光照和紫外强度对烤烟生长及叶片组织结构的影响

周方舟+程昌新+周冀衡+李强+刘诚+蒋杰+贺丹锋+舒灏+邵建平

摘 要：为了研究光照强度和紫外光照射对烟株生长和叶片组织结构的影响，以云烟87为材料进行4个光处理试验。结果表明，光照强度的减弱和增加紫外光照射推迟了烟株的生育期，各处理现蕾期比对照分别延长了2，9，3 d；光照强度的减弱在一定程度上促进了株高但降低茎围，而增加紫外光照射抑制了株高、有效叶片数、茎围；光照强度的减弱和增加紫外光照降低了叶片的质量，同时增加紫外光照降低了叶肉的所占百分比；随着光照强度的减弱，叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度均呈递减的趋势，而增加紫外光照增加了叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度。叶片厚度最厚的为T3，246.13 μm，最薄为T2，183.28 μm。气孔器最长为CK，201.45 μm，气孔器最宽为T3，165.12 μm，气孔面积和气孔周长最大的为T3。研究结果可为调控烤烟叶片组织结构供理论依据。

关键词：烤烟；叶片；光照

中图分类号：S572 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.04.004

Effects of Light and Ultraviolet Intensity on the Growth and Leaf Structure of Flue-cured Tobacco

ZHOU Fangzhou1，CHENG Changxin3， ZHOU Jiheng1， LI Qiang1， LIU Cheng2， JIANG Jie1， HE Danfeng1， SHU Hao1， SHAO Jianping2

（1.Tobacco Research Institute， Hunan Agricultural University， Changsha， Hunan 410128， China； 2.Yunnan Provincial Tobacco Company Qujing Branch， Qujing， Yunnan 655000，China； 3.Hongyun Honghe Tobacco （Group） Company Limited， Kunming， Yunnan 650231， China）

Abstract： In order to study the influence of light intensity and ultraviolet irradiation on the growth and leaf structure of tobacco， four light treatment experiments were carried out with Yunyan 87 as the material. The results showed that the growth period of tobacco plant was delayed by the decrease of the light intensity and the increase of the ultraviolet irradiation. Each treatment was longer than the control，respectively，2，9，3 d. The decrease of light intensity promoted the plant height but decreased the stem circumference to a certain extent， while the increased ultraviolet irradiation inhibited the plant height， effective number of leaves， stem circumference. The weakening of light intensity and increased ultraviolet irradiation reduced the leaf quality， while increasing the UV irradiation reduced the percentage of mesophyll. With the decrease of light intensity， leaf thickness， palisade tissue thickness and spongy tissue thickness decreased， while increased ultraviolet light increased leaf thickness， palisade tissue thickness and spongy tissue thickness. The thickest leaf was T3，246.13 μm， the thinnest was T2，183.28 μm. The longest stomatal apparatus was CK，201.45 μm， the widest stomatal apparatus was T3，165.12 μm， stomatal area and stomatal circumference maximum was T3.The results can provide theoretical basis for regulation of flue-cured tobacco leaf tissue structure.

Key words： flue-cured tobacco； leaf； light

光照對植物的一系列生理活动有广泛的影响，研究表明，植物叶片数与光照强度呈显著正相关，光照强度对植物株高、叶面积和干物质质量的影响较大[1-3]。光照是调控植物生长的重要环境因子之一，它不但为光合作用的能量来源，而且还作为周边环境的一种信号形式作用于植物，对作物产量的形成起到关键作用[4-7]。烟草是一种喜光的作物，在大田生育期和烟叶品质形成的过程中需要充足的光照[8]，光照强度、光照时间和光质都会影响烟株的形态、生长发育、光合作用、化学成分等内在质量。据报道，全国各烟区烟叶组织结构变幅较大，不同区域间叶片含梗率变幅相差14个百分点，且发现叶片含梗率随纬度下降呈上升趋势，随海拔上升有增加趋势。而紫外辐射和光照强度也呈现相同规律，即纬度越低，紫外辐射越强；海拔越高，紫外辐射越强。因此推断烤烟含梗率可能与紫外辐射和光照强度有关。相关的植物学研究证实，强光下植物栅栏组织高度发达，既可避免干旱地区强烈光照对叶肉细胞的灼伤，又可以有效地利用衍射光进行光合作用，弱光下叶片薄而疏松，特别是机械组织发育较差，植株生长纤弱[9-10]。而紫外辐射和光照强度对烟叶疏导系统（叶脉）和叶片结构的影响研究则鲜见报道。鉴于此，本试验通过人工模拟试验，研究紫外辐射和光照强度对烤烟的生长发育、烟叶疏导系统生长和烟叶结构的影响，丰富烤烟叶片组织结构影响因素的基础研究，为调控烤烟叶片组织结构提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

