根部温度和氮素形态互作对烤烟生长和钾素积累的影响

邱尧，周冀衡，黄劭理，李强，张毅，刘晓颖

1 湖南农业大学烟草研究院，长沙 410128；

2 湖南农业大学生物科学技术学院， 长沙 410128

根部温度和氮素形态互作对烤烟生长和钾素积累的影响

邱尧1,2，周冀衡1,2，黄劭理1,2，李强1，张毅1,2，刘晓颖1

1 湖南农业大学烟草研究院，长沙 410128；

2 湖南农业大学生物科学技术学院， 长沙 410128

采用盆栽试验，研究了根部不同温度和不同氮素形态的互作对于烤烟生长和钾素积累的影响。结果表明：提高根部温度和供应NO3-N比例，能够显著促进烟株的生长，根系活力和钾素积累增加。根部温度为10℃和18℃时，供应的NH4-N烟株根系对钾素的吸收能力较弱；当根部温度为35℃时，供应100%NO3-N的烟株生长旺盛，但供应NH4-N的烟株生长受到强烈抑制，根部生物量下降，并有大量的钾素外泌。通过分析可知，氮素形态对烟株生长和钾素积累的影响大于根部温度。提高根部温度和供应硝态氮有利于烟株的生长和钾素的吸收；当根部温度较高时，氨态氮不利于烟株的生长。

根部温度；氮素形态；烤烟；钾素

根系不仅对植物的生长起固定支撑作用，同时还是植物的主要吸收器官，具有吸收水分、矿质元素等生理功能，是连接土壤与植物之间的物质交换桥梁[1]。根区温度是重要的生态因子之一，有研究表明，根区温度1℃的变化就能引起植物生长的明显变化，植物的生长发育更多受根温的影响[2]。贾志红等研究发现覆盖地膜能够改善土壤环境，促进烟株的根系生长，提高产、质量[3-4]。冯玉龙等研究了不同根部温度对甜椒生理特性的影响，发现适宜的根部温度能够提高光合速率，促进叶片的生长[5]。闫秋艳等研究了不同根部温度对黄瓜生长和养分吸收的影响，发现提高根部温度，能够促进黄瓜的生物量积累和矿质元素的吸收[6]。但关于根部温度对烟草生长的影响尚少见报道。

钾素是烟草体内60多种酶的活化剂，参与烟草的碳氮代谢等生理活动，能够提高烟株的抗逆性；此外，钾素还被称为烟草的“品质元素”，对于烟叶的质量有重要影响[7]。研究表明，烟叶的钾含量与香气量和香气质呈正相关；钾含量高能够降低烟叶的燃烧温度，减少有害物质的产生[8]。烟叶含钾量是衡量烟叶品质的重要指标之一，较低的钾含量制约我国烟叶质量的提高。本试验通过水浴循环装置进行温度设定，研究不同根部温度与氮素形态互作对烤烟生长和钾素吸收积累的影响，目的是为优质烤烟的生产提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

供试烤烟品种为K326，2013年9月于湖南农业大学烟草研究院人工大棚内进行漂浮育苗。试验采取砂培，待烟苗长至6叶期时作为试验材料进行处理。将长势一致的烟苗移栽至高15cm、直径13cm内装等量过60目筛石英砂的塑料盆钵内,盆钵上部有盖，防止水分蒸发，置于人工气候箱中，用Hoagland全素营养液进行培养。待移栽烟株长到8叶1心后，开始处理。试验为双因素正交试验，Ⅰ因素：保持营养液中的氮素浓度不变，调节氮素形态，设100%NH4-N、50% NH4-N+50% NO3-N、100% NO3-N三种氮素供应，以下分别记为A、B、C；对于供应铵态氮的处理烟株，每株用5L蒸馏水+5L对应营养液进行淋洗，置换出基质中原有氮素。Ⅱ因素：将盆钵置于水浴循环装置中保持根部温度恒定，盆钵与循环水相隔离，根部温度设置10℃、18℃、26℃、35℃。

人工气候箱环境设置：光照强度15000Lux，12h，无光照12h；温度恒定为26℃，湿度60%。每个处理6株烟，处理20d后取样。

1.2 测定方法

按照《中华人民共和国烟草行业标准烟草农艺性状调查方法》(YC/T142—1998) 测定烟株的生物学性状和生物量；根系活力的测定采用TTC法[9]；将各盆栽烟株根部洗干净后整株于105℃中杀青20min，然后于75℃中烘干至恒重。准确称取每株烟的根、茎、叶的干重，将各样品粉碎后单独装入密封袋中保存待测,钾素的测定方法采用火焰光度法[10]。

