田间盆栽条件下复合盐对洛阳烟区烤烟生长发育及光合特性的影响

张 振，马 静，卢 剑，叶协锋，荆永锋，徐 亮，李雪利，高 峻

1. 河南农业大学烟草学院 国家烟草栽培生理生化研究基地 烟草行业烟草栽培重点实验室，郑州市文化路95号 450002

2. 四川省凉山州烟草公司西昌市公司，四川西昌市东城街道北碧府路66 号 615000

3. 湖南中烟工业有限责任公司，长沙市万家丽路188 号 410000

4. 中国烟草总公司职工进修学院，郑州市金水区鑫苑路7 号 450008

5. 四川省凉山州烟草公司，四川西昌市三岔口东路478 号 615000

土壤盐渍化一直都是困扰全球农业可持续发展的重要问题之一［1］。世界约有4.5×107hm2耕地受到盐渍化威胁［2-3］，其中我国盐渍土面积约3.6×107hm2，占国土面积的3.7%［4-5］。土壤盐分含量过高可导致土壤理化性质恶化，影响植物生长发育，造成农作物减产甚至绝收，因此盐渍化治理迫在眉睫［6］。大量研究表明，盐胁迫通常是以造成植物生命活动代谢紊乱方式而影响植物光合特性［7］，进而影响植物生长发育及品质［8-9］。通常将盐对植物光合作用造成的影响划分为非气孔限制的范畴［10］，盐胁迫是通过破坏相关光合器官，酶、光合色素等物质从而影响光合作用的正常进行，进而影响植物的净光合速率，最终使植物的产量和品质下降［11］。有研究表明，盐胁迫使植物叶片膜脂过氧化加剧，造成细胞膜系统损坏［12］，进而对植物组织造成伤害。Farshidi M 等［13］提出盐分可以显著降低植物根、茎和叶的鲜质量；李学孚等［14］研究表明，低浓度（NaCl≤0.4%）盐处理的葡萄能够正常生长，高浓度盐处理后葡萄的光合作用参数均发生显著变化；龚理等［15］研究认为，0～50 mmol/L NaCl 的盐环境适宜烤烟幼苗生长，但随着盐浓度增加烤烟幼苗的生长会受到严重影响。因此，明确盐胁迫对烤烟光合系统及生长发育的影响对烟叶生产至关重要。近年来洛阳植烟土壤盐分表现出明显的表聚和低聚现象，部分地区交换性钙、镁和有效硫已超过适宜植烟土壤的临界值［16-18］。通常盐胁迫会对植物光合结构、光合色素和细胞渗透压造成一系列不良影响［19-20］。张晓帆［21］研究表明，盐胁迫可以使烟株幼苗发生渗透胁迫及膜脂过氧化，造成烟株细胞膜、叶绿素和根系等损伤，进而影响烟株的生长发育。目前，大多数研究集中在单一盐分NaCl、Na2SO4或其复合盐对植物生长发育的影响，而对不同浓度多种复合盐离子对植物生长的影响研究较少［22-23］。因此，通过盆栽模拟烟田土壤环境的方式，设置土壤中主要7 种盐离子的盐分梯度，进行复合盐胁迫对烤烟生长状况和光合作用的影响试验，旨在为提高作物对盐化土壤的适应性及优化洛阳烟区烤烟栽培技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

于2017 年5 月在河南省洛阳市汝阳县内埠村烟田进行盆栽试验。汝阳县属于暖温带大陆性季风气候，半湿润易旱区，光照充足，降雨量偏少，海拔296 m，年平均气温14.4 ℃，年总降水量673.2 mm，年日照时数1 849.1 h［24］。供试烤烟品种为中烟100。选择当地烟田盐含量较低的黄壤土，pH 7.52、碱解氮81.41 mg·kg-1、速效磷8.55 mg·kg-1、速效钾169.23 mg·kg-1、有机质16.38 g·kg-1。供试土壤盐离子浓度分别为Ca2+3.393 2 mmol·kg-1、Mg2+0.201 6 mmol·kg-1、K+2.509 0 mmol·kg-1、Na+0.839 5 mmol·kg-1、HCO3-0.290 1 mmol·kg-1、SO42-5.933 8 mmol·kg-1和Cl-0.076 2 mmol·kg-1。

选用底端无孔的塑料盆（直径25 cm、深30 cm）进行盆栽试验。按120 cm×55 cm 的行株距将塑料盆埋于土壤中，并使盆中土壤平面与烟田土壤平面保持一致，每盆装土25 kg。每盆施纯氮4.0 g，N ∶P2O5∶K2O=1 ∶2 ∶3，肥 料 选 用NH4NO3、KNO3和KH2PO4。根据2017 年洛阳主要烟区耕层土壤的盐分状况［16］，称取CaCl20.008 7 g/kg、Ca（HCO3）20.344 8 g/kg、MgSO40.164 4 g/kg、K2SO40.133 6 g/kg、Na2SO40.317 9 g/kg，模拟实际土壤盐分状况并将其标记为A。试验设置5 个处理，见表1。每处理30 株。试验于移栽前将土、肥料和盐混合均匀，一次性施入。于2017 年5 月14 日选取长势一致的烟苗进行移栽，其他管理措施按照当地优质烟叶生产技术规范执行。