试验在烟草研究院试验场进行，试验于2016年4—7月份进行。供试品种为云烟87，漂浮育苗，待烟苗长至4叶1心时，选取长势一致的烟苗进行移栽，采用盆栽的方法进行，盆高40 cm，直径31 cm。供试土壤来自湖南农业大学耕园，每盆装风干过筛后土壤6 kg，盆栽土壤为红壤。土壤养分如下：有机质35.32 g·kg-1，全氮1.78 g·kg-1，速效钾157.9 mg·kg-1，有效磷17.21 mg·kg-1，pH值6.6。生理指标及化学指标在湖南农业大学烟草重点实验室分析。

1.2 试验设计

在200 m2塑料大棚内开展试验，试验设置4个处理。CK：正常栽培种植，接受自然光照。T1：用遮阳网进行遮光处理（光照强度约为对照的60%，紫外光强度约为对照的35%）。T2：用紫外滤光膜过滤95%的紫外光条件下种植（光照强度约为对照的20%）。T3：增加强度为3.0 kJ·m-2·d-1紫外光照射条件下盆栽种植。试验UV-A辐射光源由紫外荧光灯提供（320～400 nm，峰值365 nm，嘉兴市天辉照明电器有限责任公司），通过调节灯管距植株顶部的距离模拟增强UV-A光源辐射。烟苗移栽后20 d开始进行处理，每天照射1 h（上午10—11点）阴雨天除外。研究紫外强弱对烟叶含梗率的影响。

1.3 分析项目及测定方法

1.3.1 农艺性状的调查 移栽后定期观察，记录烟株生长状况。选取代表性烟株，调查记录株高、叶长、叶宽、有效叶数、茎围。

1.3.2 烟叶细脉的分离与测定 将主脉和一级侧脉剔除后，用打孔器在余下的叶肉部分随机打孔20片，去除下表皮后置于1%果胶酶溶液中，浸泡3 min，使酶溶液渗透入细胞间隙[11-13]，超声波振荡15 min获得完全分离的烟叶输导系统。在光学显微镜（DMB1-223型，上海Motic Digital）下观察，对所获得的图像利用Chalkiness软件，调整参数RGB值或灰度函数值，使其自动识别背景[14]，用烘干法称量主脈、一级侧脉和细脉的干质量。

1.3.3 鲜烟叶组织结构的测定 在成熟期（移栽后90 d），选取各处理中长势均匀的5株烤烟，在其中部叶（第10片叶）的叶尖向叶基的第6～8条支脉间、主脉左侧相同位置上，用直径1 cm打孔器分别取10片样，然后立即用FAA固定液保存。采用石蜡切片法制片，苏木精、铁矾染色、分色。对制好的切片用麦克奥迪生物显微镜观察照相（×100），使用Motic image advanced 3.2图像分析软件分别测定叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度、上表皮和下表皮厚度，并计算组织比[15]。

1.3.4 气孔器指标 随机选取各处理撕取固定样品5片，撕取下表皮，置于Motic image advanced 3.2显微系统40×物镜下每片随机观察10个视野，记录每个视野气孔器的数量。显微系测量气孔的全长、全宽、口径、周长、面积[16]。

1.3.5 数据处理与分析 所有数据均采用SPSS21.0软件和Excel2013等统计分析软件进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 光照和紫外强度对烤烟生育期的影响

由表1可知，光照和紫外强度处理与对照相比，使烟株在团棵期、旺长期及现蕾期均有不同程度的生长滞后。其中T1处理团棵期比对照延迟了2 d，T2处理延迟了8 d，T3处理延迟了2 d；旺长期T1处理比对照延迟了2 d，T2处理比对照延迟了5 d，T3处理比对照延迟了3 d；现蕾期T1处理比对照延迟了2 d，T2处理延迟了9 d，T3处理延迟了3 d。

2.2 光照和紫外强度对烤烟农艺性状的影响

光照和紫外强度对烤烟农艺性状的影响见表2。从株高来看，表现为T1>T2>CK>T3，弱光在一定程度上能促进株高增长，其中T1处理与CK、T2、T3处理差异显著。从叶长、叶宽来看，各处理差异不显著，可见本试验的光照和紫外强度处理对叶长、叶宽影响不大。从有效叶数上看，表现为CK>T3>T1>T2，CK、T3、T1与T2差异显著，可见光照不足影响了有效叶片数。从茎围上看，最大为CK处理（9.92 cm），最小为T2处理（7.74 cm），具体表现为CK>T3>T1>T2。

