烟叶成熟期，中氮水平下Gs活性较强。GDH活性主要在生长后期起作用，烟叶成熟期的GDH活性在高氮水平下最强，且在同一氮水平下以中钾水平处理活性较强；晒后烟叶的化学成分在中氮中磷高钾处理下较协调。

关键词：晒红烟；氮用量；氮磷钾配施比例；碳氮代谢；化学成分；酶活性

中图分类号：S572.06文献标志码：A文章编号：1002-1302（2015）05-0095-03

碳氮代谢是烟株最基本的生理代谢过程，其代谢强度及在生长发育过程中的动态变化对烟叶的产量和品质形成具有重大的影响。氮、磷、钾是烟草正常生长发育所必需的大量营养元素，对碳氮代谢过程中各种关键酶活性的变化起决定性的调节作用。有研究表明，在烟草碳氮代谢中，施氮量直接关系到硝酸还原及整个氮代谢的强度，适当增施氮素对烤烟光合作用中碳固定代谢具有显著的促进作用；施磷量对烟叶中后期淀粉酶活性有影响，增施磷肥可以明显提高烤烟淀粉酶的活性，使碳代谢能力增强；钾素作为某些酶的催化剂，能直接参与烤烟的碳氮代谢和多种物质的合成与运输，增强烤烟的抗逆性，改善烟叶的燃烧性，还与烟叶吃味、香味、香气量有关。适宜的氮磷钾配施比例（简称配比）可协调烟叶的内在化学成分，显著提高烟叶品质。吉林省是我国主要的晒烟产区之一，目前仍有相当部分产地晒烟采用传统生产方式，不重视养分的平衡供应，缺钾现象普遍，烟叶钾含量低、燃烧虚弱。本试验研究氮用量及氮磷钾配比对晒红烟生长发育过程中碳氮代谢关键酶活性及化学成分的影响，为指导晒红烟合理施肥、提高烟叶品质提供科学依据。

1.材料与方法

1.1试验材料

试验于2013年在吉林省农安县青山口乡青山口村进行。供试晒红烟品种为大叶黄，试验地土壤为油沙土，含有机质12.70g/kg、碱解氮142mg/kg、速效磷19.89mg/kg、速效钾243.54mg/kg，pH值5.52。

1.2试验设计

试验设氮磷钾3因素3水平，氮水平分别为45kg/hm²（N1）、67.5kg/hm²（N2）、90kg/hm²（N3）；磷水平即N：P203分别为1：0.5（P1）、1：1.0（P2）、1：1.5（P3）；钾水平即N：K20分别为1：1（K1）、1：2（K2）、1：3（K3），共形成9个处理组合（表1），采用L9。（3⁴）正交试验，随机区组排列，3次重复，小区面积为200m²。试验所用肥料为烟草专用复合肥（N、P2O5、K2O含量分别为10%、12%、22%）、硝酸铵磷、磷二铵、硫酸钾等，基追肥比例为8：2。行株距分别为120、50cm，其他栽培管理方式按当地最优措施实施。

1.3样品的采集与制备

各处理选择生长一致的烟株取中部叶（9～10位叶）进行研究，分别在10、20、30、40、50、60叶龄时取样，每张叶片取中间部位去除主侧脉，混合后立即用液氮冷冻，在-80℃冰箱中保存，用于烟叶碳氮代谢关键酶活性的测定。同样部位调制后的烟叶用于测定其化学成分。

1.4指标的测定与方法

1.4.1碳氮代谢关键酶转化酶（INV）活性采用3，5一二硝基水杨酸比色法测定；淀粉酶活性按照文献[6]的方法测定；谷氨酰胺合成酶（Gs）活性测定参照郝再彬等的方法；谷氨酸脱氢酶（GDH）活性测定参照Turano等的方法，在340min处测定30s内吸光度的变化，以1min反应混合液于30℃减少1bunol的NADH定义为1个酶活性单位，GDH活性以1min内1mg蛋白催化NADH减少的量（μmol）表示。