1.3 数据处理

采用Excel2007和Spss18.0进行处理分析，引入偏Eta2作为分析根温和氮素形态对烟草生长和钾素积累贡献率的指标[11]。

2 结果

2.1 根系温度及氮素形态互作对烟株生物学性状的影响

由图1可知，相同根温条件下，提高供应NO3-N的比例，能够促进生物学性状的增加；供应100%NO3-N烟株的生物学性状显著高于供应NH4-N的烟株。随着根温的提高，烟株的生物学性状增加，供应NH4-N的烟株的生物学性状在根温为26℃时最高；当根温为35℃时，供应NH4-N的烟株生物学性状较初始值仅略有增加，可知此时其生长受到抑制，但供应100%NO3-N的烟株生长依然旺盛，生物学性状在各根温处理中最高。此外，提高根温还能够促进叶片的发生（表1），供应100%NO3-N的烟株叶片数高于供应NH4-N的烟株；当根温为35℃时，供应NH4-N的烟株叶片数较初始值仅增加1片。

图1 不同根部温度和氮素形态处理烟株的生物学性状Fig.1 Biological characteristics of plant under different root temperature and nitrogen treatment

表1 不同根部温度和氮素形态处理烟株的叶片数Tab.1 The number of plant leaves under different root temperatu re and nitrogen treatment

2.2 根系温度及氮素形态互作对烟株生物量的影响

由图2可知，在相同根温下，随着供应NO3-N的比例增加，烟株干物质积累增加；其中供应100%NO3-N的处理烟株各部位的干物质重显著高于供应NH4-N的烟株。提高根温，能够促进烟株各部位的干物质积累；当根部温度为35℃时，供应NH4-N烟株的生物量增加缓慢，且根部生物量较初始值下降，其中100% NH4-N和50% NH4-N+50% NO3-N处理烟株分别下降0.22g/株和0.15g/株；供应100%NO3-N的烟株生物量继续增加。

图2 不同根部温度和氮素形态处理烟株各器官干物质重Fig.2 Dry weight of plant under different root temperature and nitrogen treatment

2.3 根系温度及氮素形态互作对烟株钾素积累的影响

由图3A可知，随着根温的提高，烟株各部位的钾浓度增加；供应50%NH4-N能够提高叶中的钾含量，但与供应100%NO3-N的烟株无显著差异；根温为10℃和18℃时，供应NO3-N能够提高根部的钾浓度；当根温为35℃时，供应NH4-N的烟株根部钾浓度急剧下降，显著低于其他各处理，但叶片仍保持较高的钾浓度。

图3 A 不同根部温度和氮素形态处理烟株各器官的钾素浓度Fig.3A Potassium concentration of plant under different root temperature and nitrogen treatment

由图3B可知，相同根温下，提高NO3-N的比例，烟株的钾积累量增加。供应100%NO3-N的烟株钾积累量显著高于其他处理。随着根温的提高，烟株的钾素积累量增加；当根温为10℃和18℃时，供应NH4-N的烟株根部钾积累量较初始值有减少；供应NH4-N的烟株钾积累量在根温为26℃时最大，当根温为35℃时，供应100% NO3-N的烟株钾积累量继续增加；供应含NH4-N的烟株钾积累量显著低于其他处理，其中供应100% NH4-N和50%NH4-N+50%NO3-N的烟株根部的钾含量较初始值分别下降11.63 mg/株和11.02 mg/株，有烟株的钾素外泌发生，供应100% NH4-N的烟株钾总积累量下降9.13 mg/株。

图3 B 不同根部温度和氮素形态处理烟株各器官的钾素积累量Fig.3B Potassium accumulation of plant under different root temperature and nitrogen treatment

2.4 根系温度及氮素形态互作对烟株根系活力的影响

根系活力是衡量根系功能的主要指标之一。由图4可知，随着根温的提高，烟株的根系活力增加，供应100% NO3-N的烟株根系活力显著高于供应NH4-N的烟株。当根温为35℃时，供应100% NO3-N的烟株仍保持较高的根系活力，但供应NH4-N的烟株根系活力显著下降，由前述可知，此时根系生长受到强烈抑制。

图4 不同根部温度和氮素形态处理烟株的根系活力Fig.4 Root activity of plant under different root temperature a nd nitrogen treatment

2.5 根部温度和氮素形态对烟株生物量和钾素积累的影响效应分析

由双因素方差分析（表2）可知，根部温度、氮素形态及其互作效应对烟株的生长和钾素积累均有显著影响（P＜0.05）。由偏Eta2的值可知，氮素形态对烟株叶面积、生物量和钾素积累的贡献率最大，其次为根部温度和两者互作。

