4种氯化物对烟草生长及生理特性的影响

张永福， 莫丽玲， 董翠莲， 牛燕芬， 赵明方

(昆明学院农学院，云南昆明 650214)

烟草(NicotianatabacumL.)为茄科烟草属一年生草本植物，原产于南美洲，我国各地已引种栽培，现已成为我国重要的经济作物[1]。一般认为，烟草为“忌氯作物”，过量吸氯会严重影响烤烟的品质，如叶片厚而脆、无弹性、香气减少、品质变劣、燃烧性下降等[2]。众多研究表明，对缺氯的土地施用适量的含氯肥料能促进烟叶生长，增强细胞膨压，提高抗旱能力和烟叶产量；同时适量的氯元素能增加烟草叶片的弹性和油润性，降低烟叶破碎率，提高烟叶的内、外品质[3-8]。因此，氯是烟草必需的重要营养元素之一。

烟草是我国重要的经济作物和国民收入的重要来源。迄今，人们还普遍认为烟草是忌氯作物，在烟草生产中仍然不主张施用含氯肥料，而一直施用无氯化肥，有机肥施用相对不足。但实际上烟草为“氯敏感作物”，土壤氯元素无法得到及时补充而迅速下降，导致我国大多数烟区烟叶氯含量偏低，过低的烟叶含氯量逐渐成为影响烟叶质量和工业利用价值的限制因子[6，9-11]。适量施用氯肥，能够促进烟株健壮生长，增强烟株抗逆能力，改善烟叶产量和品质。因此，开展不同施氯量对烟草生长及生理影响的研究，对于如何在生产中控制含氯肥料的施用，确保烟叶产量和品质的提高具有重要意义。

在实际生产中，常常遇到一些棘手的问题，就是烟草生长中施用哪种氯化物效果最好？不同氯化物对烟草生长及生理特性的影响是否相同？不同氯化物施用的最佳剂量是多少？若施用不当，则高浓度氯胁迫会破坏细胞膜结构的完整性，细胞膜选择性丧失，细胞内电解质外渗，使植物电导率和丙二醛含量升高，叶绿素降解，抗氧化酶活性增强，渗透调节物质增加[12-13]。为了确定烟草上适宜施用哪种氯化物作为提供氯元素的肥料以及适宜施用的剂量，本研究以云南省普遍种植的烟草品种红花大金元为试验材料，研究NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2等不同价态和不同浓度的氯化物对烟草株高、茎粗、总生物量、根冠比、叶形态特征、根系活力、膜脂过氧化系统及有机营养物质含量的影响，以期揭示4种氯化物对烟草生长生理的影响机制，为烟草生产中施用含氯化合物补充氯元素提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为云南省普遍种植的烟草品种红花大金元，种子来源于云南省保山市烟草公司，在昆明学院农学院实践基地育苗，待苗长至高12 cm左右时移入22 cm×26 cm营养钵中种植，基质为泥炭+蛭石+珍珠岩(体积比为2 ∶2 ∶1)，每钵种1株，每周浇2次Hoagland营养液，每次每钵浇500 mL。

1.2 试验设计与实施

待烟草长至50 cm时挑选生长健壮、无病虫害、生长整齐一致的植株分别用不同的氯化物进行处理，NaCl、KCl的浓度分别为50、100、150 mmol/L，CaCl2、MgCl2的浓度分别为25、50、75 mmol/L。随机区组处理，每个处理10株，设置12个处理：T1为50 mmol/L NaCl，T2为100 mmol/L NaCl，T3为 150 mmol/L NaCl，T4为50 mmol/L KCl，T5为100 mmol/L KCl，T6为150 mmol/L KCl，T7为25 mmol/L CaCl2，T8为 50 mmol/L CaCl2，T9为75 mmol/L CaCl2，T10为25 mmol/L MgCl2，T11为50 mmol/L MgCl2，T12为75 mmol/L MgCl2，设1个对照(CK)。处理液每天浇1次，每次每株浇250 mL，至处理后15d时采样测定各生理指标，至开花时测定植株形态指标。试验重复4次。测定根系活力的材料为根尖；测定丙二醛含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、氧自由基产生速率、过氧化氢含量的材料为新鲜、成熟、健康的叶肉组织；测定可溶性糖含量、淀粉含量、可溶性蛋白质含量、游离脯氨酸含量的材料为成熟、健康的叶片于95 ℃烘干磨碎后过100目标准筛的粉末。