表1 试验设计Tab.1 Experimental design

1.2 测定方法

1.2.1 农艺性状

于移栽后30、60 和90 d，每处理选择长势长相均匀一致、能够代表各处理生长状况的烤烟3 株，按照标准YC/T 142—2010［25］测量株高、茎围、最大叶长、最大叶宽和有效叶片数。

1.2.2 叶片光合特性和生理指标

烟株移栽后30、60 和90 d，叶片由下往上数，分别选择烟株的第5 片、第8 片和第10 片展开叶测定光合特性和部分生理指标。采用LI-6400XT便携式光合测定系统（美国LI-COR 公司）测量净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs）等指标。测定时间为上午9：00—11：00。采用硫代巴比妥酸法测定MDA 含量（质量分数）［23］，采用酸性茚三酮比色法测定Pro 含量（质量分数）［26］。

1.2.3 干物质积累量

于移栽后30、60 和90 d，测定烤烟干物质积累量。每处理选取3 株，用去离子水冲洗干净后将烟株根、茎、叶分开，分别置于105 ℃下杀青15 min，而后在60 ℃烘干至恒质量，称量。

1.3 数据处理

数据以平均值±标准误表示。采用Microsoft Excel 2013 和SPSS 24.0 软件进行统计分析，运用Duncan’s 新复极差法进行处理间差异的显著性检验，用Microsoft Excel 2013 作图。

2 结果与分析

2.1 复合盐浓度对烤烟农艺性状的影响

由表2 可知，盐处理对烤烟有效叶数影响不显著，而对株高、茎围、最大叶长及最大叶宽有显著影响。在同一生长发育时期，茎围、最大叶长、最大叶宽随着盐浓度增加呈先增加后降低的趋势，而株高则显著降低（P＜0.05）。与CK 相比，在移栽后90 d 时，T4 处理株高、茎围、最大叶长及最大叶宽分别降低14.03%、11.31%、6.11%和12.56%。T1处理各农艺性状指标与CK 间差异不显著（P＞0.05），在移栽后90 d，茎围、最大叶长及最大叶宽分别比CK 增加5.36%、2.73%和1.01%，而株高比CK 降低0.32%，这表明0.068 3 mol·kg-1盐浓度处理未对烤烟产生胁迫效应。

表2 不同盐浓度处理的烤烟农艺性状比较①Tab.2 Agronomic traits of flue-cured tobacco treated under different salt concentrations

2.2 复合盐浓度对烤烟干物质积累量的影响

由图1 可知，烤烟根、茎、叶及总干物质积累量在同一生长发育时期随着盐浓度的增加均呈现先升高后降低的趋势，以处理T1（3A）达最大值。与CK 相比，在移栽后90 d 时，T1 处理根、茎、叶和总干物质积累量显著增加（P＜0.05），分别为21.67%、13.25%、19.78%和17.86%。而T2 处理的根、茎、叶和总干物质积累量与CK 相比差异不显著（P＞0.05）。随着盐浓度的增加，烤烟根、茎、叶和总干物质积累量受到显著抑制（P＜0.05）。各生长发育时期，处理T3、T4 烤烟各部位干物质积累量与CK相比均显著降低（P＜0.05）。在移栽90 d 时，T3 处理根、茎、叶和总干物质积累量较CK 分别降低15.64%、25.08%、25.12%和22.15%，T4 处理根、茎、叶和总干物质积累量较CK 分别降低27.15%、41.74%、38.77%和37.25%。

图1 不同盐浓度处理的烤烟干物质积累量比较Fig.1 Dry matter accumulation of flue-cured tobacco treated under different salt concentrations

2.3 复合盐浓度对烤烟光合特性的影响

由图2 可知，在同一生长发育时期烟株Pn、Tr和Gs随着盐浓度的升高均呈现先升高后降低的趋势，处理T1 达到最大值（3A），Ci则先降低后升高。在移栽后90 d，与CK 相比，处理T1 Pn、Tr和Gs分别增加65.72%、14.93%和30.13%，且Pn和Gs与CK 间差异显著（P＜0.05）。移栽后90 d，处理T2 叶片Pn、Gs、Tr分 别 比CK 降 低22.58%、27.18%和26.84%；处 理T3 叶 片Pn、Gs、Tr分 别 比CK 降 低24.81%、37.57%和33.95%；处理T4 叶片Pn、Gs、Tr分别比CK 降低48.79%、49.17%和53.13%（P＜0.05），说明盐胁迫对烤烟的光合特性指标影响显著。盐浓度增加至0.178 5 mol·kg-1时，烤烟叶片Ci增加，这可能是由于叶肉细胞的光合活性降低所致［27］。