1.4.2主要化学成分按照YC/T159-2002《烟草及烟草制品水溶性糖的测定连续流动法》、YC/T160-2002《烟草及烟草制品

总植物碱的测定

连续流动法》、YC/T161-2002《烟草及烟草制品

总氮的测定

连续流动法》、YC/T217-2007《烟草及烟草制品

钾的测定

连续流动法》、YC/T162-2002《烟草及烟草制品氯的测定连续流动法》测定烟叶中总糖、还原糖、烟碱、总氮、钾和氯的含量，所用仪器为德国布朗卢比公司制造的AA3型流动分析仪。

1.5数据处理

利用Excel2007和SPSS19.0软件进行统计分析。

2.结果与分析

2.1不同处理对晒红烟生长发育过程中碳氮代谢关键酶活性的影响

2.1.1转化酶（INV）

转化酶与植物的碳代谢密切相关，可催化细胞质中蔗糖转化成单糖，促进叶绿体内磷酸丙糖向外运转，使叶绿体中的淀粉积累量减少，并通过与呼吸作用偶联的氧化磷酸化产生能量，使光合碳固定过程加强。转化酶反映了烟叶对光合产物的利用程度，是碳代谢强弱的重要标志。由表2可知，在烟叶生长发育过程中不同处理的转化酶活性均呈现出先增强后减弱的趋势。N1水平下的活性高峰出现在30叶龄时，N2、N3水平下的活性高峰出现在20叶龄时，且N1水平下的活性高峰值高于N2、N3水平，在20叶龄时各处理间差异不显著，说明增施氮肥不能增强转化酶的活性而会促使其活性高峰期提前、下降时间前移。在代谢旺盛时期，同一氮水平下，P2水平下的烟叶转化酶活性最强；在60叶龄时，各处理转化酶活性差异不显著。说明在烟叶生长前期，P2处理能增强烟叶转化酶的活性，有利于糖类物质的外运，加强体内代谢，促进叶片快速生长；但在烟叶成熟时期，不同处理对叶片转化酶活性的影响不显著。

2.1.2淀粉酶（AM）

淀粉酶是碳水化合物代谢过程中的重要酶类，可将叶绿体光合作用中积累的淀粉转化为单糖，因而直接关系到烟叶中淀粉的积累量，进一步影响整个光合碳固定的强度，最终影响到烟叶化学成分的协调性及其香吃味。由表3可以看出，不同处理烟叶淀粉酶的活性在生长前期基本呈增强趋势，在30叶龄时达到高峰，之后持续减弱。在30叶龄时，各处理间差异不显著，且以T6（N2tBKI）处理最高；在烟叶成熟后期，叶片淀粉酶活性从强到弱依次为Nl>N3>N2，且在同一氮水平下K2处理叶片淀粉酶活性较高。说明低氮处理能增强叶片淀粉酶的活性，同一氮水平下中钾处理也能增强叶片淀粉酶的活性，促进淀粉向糖的转化，使烟叶碳代谢增强。在叶片成熟期，各处理中以T2（NIP2K2）水平下叶片淀粉酶活性最高。

2.1.3谷氨酰胺合成酶（GS）

GS是氮素同化的关键酶，作物吸收氮素岳在Gs的作用下合成谷氨酰胺，GS活性可以反映氮素的同化能力，与烟叶产量和品质密切相关。从表4可以看出，在烟叶发育过程中，不同处理的GS活性的变化规律表现不一致。GS活性高峰出现在20叶龄时，以T4（N2PIK2）处理活性较高，T1处理次之，其他处理都维持在较低的水平；在烟叶成熟期，Gs活性较低，这可能与烟株氮素重新分配有关，各处理叶片Gs的活性在中氮、低氮水平下从强到弱依次为N2>N1>N3。说明适宜的氮水平能促进烟抹的氮代谢，有利于氮代谢向碳代谢转化。

