打顶后氮素供应和腋芽生长互作对烤烟烟碱积累的影响

邱 尧，周冀衡*，黄劭理，刘晓颖，李 强，张 毅

（1.湖南泰谷生物科技股份有限公司，长沙 410128；2.湖南农业大学烟草研究院，长沙 410128；3.广西中烟工业有限责任公司，南宁 530001）

打顶后氮素供应和腋芽生长互作对烤烟烟碱积累的影响

邱 尧1，2，周冀衡1，2*，黄劭理3，刘晓颖1，李 强1，张 毅1，2

（1.湖南泰谷生物科技股份有限公司，长沙 410128；2.湖南农业大学烟草研究院，长沙 410128；3.广西中烟工业有限责任公司，南宁 530001）

为探明氮素与烟碱之间的关系，采用砂培和营养液浇灌的方法，研究了打顶后氮素供应与腋芽生长对烤烟各器官烟碱积累和根部生长素含量的影响。结果表明，打顶后保持抑芽，无氮培养的烟株仍然能够大量合成烟碱；继续供应氮素，烟碱总积累量增加。随着腋芽的生长，烟株根部的生长素含量增加，烟碱的合成受到抑制；无氮状态下，烟碱能够作为氮源被分解以满足腋芽生长的需要。通过互作效应分析，腋芽对烟碱积累和生长素的影响大于氮素。总之，烟株能够利用已积累的和吸收的氮素合成烟碱，腋芽不利于烟碱的积累。

烤烟；打顶；氮素；腋芽；烟碱

烤烟作为一种叶用型经济作物，在栽培过程中，打顶是一项必不可少的措施，其对烟叶产质量的形成具有重要影响［1］。打顶对烤烟最显著的影响是刺激了烟株根系大量合成烟碱，并转移至叶片中贮存［2］。烟碱是人们吸食卷烟制品过程中获得生理强度的主要物质，烟碱含量的高低直接影响烟叶的品质［3］，适宜的烟碱含量始终是烤烟生产中追求的主要目标［4］。作为含氮化合物，烟碱的积累与施氮量呈极显著的正相关［5］，但胡国松等［6］的研究表明，烤烟在移栽后约2个月即达到对氮素吸收的高峰，此时烟株尚未打顶；烟碱积累的高峰发生在打顶之后，表明烟碱的积累与氮素的吸收并不同步［7］。石秋梅等［8］的研究表明，烟碱的合成与氮素的吸收无直接关系。关于烟碱与氮素之间的关系需要进一步的研究。打顶去除了烟株的顶端优势，解除了对腋芽生长的抑制。郭群召等［9］认为，打顶后留杈能够消耗多余的氮素，降低烟碱含量，关于杈烟对烟碱积累的影响尚无系统的报道。本研究对打顶后氮素供应与腋芽生长互作对烟碱积累的影响进行试验，以期为烟叶的控碱工作提供理论依据。

1　材料与方法

1.1试验设计

供试烤烟品种为K326，2013年7月于湖南农业大学烟草研究院人工大棚内进行漂浮育苗。育苗50 d后选取长势一致的烟苗移栽至高15 cm、直径13 cm的塑料盆钵中，盆钵中装入等量石英砂。每天早晚浇入50%浓度的Hoagland营养液100 mL培养7 d，然后改用正常浓度的Hoagland营养液于人工大棚内进行培养。待烟株长至10叶1心时，用无菌刀片切除顶芽，留叶10片，继续培养5 d，再进行处理；此过程一是为了刺激烟株体内烟碱的合成积累，二是腋芽在第5 d才萌发成形。

采用双因素正交试验，因素Ⅰ：营养液供应水平，设（1）Hoagland营养液培养，记“供氮”；（2）无氮Hoagland营养液培养，记“无氮”，处理当天对每株烟用5 L蒸馏水+5 L无氮营养液进行淋洗，以置换出基质中残留的氮素。因素Ⅱ：腋芽处理方式，设（1）始终保持抑芽状态，记“抑芽”；（2）保留腋芽生长，记“留杈”。每个处理10株烟，每天早晚浇入100 mL对应的营养液。

1.2测定方法

于处理的当天（初始值）和第20天取样，每处理取10株。将盆栽烟株根系用蒸馏水洗净后，采用酶联免疫法测定根部的生长素含量，试剂盒由上海华大蛋白基因公司提供；然后整株于105 ℃杀青20 min，于75 ℃烘干至恒质量。准确测定每株烟根、茎、单片叶和腋芽的生物量，将各样品单独粉碎后装入密封袋中保存，用紫外分光光度法测定烟碱含量（质量分数）［10］。

1.3数据处理

采用Excel 2007和SPSS 18.0软件进行数据处理和方差分析。当检定为显著性差异时，引入偏Eta2分析比较氮素和腋芽对烟株烟碱积累量和生长素含量的贡献率［11］。