1.3 指标测定与分析

用卷尺分别测定烟草的株高、叶片长度和叶片宽度；用游标卡尺测定烟草的茎直径和叶片厚度；用电子天平(精密度0.001 g)称取植株生物量；把整个植株清洗干净后于95 ℃烘箱烘干，称取地上部和地下部的质量，根冠比 = (地上部干质量/地下部干质量)×100%；叶形指数 = 叶片长/叶片宽。

根系活力采用2，3，5-三苯基氯化四氮唑(TTC)还原法测定；丙二醛含量采用双组分光光度法测定；SOD活性采用氮蓝四唑(NBT)光氧化法测定；POD活性采用愈创木酚-H2O2显色法测定；氧自由基产生速率采用羟胺法测定；过氧化氢含量采用硫酸钛-浓氨水显色法测定；可溶性糖含量采用硫酸-苯酚法测定；淀粉含量采用碘-碘化钾显色法测定；可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G250法测定；游离脯氨酸含量采用酸性茚三酮显色法测定[14]。所有指标均测定3次，取平均值。

1.4 数据处理

数据采用SPSS 22.0软件进行Duncan氏差异显著性分析，采用Excel 2010软件作图。

2 结果与分析

2.1 4种氯化物对烟草植株形态特征的影响

从表1可以看出，4种氯化物处理对烟草株高、茎直径、总生物量和根冠比的影响较大。T1处理的株高最高，分别比T3、T7、T8、T9处理高30.57%、27.23%、30.57%、30.85%，T1处理与这4个处理间差异显著。茎直径最大的为T7处理，显著大于除T10和CK外的各处理；T1、T2、T4、T5、T6处理则显著小于其他处理，与CK相比分别低48.83%、52.05%、50.68%、51.61%、50.91%；此外，T11处理的茎直径也显著小于CK。T2和CK处理的总生物量显著高于其他处理，而T1、T3、T4、T5、T6、T8、T9、T12处理则显著低于其他处理，分别比CK低41.72%、39.25%、39.73%、39.88%、43.60%、42.23%、45.55%、43.04%。T9处理的根冠比显著高于其他各处理，比CK高118.03%；T1、T2、T3、T6、T7、T12处理也显著高于CK，而T4处理则比CK低 27.70%，处理间差异显著。

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著性(P<0.05)。表2同。

2.2 4种氯化物对烟草叶片形态特征的影响

从表2可以看出，4种氯化物处理对烟草叶片数、叶片厚、叶长、叶宽和叶形指数均产生一定影响。除T5处理的叶片数显著低于其他处理外，其他不同处理间差异不显著；与CK比较，T5处理叶片数减少了40.22%。T1处理的叶厚显著大于T4、T6、T7、T12处理，而T6处理显著小于其他处理，比CK低44.00%。T8处理的叶长显著短于除T3、T9处理外的各处理，比CK短13.45%，其他处理间差异不显著。T2、T6、T7、T9、T10、T11、T12处理的叶宽显著高于T4、T8处理；T4、T8处理的叶宽分别比CK低10.51%、11.21%。T4、T5处理的叶形指数显著大于T2、T7、T9、T11处理，T4、T5处理的叶形指数分别比CK高9.72%、5.56%。

2.3 4种氯化物对烟草根系活力和叶片丙二醛含量的影响

4种氯化物处理对烟草的根系活力和叶片丙二醛含量造成较大影响。与CK相比，T1、T2、T3、T4、T8、T9、T10、T11处理的根系活力均下降，分别降低了36.77%、30.83%、35.15%、46.38%、53.66%、62.23%、56.85%、56.68%；T5、T7处理分别比CK上升了40.68%、42.81%，处理间差异显著(图1-A)。T2、T3、T4、T7、T8、T9处理的丙二醛含量分别比CK高186.98%、204.73%、160.35%、126.63%、181.06%、118.93%，且差异显著，其他处理与CK间差异不显著(图1-B)。

