摘除不适用叶与喷施光碳核肥对烤烟上部叶生理代谢及品质的影响

刘 领，李 冬，申洪涛，白 峰，赵世民

1.河南科技大学农学院，河南省洛阳市开元大道263号 471023

2.河南中烟工业有限责任公司技术中心，郑州市经开区第3大街9号 450000

3.河南省烟草公司洛阳市公司技术中心，河南省洛阳市开元大道246号 471023

烤烟上部叶数目占整株烟叶数目的三分之一，占整株总产量的30%～40%，且口感浓度饱满、香气量足，是卷烟配方中的重要原料［1］。国外上部烟叶在卷烟配方中的使用率占整个烟叶的40%，而我国上部烟叶在卷烟工业中的可用性偏低，主要原因与我国上部叶开片不佳、叶片偏厚、组织结构紧密、内在化学成分不协调等有关［2］。研究表明通过摘除田间不适用鲜烟叶，能改善烟叶群体生长环境，协调烟株个体养分分配，提高烤烟上部叶的开片度和烤后烟叶的内在品质［3］。李伟等［4］研究表明，上部烟叶的单叶质量和含梗率由摘除下部烟叶的数量、摘除时期以及摘除顶部叶片数共同调控，烤烟上部烟叶的开片度、叶片厚度、平衡含水率、叶面密度主要受摘除下部烟叶数量的影响。

在烟叶成熟期，通过加强水分管理、平衡施肥、化学调控、改进烘烤技术等措施能提高上部烟叶的可用性［5］，其中喷施叶面肥肥效快，能及时补充烟株养分，改善烟株营养，促进叶片生长，是一种较为经济有效的手段［6］。豫西烟区是我国著名的优质烟叶产区之一，然而因烟叶生长期降雨量较少，导致上部叶开片不充分、工业可用性低等问题十分突出［7］。光碳核肥是一种新型环保的叶面肥，又称CO2捕集剂，能够增强植物叶片的光合性能，促进植物对营养元素的吸收与转化［8-10］。目前，田间摘除不适用烟叶与喷施叶面肥相结合对烤烟上部叶开片及品质的影响鲜有报道。为此，通过研究豫西烟区摘除下部不适用叶与喷施光碳核肥对烤烟上部叶生理代谢及品质的影响，旨在为当地烟叶生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2017年，在洛阳市宜阳县石村现代烟草农业示范区（34°54′N，111°82′E）进行试验，供试烤烟品种为豫烟6号。供试叶面肥为光碳核肥，成分为10%氨基酸、20%微藻、10%酵母糖、5%吸附剂、1%磷酸乙二胺、1%胶体剂、2%吸水剂、1%络合剂和50%纯净水，由南阳东仑生物光碳科技有限公司提供。试验地年均气温13.7℃，年均无霜期216 d，年降水量600～800 mm。土壤质地为褐土，土壤基本理化性质：pH 8.1，有机质含量12.8 g·kg-1，碱解氮55.6 mg·kg-1，速效磷 10.2 mg·kg-1，速效钾 136.7 mg·g-1。

1.2 试验设计

在田间烟株50%中心花开放时，统一摘除长度小于20 cm的顶叶。正常打顶，打顶时设置3个处理。CK（对照）：打顶时不摘除下部不适用叶，留22片叶，喷施清水；T1处理：打顶时摘除下部6片不适用叶，留16片叶，喷施清水；T2处理：打顶时摘除下部6片不适用叶，留16片叶，喷施光碳核肥。每个处理随机排列，重复3次，每个小区面积50 m2（10 m×5 m）。打顶当天，将光碳核肥溶液（光碳核肥∶水=1∶250）均匀喷施于烟片正反两面，以叶片湿润且无溶液滴下为宜，同时CK与T1喷施等量清水。

试验田按当地生产要求统一施用375 kg·hm-2芝麻饼肥、300 kg·hm-2烟草专用复合肥（N∶P∶K=8∶10∶12）、150 kg·hm-2硫酸钾和150 kg·hm-2生物炭（基肥）。烟株缓苗期追施75 kg·hm-2硝酸钾（提苗肥）。烟苗统一在5月8日移栽，田间行距1.2 m，株距0.5 m，密度为16 665株·hm-2，其他田间管理措施按照洛阳市烤烟生产技术标准执行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶面积测定