2　结　果

2.1氮素供应和腋芽生长对烟株生物量的影响

由表1可知，相同氮素环境下，抑芽烟株的根部生物量显著高于留杈烟株，表明腋芽的生长对根系的生长有抑制作用。相同腋芽处理条件下，供应氮素能够显著提高根部的生物量。各处理烟株的地上部分生物量无显著差异。

表1　各处理烟株各器官的生物量 g/株Table 1 Biomass of each organ g/plant

由图1可知，随着烟株生育进程的延长，其中、上部叶的生物量大幅增加。各处理烟株各叶位叶片的生物量无显著差异，但抑芽或供氮均能促进生物量的增加，供氮+抑芽处理烟株各叶位叶片的生物量最高，无氮+留杈处理烟株最低。

图1　各处理烟株各叶位叶片的生物量Fig. 1 Biomass of leaves at different positions

2.2氮素供应和腋芽生长对烟株烟碱积累的影响

由表2可知，相同氮素环境下，抑芽能够提高烟株各器官的烟碱含量，其中对叶片的影响显著，抑芽烟株各器官的烟碱含量为叶＞根＞茎，留杈烟株则表现为根＞叶＞茎。相同腋芽处理条件下，供氮能够提高烟株各器官的烟碱含量，其中对根、叶的影响显著。无氮+抑芽处理烟株各器官的烟碱含量均高于供氮+留杈处理，地上部分差异显著。留杈烟株的腋芽中有烟碱积累。

表2　各处理烟株各器官的烟碱含量 μg/gTable 2 Nicotine concentration in each organ μg/g

由表3可以看出，相同氮素环境下，抑芽能够显著提高烟株各器官的烟碱积累量，烟碱主要在叶片积累。相同腋芽处理下，供氮也能够显著提高各器官的烟碱积累量。腋芽的生长不利于烟碱的积累，各处理中以无氮+留杈处理烟株最低，且其茎部和叶片中的烟碱积累量较初始值分别下降 1.52和132.88 μg/株，整株积累量较初始值下降 88.52 μg/株，降幅11.19%。无氮+抑芽处理烟株的烟碱积累总量比供氮+留杈处理烟株高14.59%，差异显著；表明保持抑芽状态，即使在无外源氮素供应的条件下，烟株仍然能够大量合成烟碱。

表3　各处理烟株各器官的烟碱积累量 μg/株Table 3 Nicotine content in each organ μg/plant

由图2可知，无氮+留杈处理烟株各叶位叶片的烟碱含量低于其他处理，且低于初始值；供氮+抑芽处理烟株各叶位的烟碱含量最高，其次为无氮+抑芽处理；供氮+留杈处理烟株各叶位的烟碱含量较初始值仅略有增加。随着叶位的上升，抑芽处理烟株的烟碱含量增加。

图2　各处理烟株各叶位叶片的烟碱含量Fig. 2 Nicotine concentration in leaves at different positions

由图3可知，抑芽烟株各叶位叶片的烟碱积累量均大幅高于留杈烟株，供氮能够促进叶片的烟碱积累，各处理烟株各叶位的烟碱积累量排序为供氮+抑芽＞无氮+抑芽＞供氮+留杈＞无氮+留杈。无氮+留杈处理烟株第 8叶位以下叶片的烟碱积累量较初始值减少，顶部 3片叶的烟碱积累量略有增加。

图3　各处理烟株各叶位叶片的烟碱积累量Fig. 3 Nicotine content in leaves at different positions

2.3氮素供应和腋芽生长对烟株根部生长素的影响

顶芽是生长素的主要合成中心［12］，打顶后向下运输的生长素急剧减少。由图4可知，随着腋芽的生长，生长素的合成中心恢复，根部的生长素含量增加。留杈处理烟株的生长素含量显著高于抑芽处理烟株，供应氮素能够显著促进根部生长素含量的增加。

2.4氮素供应和腋芽生长对烟株烟碱积累量和生长素影响的效应分析

由双因素方差分析结果（表3）可知，氮素和腋芽对烟株的烟碱积累和生长素含量均有极显著影响（P＜0.01），氮素和腋芽互作对烟碱积累和生长素含量有显著影响（P＜0.05）。由偏Eta2的值可知，对烟碱积累量和生长素含量影响最大的均为腋芽，其次为氮素和两者的互作效应。

图4　各处理烟株根部生长素含量Fig. 4 IAA concentration in root

表3　氮素供应和腋芽生长互作对烟株烟碱积累量和生长素含量的方差分析Table 3 Variance analysis of nitrogen supply and axillary bud growth on nicotine accumulation and IAA of tobacco