2.4 4种氯化物对烟草超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性的影响

4种氯化物处理对烟草叶片SOD活性影响较大，而对POD活性的影响相对较小。T4、T5处理的SOD活性显著高于其他处理，分别比CK高223.88%、225.42%；T1、T2、T9、T12处理的POD活性也显著高于CK，分别比CK高153.82%、132.51%、133.02%、96.46%；T3处理的POD活性则比CK低48.37%， 处理间差异显著(图2-A)。T10处理的 POD活性显著高于其他处理，比CK高39.38%，T11处理比CK高20.67%，处理间差异显著性；T1处理则显著低于CK，比CK低43.30%，其他处理与CK的差异不显著(图2-B)。

表2 4种氯化物对烟草叶片形态特征的影响

2.5 4种氯化物对烟草氧自由基产生速率和过氧化氢含量的影响

4种氯化物处理使烟草叶片氧自由基产生速率和过氧化氢含量有不同程度的上升。除T1、T4处理外，其他处理的氧自由基产生速率均显著高于CK，T2、T3、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T11、T12处理分别比CK高22.52%、36.97%、32.60%、33.59%、24.47%、18.91%、22.05%、22.46%、27.18%、41.30%(图3-A)。不同处理的过氧化氢含量显著高于CK，T1至T12处理分别比CK高51.90%、77.10%、75.14%、49.33%、66.75%、66.52%、32.40%、31.35%、24.91%、54.36%、40.87%、60.92%(图3-B)。

2.6 4种氯化物对烟草可溶性糖和淀粉含量的影响

4种氯化物处理对烟草叶片可溶性糖和淀粉含量影响较大。T6、T8处理的可溶性糖含量分别比CK高44.83%、32.02%，处理间差异显著；T1、T3、T5、T12处理则分别比CK低26.60%、22.66%、29.06%、21.18%，处理间差异显著(图4-A)。T10处理的淀粉含量显著高于其他处理，比CK高76.85%，处理间差异显著；T8、T11、T12处理分别比CK高14.78%、31.24%、37.80%，处理间差异显著；T1处理则显著低于CK，比CK低40.45%(图4-B)。

2.7 4种氯化物对烟草可溶性蛋白质和游离脯氨酸含量的影响

4种氯化物处理对烟草叶片可溶性蛋白质和游离氨基酸含量产生的影响较大。T11、T12处理可溶性蛋白质含量显著低于CK，分别比CK低30.34%、20.34%，其他处理与CK差异不显著(图5-A)。T1、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T11、T12处理游离脯氨酸含量显著高于CK，分别比CK高 44.64%、78.78%、250.00%、208.93%、242.86%、50.00%、57.14%、184.82%、87.50%、119.64%、95.53%(图5-B)。

3 讨论与结论

烟草虽为氯敏感作物，但氯元素也是烟草生长发育过程中必需的营养元素之一，虽需求量很少却不可替代[1]。氯是构成烟草叶绿体和光合反应中辅酶的不可或缺的元素，Cl-在光合电子传递中能够平衡电荷，保证光合作用的顺利进行[15]；Cl-可维持细胞的渗透压和膨压，减少植株水分丧失，保持叶片的固有形态[16]，调控气孔开度，提高烟草抗逆性[17]等。当土壤中氯含量无法满足烟草对氯元素的正常需求时，需施用含氯化肥或有机肥以补充氯素营养。适量的氯元素可提高烟草叶片产量[3]，在一定范围内，烟叶产量随施氯量的增加而相应地增加[18-19]。含氯量适合的烟叶膨压高，挺立面积大、时间长，吸收光照充足，光合效率高，因此适量的氯元素能够提高烟叶的产量和产值，但氯元素超过一定的范围时，烟叶产量和产值都明显下降[20]。本研究发现，50 mmol/L NaCl处理后烟草株高最大，25 mmol/L CaCl2处理后茎直径最大，75 mmol/L CaCl2处理后的根冠比最大；除CK外，100 mmol/L NaCl处理后的总生物量最大。50 mmol/L NaCl处理后的叶片厚度最大，150 mmol/L KCl处理的叶片厚度则显著小于其他处理；50 mmol/L KCl和CaCl2处理后烟草叶片宽度显著小于CK，50、100 mmol/L KCl处理后的叶形指数最大。结果表明，不同氯化物的不同浓度对烟草的植株和叶片形态特征影响较大，100 mmol/L NaCl处理对烟草增产效果较好。