于打顶当天、打顶后10、20和30 d，选取各处理预先标记（打顶前将株高相近的烟株进行挂牌）的长势均匀且具有代表性的10株健康烟株，测量第3片叶（从上往下）的叶长和叶宽，并计算叶面积（叶面积=叶长×叶宽×0.634 5）。

1.3.2 叶绿素相对含量测定

不同处理中，于打顶当天、打顶后10、20和30 d，使用SPAD-502叶绿素测定仪（日本Konica Minolta公司）分别测定5株挂牌烟株第3片叶（从上往下）的叶绿素相对含量（SPAD值）。

1.3.3 光合指标测定

不同处理中，于打顶当天、打顶后10、20和30 d，使用Li-6400型便携式光合系统分析仪（美国LI-COR公司），在上午9:00—11:00分别测定5株挂牌烟株第3片叶（从上往下）的净光合速率（Pn）、胞间二氧化碳浓度（Ci）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）。测定条件：开放式气路，内置光源，光强为 1 500 μmol·m-2·s-1。

1.3.4 碳氮代谢酶活性测定

不同处理中，于打顶当天、打顶后10、20和30 d，采集5株挂牌烟株的第3片叶（从上往下），用锡箔纸包住，立即带回实验室测定碳氮代谢相关酶活性。采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定淀粉酶（Amylase,AM）活性与转化酶（Invertase,Inv）活性［11］。淀粉酶活性以单位质量样品在一定时间内生成麦芽糖的质量（mg·g-1·min-1）来表示，转化酶活性以单位质量样品在一定时间内蔗糖转化为葡萄糖的质量（mg·g-1·h-1）来表示。用活体法测定硝酸还原酶（Nitrate reductase,NR）的活性［12］。

1.3.5 烟叶经济性状统计及主要化学成分测定

烟叶成熟采收时，各小区分开挂牌编竿，同一条件下烘烤。按国家42级分级标准对初烤烟叶进行分级和统计［13］。烤后烟叶产量、均价、产值按小区计算后，折合出最终产量和产值。每个小区取1 kg烤后B2F等级烟叶，在河南中烟工业有限责任公司技术中心采用MATRIX-I近红外光谱仪（德国Bruker公司）测定烟叶的常规化学成分［14］。

1.4 数据处理

利用Excel 2013、SPSS 22.0和Origin 9.0软件对数据进行统计分析和作图。

2 结果与分析

2.1 对烤烟上部叶叶面积的影响

由图1可知，打顶后随烟株生育进程的推进，各处理上部烟叶的叶面积均逐渐增大，说明打顶消除了烟株顶端优势，有利于上部烟叶的生长。打顶后10、20和30 d，各处理上部烟叶叶面积差异显著，均表现为T2＞T1＞CK。打顶后30 d，T1和T2上部叶叶面积较CK分别提高了7.54%和11.80%，说明打顶后摘除下部6片不适用叶对烟株上部烟叶生长具有一定的补偿效应，且叶面喷施光碳核肥更有利上部叶的开片。

图1 打顶后不同时期不同处理上部叶叶面积比较Fig.1 Areas of upper leaves under different treatments on different days after topping

2.2 对烤烟上部叶叶绿素相对含量的影响

由图2可知，打顶后随着叶龄增加，上部叶叶绿素相对含量逐渐降低，说明上部叶叶绿素的合成能力逐渐减弱。打顶后10和20 d各处理上部叶叶绿素相对含量差异显著，均表现为T2＞T1＞CK；打顶后30 d，T1与CK无显著差异，而T2显著高于T1和CK，说明打顶后摘除下部6片不适用叶有利于烟株上部烟叶的生长，且叶面喷施光碳核肥延缓了上部叶的衰老。

图2 打顶后不同时期不同处理上部叶叶绿素相对含量比较Fig.2 Relative chlorophyll contents in upper leaves under different treatments on different days after topping

2.3 对烤烟上部叶光合性能的影响

由图3可知，打顶后10、20和30 d各处理上部叶净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）差异显著，均表现为T2＞T1＞CK，以T2为最高（图3），说明打顶后摘除下部不适用叶与喷施光碳核肥能显著提高烤烟上部叶的光合性能。打顶后上部叶的胞间二氧化碳浓度（Ci）表现为T2＞CK＞T1，推测叶面喷施光碳核肥可能对空气中游 离CO2具有捕集效应。