3　讨　论

打顶对烟株造成了机械损伤，损伤信号通过茉莉酸途径传递至根部，刺激烟碱的合成［13］；同时，烟株体内的生长素含量降低，能够促进烟株根系的生长［14］。烟碱主要是由根部合成的［2］，本试验中，供氮+抑芽处理烟株的根部生物量显著高于其他各处理，其烟碱积累量也显著高于其他各处理。保持抑芽，能够持续产生损伤信号，刺激烟碱不断合成；本试验中，抑芽烟株的烟碱含量和积累量均显著高于留杈烟株，且随着叶位的上升，烟碱的含量和积累量均增加。烟碱是一类含氮化合物，其含量与氮素营养呈正相关，但烟碱的积累高峰晚于氮素吸收高峰，两者并不同步［7］。杨虹琦等［15］认为，打顶后叶片中的蛋白质降解，并能促使氮素在根部迅速转化为烟碱，本试验的无氮+抑芽烟株在停止氮素供应后，仍然能够继续合成烟碱，表明烟株在打顶前积累的氮素能够积极参与烟碱的合成。

打顶去除了烟株顶端优势，腋芽逐渐萌发［16］。本试验中，留杈烟株根部的生长素含量显著高于抑芽烟株，这与杨洁等［17］的研究结果相一致。生长素对于烟碱的合成具有抑制作用［18］，本试验中留杈烟株的烟碱含量和积累量均显著低于抑芽烟株，尤其表现为供氮+留杈处理烟株低于缺氮+抑芽处理。打顶后抑芽烟株各器官的烟碱含量表现为叶＞根＞茎，而留杈烟株则表现为根＞叶＞茎，这与未打顶时烟株各器官的烟碱含量排序相一致［6］；因此可以认为腋芽是原有顶芽的再生。通过互作效应分析可知，腋芽对烟碱积累和生长素含量的影响最大，其次为氮素。这能够合理的解释在未打顶时，烟株由于体内生长素含量较高，吸收的氮素并未大量参与烟碱的合成；打顶之后烟株才大量积累烟碱。本试验的研究结果表明，烟株体内积累的氮素能够积极的参与烟碱的合成，因此对烟碱的调控工作需要关注烟株在打顶前的氮素吸收量。

腋芽作为烟株的幼嫩生长点，是养分优先供应的部位［19］。植物体内存在氮循环过程［20］，在无氮条件下，烟株需要对已积累的氮素进行重新分配，以满足生长的需要。烟碱的含氮量约为17.3%［21］，是理想的氮源。Wink等［22］发现，豆科植物的种子中通常存在有生物碱，但随着种子的萌发，有生物碱的降解发生。左天觉等［23］通过14C-15N双重标记的烟碱对烟草进行水培试验，在色素和游离氨基酸中检测出放射性，表明烟碱能够参与烟株的氮代谢过程。在本试验中，无氮+留杈处理烟株各器官的烟碱含量均低于初始值，烟碱积累量较初始值减少88.52 μg/株，表明部分烟碱作为氮源再次参与了烟株氮素代谢过程。

4　结　论

本研究表明，打顶后烟株能够利用体内已积累的氮素合成烟碱，继续供应氮素能够促进烟碱的积累。腋芽的生长使根部的生长素含量增加，烟株各器官的烟碱含量降低。在氮素缺乏的条件下，烟碱能够作为氮源被分解利用。

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Interaction Effects of Nitrogen Supply and Axillary Bud Growth after Topping on Nicotine Accumulation in Flue-cured Tobacco

QIU Yao1，2， ZHOU Jiheng1，2*， HUANG Shaoli3， LIU Xiaoying1， LI Qiang1， ZHANG Yi1，2
（1. Hunan Taigu Biological Technology Co.， Ltd.， Changsha 410128， China；2. Institute of Tobacco， Hunan Agriculture University，Changsha 410128， China；3. China Tobacco Guangxi Industrial Co.， Ltd.， Nanning 530001， China）

In order to explore the relationship between nitrogen and nicotine accumulation， we used sand and solution culture to study the interaction effects of nitrogen supply and axillary bud growth on the accumulation of nicotine and IAA in flue-cured tobacco. The results showed that sucker control could stimulate tobacco to synthesize nicotine even without nitrogen supply and nicotine accumulation increased with nitrogen supply. With the growth of axillary bud， the IAA increased， while the synthesis of nicotine was inhibited. Under the no-nitrogen condition， nicotine was broken down to meet the needs of axillary bud growth. Interaction effect analysis showed that axillary bud affected the nicotine accumulation and IAA more significantly than did nitrogen. In conclusion，tobacco can use the accumulated and absorbed nitrogen to synthesize nicotine and axillary bud is not conducive to the accumulation of nicotine.

flue-cured tobacco； topping； nitrogen； axillary bud； nicotine

S572.062

1007-5119（2016）04-0019-05

10.13496/j.issn.1007-5119.2016.04.004

湖南省研究生科研创新项目“去除顶端优势对烟草生物碱和钾素吸收分配的影响及调控技术研究”（CX2014B289）

邱 尧（1987-），男，在读博士，主要从事烟草生理生化研究工作。E-mail：120660970@qq.com。*通信作者，E-mail：jhzhou2005@163.com

2016-01-14

2016-03-27