2.3 光照和紫外强度对叶片干物质积累的影响

烤烟叶片组成部分干质量及百分数如表3所示，结果表明叶片各组成部分质量差异显著。从叶肉来看，表现为CK>T3>T1>T2，弱光和增加紫外照射降低了叶肉的质量。主脉质量最大的为CK（2.00 g），其次为T3（1.90 g），最轻的为T2（1.32 g）。一级侧脉和细脉表现为T3>CK>T1>T2。从叶片组成部分干质量分配来看，增加紫外照射降低了叶肉的百分比，增加了其他部分的百分比，细脉增加的数值最大。

2.4 光照和紫外强度对烤烟叶片组织结构的影响

由表4可以得出，光照和紫外强度对烤烟叶片组织结构的形态特征有一定的影响。栅栏组织厚度各个处理间差异显著，随着透光率的增加而增大，具体表现为T3>CK>T1>T2。海绵组织厚度最厚的为T3处理（103.39 μm），其次为T1处理（97.21 μm），最小为T2处理（68.32 μm）。叶片厚度在各处理间差异显著，最厚为T3处理（246.13 μm），最薄为T2处理（183.28 μm）。组织比从总体上看为CK>T3>T1>T2。上表皮厚度各处理间差异不显著，最大为CK（25.18 μm）。下表皮厚度表现为T2与CK、T1、T3差异显著，最大为CK（18.65 μm）。

2.5 光照和紫外强度对烤烟叶片气孔的影响

统计结果表5表明，在气孔密度、气孔口径、气孔器长宽比方面各处理差异不显著。气孔器长、气孔器宽各处理差异显著，气孔器最长为CK处理（201.45 μm），其次为T3处理（197.34 μm），气孔器长最短为T2处理（181.92 μm）；气孔器最宽为T3处理（165.12 μm），其次为CK处理（157.45 μm），气孔器宽最短为T2处理（133.12 μm）。气孔面积和气孔周长具体表现为T3>CK>T2>T1。

3 结论与讨论

光照不足和增加紫外光照射延缓了烤烟生育期进程，各处理现蕾期比对照分别延长了2，9，3 d。弱光促进株高、叶长、叶宽的增长，抑制烤烟叶片数和节距的增长。增加紫外光的照射抑制了株高、叶长、叶宽、烤烟叶片数和节距的增长。光在烤烟大田期的生长发育起着至关重要的作用，只有在充足适当的光照下，烤烟才能正常发育、生长和成熟落黄，光照不足和增加紫外光的照射在一定程度上延缓烤烟的生长发育，这与王峥嵘等[17]的研究结果类似。

光照强度的减弱和增加紫外光的照射降低叶片和各组成部分的干物质质量，说明光照和紫外强度是影响烟叶干物质质量的重要因素。光照强度的减弱对叶片组成部分干质量分配影响不大，叶肉、主脉、一级侧脉、细脉含量分别在65.39%～66.52%，20.23%～21.11%，5.01%～5.24%，7.97%～8.26%之间，而增加紫外光的照射降低了叶肉的百分比，增加了其他部分的百分比，细脉增加的数值最大。

光照和紫外强度对烤烟叶片组织结构的形态特征影响很大，增加紫外光照射增加了栅栏组织、海绵组织、叶片厚度。随着光照强度的增加，栅栏组织、海绵组织、叶片、上表皮、下表皮、组织比均有不同程度的增加。叶片最厚为T3处理，246.13 μm；最薄为T2处理，183.28 μm。在本试验中，烟草叶片组织结构的形态特征变化是一种适应不同光照条件的结果。光照强度的不足会使烟叶的光合作用速率降低，导致光系统不能正常工作，从而影响海绵组织的发育，降低栅栏组织和叶片厚度。而增加紫外光照使叶片厚度等增加，这可能是紫外光的照射使叶片蜡质保护性化合物的增加，导致栅栏、海绵组织厚度增加[18]。

本试验采用FAA固定后的烟草叶片样品下表皮观察测定气孔的分布和大小，一般研究气孔采用的样品是新鲜叶片或撕取表皮置于显微镜下观察，或使用印记法研究[19-21]。研究表明受光照强度的影响，叶片气孔分布和形态发生变化[22-24]。本试验结果表明，光照和紫外强度对气孔密度、口径、气孔器长宽比影响不大。T3光处理下的气孔最大，CK处理的次之，T2处理的最小。气孔的变化主要由基因、角质层、外界环境等影响[25]，有关光照强度对烤烟叶片气孔影响的机制还需进一步研究。叶片叶肉分化成光合特性具有明显差异的栅栏组织和海绵组织可能是对叶片内光梯度的一种适应[26]。

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