2.1.4谷氨酸脱氢酶（GDH）谷氨酸脱氢酶是植物氮素代谢过程中的一个关键酶，能催化谷氨酸的合成和分解代谢。GDH是一种适应性酶，其作用主要由细胞内对谷氨酸和碳骨架的需求所决定。当碳代谢受阻时，GDH的活性会增强。从表5可以看出，在中部叶生长发育过程中，不同施肥处理GDH活性总体呈现出先增强岳将弱的趋势，各处理的GDH活性均在50叶龄时达到最高，且各处理之间差异不显著，说明不同氮用量和氮磷钾配比对GDH活性影响不大。在60叶龄后出现减弱的趋势。说明随着叶片的生长，GDH活性逐渐增强，发育后期随着植株的衰老光合能力下降，氮素在体内积累。

2.2不同处理对晒制后中部叶化学成分的影响

从表6可知，随氮用量的增加，总氮和烟碱含量增加。低氮水平下，随磷、钾用量的增加，总糖含量提高，总氮和烟碱含量显著下降。中氮水平下，中磷、高钾水平（即T5）处理烟叶的烟碱含量显著最低，且总糖含量也最低，这可能与调制期间糖消耗多有关。高氮水平下，随磷用量的增加，总氮、烟碱含量提高，总糖含量也有不同程度的增加，说明氮用量和磷用量对晒红烟碳水化合物和含氮化合物的含量影响较大。在中氮水平下，随着钾用量的增加，K2O含量呈增加趋势。各处理中以中氮、中磷、高钾（即T5）处理的烟叶钾含量显著高于其他处理，说明氮、磷水平过高会影响烟叶中钾的积累。随着氮用量的增加，烟叶氯含量增加，且在同一氮水平下均以低磷处理最低，说明低氮低磷处理可降低烟叶中的氯含量。

3.结论与讨论

本试验结果表明，随着叶片的生长和成熟，INV活性均表现出先增强后减弱的趋势，这与赵宪凤等的研究结论一致。增施氮肥并不能增强代谢旺盛时期转化酶的活性，但可以促使其代谢高峰期前移。N：P2O5在1：0.5～1.0范围内增施磷肥能增强NV的活性，使碳代谢能力增强，有利于糖类物质的外运，加强体内代谢，促进叶片快速生长。在烟叶成熟时期，增施氮肥调整氮磷钾配比对烟叶成熟期INV活性的影响不显著。在整个生育期，不同处理的AM活性呈“减弱增强减弱”的趋势，在30叶龄时代谢比较旺盛。在代谢旺盛的时期，增施氮肥调整氮磷钾配比对AM活性影响不显著。在叶片成熟时，低氮或中钾处理均能增强叶片AM活性，促进淀粉向糖转化，烟叶碳代谢增强。在本试验处理下，叶片AM活性在烟株发育前期较强，之后减弱，在烟叶成熟期活性较弱。这可能是因为前期土壤中氮素含量高，刺激了烟株的氮代谢，随着土壤中可利用氮素含量的降低，烟株中GS活性也随之减弱，至60叶龄时GS活性又增强，标志着烟抹氮素重新分配。在一定范围内随着氮用量的增加，GS活性增强，但氮用量过高会抑制GS活性，不利于氮代谢向碳代谢转化。在整个生育期，GDH活性与GS活性存在相互映衬的关系。GS活性在50叶龄时较弱，而GDH在50叶龄时最高，这是因为GDH作为Gs在不利情况下活性减弱的一种补偿，这也是Ireland等研究的关于当碳代谢受阻时，GDH活性会增强的一个例证。本研究结果表明，增施氮肥调整氮磷钾配比对GDH活性较强时期的GDH活性影响不明显。在烟叶成熟期，在烟叶成熟期，在高氮水平下GDH活性较高，且在同一氮水平下以K：处理其活性最强。烟株碳氮代谢的相互作用是影响调制后烟叶质量和化学成分的根本因素，从以上分析可以看出，降低氮用量、增加施磷比例可以提高晒后烟叶糖含量；降低氮用量可降低烟叶烟碱、总氮的含量；在中氮水平下，增加钾用量可提高烟叶中K20含量；低氮低磷处理可降低烟叶中氯的含量。本试验结果表明，在中氮中磷高钾（即T5）处理下烟叶化学成分较协调。