2.4 复合盐浓度对烤烟MDA 和Pro 含量的影响

由图3 可知，在同一生长发育期，烤烟MDA 含量随着盐浓度的增加而升高，在高盐浓度（T4）胁迫下达到最大值。移栽后90 d 时，处理T1、T2、T3和T4 的MDA 含量与CK 相比分别增加8.00%、15.05%、18.50%和31.56%。随着盐浓度的增加，烤烟MDA 含量在整个生育期呈升高趋势，说明在盐胁迫下的烤烟细胞膜损伤程度逐步增加。在同一生长发育期，烤烟Pro 含量随着盐浓度的增加先升高后降低，T2 处理达到最大值。在移栽后30、60和90 d，T2 处理烤烟Pro 含量分别为2.565、0.500和0.478 μ g·kg-1FW。T4 处 理Pro 含 量 分 别 为2.058、0.313 和0.208 μg·kg-1FW，始终为最小，且与CK 间差异不显著（P＞0.05，移栽后90 d 除外）。

图2 不同盐浓度处理的烤烟光合参数比较Fig.2 Photosynthetic parameters of flue-cured tobacco treated under different salt concentrations

图3 不同盐浓度处理的烤烟MDA 和Pro 含量Fig.3 MDA and Pro contents in tobacco treated under different salt concentrations

3 讨论

膜脂过氧化是盐胁迫下膜损伤和渗漏的表征［28］。MDA 是膜质氧化分解产物，其含量的大小可代表质膜受损伤程度［29］。MDA 在植物中变化规律通常与植物的耐盐能力有关，耐盐能力较弱的植物叶片的MDA 含量随着盐浓度的增加而升高，而较强耐盐植物的MDA 含量随着盐胁迫增强先降后升［30］。本研究中，烤烟MDA 含量提高，在低盐（0.068 3 mol·kg-1复合盐浓度）条件下，烤烟MDA 含量总体变化不显著。这可能是烤烟开启了自身的渗透调节保护机制而减轻了盐分胁迫的影响［31］。盐分与Pro 关系密切，Pro 在植物细胞中的积累可作为逆境胁迫信号，具有调节渗透及保护细胞膜结构稳定的作用 。Pro 是通过维持渗透调节，稳定蛋白质，保护细胞膜和胞质酶等来抵抗盐胁迫［34］，进而保证植物正常生长发育。本试验中发现，同一生长发育期，0.068 3 mol·kg-1复合盐浓度处理的烤烟Pro 含量显著增加，这可能是烤烟通过提高Pro 含量维持渗透压来减轻盐胁迫的影响［35］。大于0.123 4 mol·kg-1复合盐浓度处理的烤烟Pro 含量呈下降趋势，说明植物渗透调节能力是有限的，与李子英等［36］研究复合盐处理下柳树幼苗Pro 含量的变化规律一致。这可能是盐胁迫强度过高时影响了Pro 的合成［37］。

农艺性状和干物质积累量是分析盐胁迫下植物响应环境变化的综合性指标［38］。当盐胁迫程度较高时，植物会吸收过多盐离子，造成细胞内环境紊乱，引起渗透胁迫、离子毒害、营养失衡等，间接抑制植物光合作用［39-40］。本试验中0.068 3 mol·kg-1盐浓度处理的烤烟Pn、Gs、Tr及干物质积累量均有升高。当盐浓度为0.123 4～0.233 6 mol·kg-1时，烤烟Pn、Gs、Tr显著下降，各器官干物质积累量也显著下降，烤烟生长受到抑制。盐浓度较高时，Ci显著上升，说明烤烟Pn下降并非CO2不足所引起，可能是植物体非气孔因素所致，也可能是烤烟通过减少或停止干物质积累的方式来减少能耗以抵抗逆境胁迫［41］，因此盐胁迫下的烤烟个体相对矮小。与地上部相比，盐胁迫环境下烤烟根系虽最先遭受逆境，但在相同生长发育期根系的干物质积累量降低最少，这可能是由于不同器官对盐分的敏感程度不同，而导致烤烟茎、叶和根系干物质积累分配存在差异，与米永伟等［42］研究盐胁迫下菘蓝幼苗的结果一致。

4 结论

①在盐胁迫的环境下，烤烟可通过调节干物质积累量和提高Pro 含量等方式来适应不同的盐浓度环境。②土壤盐浓度在0.068 3 mol·kg-1以下时能够提高烤烟的光合速率，促进干物质积累及生长发育，对烤烟生长无抑制现象。盐浓度为0.123 4～0.233 6 mol·kg-1时烤烟生长发育受到显著抑制。