3 讨论

根系是植物的主要吸收器官，根系的生长状况和活力水平直接影响地上部的生长[12]。本试验表明，随着根部温度以及供应NO3-N比例的提高，根系活力上升，促进烟株的生长，叶片发生速度加快，烟株的生物量增加[13-14]，供应100%NO3-N烟株的生物量显著高于供应NH4-N的烟株；供应NH4-N烟株在根温为26℃时长势最好。当根温为35℃时，供应100%NO3-N的烟株生长旺盛；供应NH4-N烟株的根系活力显著低于其他处理，烟株生长受到强烈抑制，生长基本停滞，根部生物量下降。这可能主要是由于在根部高温环境下，NH4+对根部的细胞膜造成较大的损伤，使细胞衰老凋亡造成的[15]。通过分析可知，氮素形态对烟株叶片生长和生物量积累的贡献率最大，根部温度次之，两者互作效应最低。

表2 根部温度和氮素形态互作对烟株生长和钾素积累的方差分析Tab.2 Variance analysis of effect of root temperature and nitr ogen form on the growth and potassium accumulation of tobacco

根系对NH4+的同化吸收需要消耗大量的碳水化合物，并导致氢离子的净流出[16-17]；而烟株对K+的吸收是主动运输；因此烟株对同为一价阳离子的NH4+和K+的吸收存在拮抗关系[18]。本试验中，供应NH4-N的烟株叶片中的钾浓度略高于供应100%NO3-N的烟株，但钾积累量显著低于后者，这与烟株的生长稀释效应有关。洪丽芳等研究发现，地膜覆盖能够提高烟株的含钾量，这与本试验中随着根部温度的提高烟株的钾素积累量增加结果相一致[19-20]。当根温为10℃和18℃时，供应NH4-N烟株的根部钾浓度显著低于供应100%NO3-N的烟株，且钾积累量下降，但总积累量保持增加；表明在较低根温下，烟株根系的的吸收能力较弱，钾素被优先供应给地上部分以满足生长需要[21]。本试验表明，当根温为35℃时，供应100%NO3-N的烟株钾积累量继续增加，但供应NH4-N的烟株根部有严重的钾素外泌发生，这可能与NH4+对细胞膜的损伤有关[15]；同时，供应100%NH4-N的烟株钾素总积累量略有下降；可知NO3-N能够提高烟株对根际环境的适应性。通过分析可知，氮素形态对烟株钾积累量的贡献率最大，根部温度次之，两者互作效应最低。

4 结论

提高根部温度和供应硝态氮有利于烟株的生长和钾素的吸收；当根部温度较高时，氨态氮不利于烟株的生长。

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Interaction effects of root temperature and nitrogen form on growth of and potassium accumulation in fue-cured tobacco

QIU Yao1,2,ZHOU Jiheng1,2,HUANG Shaoli1,2,LI Qiang1,ZHANG Yi1,2,LIU Xiaoying1
1 Institute of Tobacco ,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China；
2 College of Biological Science and Technology,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China

A pot experiment was carried out to study interaction of root temperature（10℃、18℃、26℃、35℃） and nitrogen form（100%NH4-N、50%NH4-N+50%NO3-N、100%NO3-N）on biomass and nicotine accumulation in tobacco.Results showed that,increase of root temperature and proportion of NO3-N supplied could significantly promote growth of tobacco,and increased root activity and potassium accumulation.When root temperature was at 10℃ and 18℃ ,the root absorption ability of plant cultivated by NH4-N was weak.When the root temperature was at 35℃,plants cultivated by 100%NO3-N grew vigorously,while plants cultivated by NH4-N were strongly inhibited,and root biomass decreased and potassium spillover occurred.It was concluded that nitrogen form had stronger in fluence than root temperature on the growth and potassium accumulation in tobacco.

root temperature;nitrogen form;flue-cured tobacco;potassium

邱尧，周冀衡，黄劭理,等.根部温度和氮素形态互作对烤烟生长和钾素积累的影响[J].中国烟草学报，2015,21（3）

红云红河集团云南基地烤烟品种立体优化布局研究（HYHH2012YL03）；北回归线火山灰土壤区域特色优质烟叶研究与开发（2010YN25）

邱尧（1987—），在读博士，主要从事烟草生理生化研究，Email：120660970@qq.com

周冀衡（1957—），教授，主要从事烟草科学与工程技术研究，Email：jhzhou2005@163.com

2014-06-11

: QIU Yao,ZHOU Jiheng,HUANG Shaoli,et al.Interaction effects of root temperature and nitrogen form on growth of and potassium accumulation in flue-cured tobacco [J]Acta Tabacaria Sinica,2015,21(3)