图3 打顶后不同时期不同处理上部叶光合性能比较Fig.3 Photosynthetic characteristics of upper leaves under different treatments on different days after topping

2.4 对烤烟上部叶硝酸还原酶活性的影响

硝酸还原酶（NR）是植物氮代谢的限速酶，其活性大小与氮代谢的强弱呈正相关。由图4可知，随着烟株的生长发育，上部叶NR活性逐渐下降。在打顶后10、20和30 d，不同处理间的NR活性均差异显著，表现为T2＞T1＞CK。在打顶后30 d，处理T1、T2较CK分别提高了36.07%和77.41%，表明摘除下部不适用叶与喷施光碳核肥能增加上部烟叶NR活性。

图4 打顶后不同时期不同处理上部叶硝酸还原酶（NR）活性比较Fig.4 NR reductase activities of upper leaves under different treatments on different days after topping

2.5 对烤烟上部叶淀粉酶活性的影响

淀粉酶（AM）影响烤烟内部淀粉的积累和分解的平衡。由图5可知，随生育期的推进，各处理上部叶AM活性先升高后降低。打顶后10 d，上部烟叶AM活性最高，说明该时期烟叶内部淀粉分解代谢旺盛。打顶后10、20和30 d，不同处理之间差异显著，表现为T2＞T1＞CK。打顶后30 d，处理T1、T2的AM活性较CK分别提高了56.76%和110.69%，表明摘除下部不适用叶与喷施光碳核肥能提高上部烟叶的AM活性。

2.6 对烤烟上部叶转化酶活性的影响

转化酶（Inv）活性能反映植株对蔗糖的利用程度，是衡量同化产物的转移、利用及植物细胞代谢和生长强度的指标，也是碳代谢的重要标志。由图6可知，随着烟叶发育成熟，上部烟叶Inv活性呈下降趋势。在打顶后10、20和30 d，不同处理之间差异显著，表现为T2＞T1＞CK。打顶后30 d，T1和T2的Inv活性较CK分别提高了29.76%和37.95%，说明摘除下部不适用叶与喷施光碳核肥能够提高上部烟叶Inv的活性。

2.7 对烤后烟叶化学成分的影响

图5 打顶后不同时期不同处理上部叶淀粉酶（AM）活性比较Fig.5 Amylase activities of upper leaves under different treatments on different days after topping

图6 打顶后不同时期不同处理上部叶转化酶（Inv）活性比较Fig.6 Invertase activities of upper leaves under different treatments on different days after topping

由表1可知，T1和T2上部叶钾含量分别较CK提高了6.72%和12.69%，说明摘除下部不适用叶与喷施光碳核肥均能提高上部烟叶的钾含量。与CK相比，T1显著降低了上部叶总糖、还原糖含量和糖碱比，增加了总氮含量，说明摘除下部不适用叶不利于烤后烟叶糖含量的积累。与T1相比，T2显著提高了总糖和还原糖含量、糖碱比和钾氯比，说明摘除下部不适用叶结合喷施光碳核肥能够使烤后上部叶的化学成分协调性更好。

表1 不同处理烤后上部叶化学成分的比较①Tab.1 Chemical compositions in upper leaves of flue-cured tobacco under different treatments

2.8 对烤后烟叶等级结构和经济效益的影响

由表2可知，与CK相比，T1和T2均显著提高了上部叶的单叶质量、均价和上中等烟叶比例，降低了烤后烟叶的总产量。其中，T1与T2上部叶单叶质量较CK分别提高了9.52%和23.19%，上中等烟比例分别提高了8.75%和17.50%。与CK、T2相比，T1显著降低了上部叶的产值，而T2与CK无显著差异。表明摘除下部不适用叶结合喷施光碳核肥更有利于提高烤后烟叶的等级结构和经济效益。

表2 不同处理烤后烟叶等级结构和经济效益比较Tab.2 Grading structure and economic value of upper leaves of flue-cured tobacco under different treatments