施用适量氯肥有利于提高烟草的根系活力[21]，这与本研究的结果相似，100 mmol/L KCl和25 mmol/L CaCl2处理后烟草的根系活力显著高于其他处理，75 mmol/L MgCl2处理后则略高于CK。丙二醛是植物细胞膜脂过氧化的产物，丙二醛含量升高，说明植物细胞膜受到氧化破坏，其含量越高，破坏程度越大。李春雷报道，低浓度氯对幼龄茶树不会造成伤害，但氯离子浓度超过20 mmoL/L时则造成严重伤害[12]。本研究结果显示，100 mmol/L和150 mmol/L NaCl，50 mmol/L KCl，25、50、75 mmol/L CaCl2处理后的丙二醛含量显著高于其他处理，说明这些处理后对烟草叶片细胞膜的伤害较大。超氧化物歧化酶和过氧化物酶是植物在长期进化过程中形成的可有效清除活性氧的酶类，在正常情况下，这些酶能够使植物体内的活性氧处于产生和消除的动态平衡，避免细胞受到伤害。SOD是植物细胞免受活性氧伤害的第一道防线[22]，将氧自由基歧化为H2O2，然后再由POD和CAT进一步将H2O2催化形成水，彻底清除氧自由基的伤害。在低浓度氯离子胁迫下，SOD、POD活性逐渐上升，但随着氯离子浓度的升高，积累的活性氧超出了其清除能力，SOD、POD活性也随之下降[12]。H2O2含量的持续升高将加剧膜质过氧化物反应，使丙二醛含量升高，造成膜损伤。本研究中，50、100 mmol/L KCl处理后的SOD活性显著高于其他处理，50、100 mmol/L NaCl，75 mmol/L CaCl2，75 mmol/L MgCl2处理后的SOD活性也显著高于CK；25 mmol/L MgCl2处理后的POD活性显著高于其他处理，50 mmol/L MgCl2处理后的POD活性显著高于CK；4种氯化物的不同浓度处理后，烟草叶片的氧自由基产生速率和过氧化氢含量均高于CK，其中75 mmol/L MgCl2处理后的氧自由基产生速率最高，100、150 mmol/L NaCl处理后的过氧化氢含量最高；而50 mmol/L NaCl，50 mmol/L KCl处理后的氧自由基产生速率最低。

氯元素广泛分布在烟草的各器官中，与烟草的品质密切相关。适宜的氯含量能够提高烟叶的产量，但若氯含量过多，烟叶淀粉积累过多，来不及分解转化为蔗糖，阻碍了光合作用的进行，致使产量下降[18]。从生理角度来看，决定烟草品质的可溶性总糖、蛋白质、烟碱含量及其比例等与碳氮代谢有密切的关系[23]。本研究发现，150 mmol/L KCl，50 mmol/L CaCl2处理后烟草叶片可溶性糖含量显著高于CK；25 mmol/L MgCl2处理后的烟草叶片淀粉含量显著高于其他处理，50 mmol/L CaCl2，50、75 mmol/L MgCl2处理后的淀粉含量显著高于CK；50、75 mmol/L MgCl2处理后可溶性蛋白质含量显著低于CK。脯氨酸是植物细胞抗氧化系统中重要的非酶类物质，在清除活性氧方面起着关键作用，是植物重要的抗逆生理指标[24-25]。随着氯离子浓度的增加，脯氨酸含量显著升高，表明脯氨酸在清除活性氧方面起到了重要作用[12]，本研究也得到了类似的结果，4种氯化物的不同浓度处理后游离脯氨酸含量均高于CK，但100 mmol/L NaCl处理后与CK差异不显著。