3 讨论

周俊学等［15］研究表明，留叶数对上部烟叶的叶面积影响显著，随留叶数的增加，上部烟叶叶面积逐渐减少。申宴斌等［16］研究表明，随留叶数的增加，上部烟叶叶长、叶宽逐渐减少，不利于开片。本研究中，摘除下部6片不适用叶能增加烤烟上部叶的叶面积，与前人研究结果一致［4,15-16］。可能是田间摘除下部不适用烟叶能减少烟株不适用叶在田间的养分消耗，改善了烟株的生长发育条件，增强上部叶的光合性能，调控烟株碳氮代谢及营养资源分配，从而促进上部叶的开片。

江厚龙等［3］研究表明，摘除下部烟叶能提升烟株根系活力、增加叶绿素含量、提高净光合速率和蒸腾速率、延缓光合功能衰退，且随摘除叶片数量的增加而增强。李冬等［17］研究表明，随着摘除不适用烟叶数目的增加，上部烟叶的净光合速率和叶绿素含量均显著升高。本研究中，也进一步证实了摘除下部6片不适用叶能增加上部叶片的叶绿素含量，增强光合性能，提高硝酸还原酶、淀粉酶、转化酶的活性。摘除下部6片不适用叶结合叶面喷施光碳核肥可进一步增强烤烟上部叶的光合性能和碳氮代谢强度，对烤烟上部叶的开片具有更好的促进效果。可能与光碳核肥能够将游离于大气中的CO2捕获到烟株叶片周围，增强叶片光合效率，促进叶片干物质积累有关。

烟叶化学成分及其协调性是衡量烟叶内在质量的重要指标［18-20］。江厚龙等［21］研究发现随着下部烟叶数目的减少，中上部烟叶总氮、烟碱含量显著提高。邓小华等［22］通过摘除不适用鲜烟叶对烤烟化学成分影响的模糊分析表明，优化烟叶结构后烟叶的烟碱和总氮含量略有提高，但化学成分更加协调。摘除下部不适用叶后，上部烟叶的总氮和钾含量显著提高，烟碱略有增高趋势，总糖、还原糖和糖碱比显著降低，与前人研究结果基本一致［21-22］。烟碱主要在根部合成，钾主要从根部吸收再通过茎运输到叶片，摘除下部不适用叶后，留叶数减少，分配到叶片的烟碱、钾和总氮含量增加［23］。与只摘除下部不适用叶相比，摘除下部6片不适用叶结合叶面喷施光碳核肥能提高上部烟叶的总糖、还原糖及糖碱比，使烤后烟叶的化学成分更协调。可能与叶面喷施光碳核肥后能增强上部叶的光合能力，促进碳水化合物的积累和转化有关。

烤后烟叶的等级结构和经济效益对保障烟区优质烟叶原料的有效供给具有重要影响［24］。邹凯等［25］研究表明，影响烤烟上等烟比例、均价、产量、产值的主要因素是摘除下部叶片数，其次是摘除顶叶片数，田间摘除不适用鲜烟叶较对照提高了上等烟比例和均价，但降低了烟叶产量和产值，烟农收益略有减少。本研究中，摘除下部6片不适用叶后，上部叶的单叶质量、均价及中上等烟比例均显著增加，烤后烟叶等级结构得到明显优化，但烤后烟叶的总产量、产值均下降，与邹凯等［25］的研究基本一致。与仅摘除下部6片不适用叶处理相比，摘除下部6片不适用叶结合叶面喷施光碳核肥不仅提高了上部烟叶的单叶质量、中上等烟比例，而且还增加了烤后烟叶的产量、产值，一定程度上弥补了因田间优化等级结构而造成的经济损失。

4 结论

①摘除下部6片不适用叶增强了烤烟上部叶的光合性能和碳氮代谢，促进了上部烟叶开片，提高了烤后烟叶的等级结构，但增加了烤后上部烟叶总氮和烟碱含量，减少了烤后烟叶的产量和产值。②摘除下部6片不适用叶结合叶面喷施光碳核肥不仅促进了烤烟上部叶的生长和开片，而且提高了烤后上部叶总糖、还原糖、糖碱比及钾含量，使烤后烟叶的化学成分更加协调，烤后烟叶的产量、产值也得到提升，综合效益更好。