李 云,齐虹凌,赛子林,高 珊,赫英宇,刘 宇,谭洪雨
(1.牡丹江师范学院生命科学与技术学院,黑龙江 牡丹江 157011;2.中国烟草总公司黑龙江省公司,哈尔滨 150000;3.黑龙江省烟草公司牡丹江烟叶公司,黑龙江 牡丹江 157011;4.黑龙江省烟草公司牡丹江烟叶公司东宁分公司,黑龙江 东宁 157200;5.黑龙江省烟草公司哈尔滨烟叶公司,哈尔滨 150001)
2000年以来,黑龙江省烤烟生产主栽品种以自主品种龙江911 为主,占黑龙江省烤烟种植面积的85%以上,该品种在稳步提升黑龙江省烟区烟农效益、烟叶质量、改善烟叶品质、凸显地方风格特色方面发挥了重要作用。但由于推广时间较长,导致其抗病性下降,叶斑类病害时有发生,烘烤后的烟叶出现少量青痕现象[1-4],一定程度上影响了该烟叶等级结构及其工业可用性。
为了筛选出适合黑龙江省生态条件的优良品种,学者们进行了相关研究。邱恩建等[5]为研究烤烟品种龙江237 在龙江烟区的适应性,明确龙江县最佳烤烟种植品种,选定中国烟草东北农业试验站为试验地点,旨在为龙江237 在该烟区的推广提供参考。李尊强等[6]以NC89 为对照,研究了烤烟新品种龙江986 在黑龙江省北方生态代表性烟区的农艺性状、生育期性状、抗病特征、经济性状、外观质量及吸食品质等指标。邵红英等[7]研究了LY2829、NC297、NC55 等6 个烤烟品种在黑龙江省的生长发育及烟叶产量品质情况,为黑龙江省选择优质特色烤烟品种提供了理论依据。何从利[8]研究了烤烟主要农艺性状和化学品质性状的配合力及其相关性,为烟草选育提供了科学依据。
考虑到黑龙江省烟草产区的生态条件和特点、烤烟品种过于单一的问题以及烟草行业对烟草原料质量特性的要求,以优质适产、抗病性强、适应性强和易于烘烤为目标,选出综合性状较为优良的烤烟品种,可为黑龙江省烟区烤烟优良品种较少提供解决方案,并为推广烟草品种多元化提供预备种。此外,由于检测钾含量较为麻烦且价格高昂,本试验通过钾含量与易检测的农艺性状相关性研究,遴选出关联性较高的农艺性状,以期为高钾烤烟品种选育提供重要指导。
不同的生态环境条件对烟叶产质量具有较大影响[9-11],烤烟品种若不能适宜当地生态环境,将造成良种不齐的结果。因此,只有烤烟种植区域特定的生态环境与适宜的烤烟品种有机结合,才能最大程度发挥烤烟品种的品质和经济效益[12-15]。鉴于此,针对黑龙江省烟区的生态条件,以龙江911 为对照,云烟87、川烟1 号、延安1 号、中川208 等10 个烤烟品种为研究对象,从田间农艺性状、干物质积累量和器官分配比例、主要病害发病率、光合特性、化学成分和经济性状等方面进行对比分析和评价,并将钾含量与农艺性状进行综合分析,筛选出适宜的优质烤烟品种,以期为黑龙江省烟草工业企业原料个性化、多元化需求奠定品种基础。
试验地位于黑龙江省宾县宾西镇,45°47′55″N、127°7′24″E,海拔165 m。用地0.22 hm2;土壤类型为黑土,质地为沙壤土。0~20 cm 土层土壤pH 为5.8,有机质为30.5 g/kg,碱解氮为114.1 mg/kg,速效磷为63.1 mg/kg,速效钾为183.7 mg/kg,氯离子为22.8 mg/kg。前茬植物为烟草,连作1年。
以龙江911 为对照,参试品种为云烟87、云烟116、中烟100、中川208、K326、NC89、红花大金元、川烟1 号、延安1 号和CB-1,共计10 个烤烟品种。
1.3.1 试验设计 试验采用随机区组设计,每个小区种植2 行,行距115 cm,株距45 cm,行长24.3 m(每垄54 株烟)。试验设3 次重复,重复之间设0.5 m田间道。化肥施用量为硝酸钾100 kg/hm2和烟草专用肥150 kg/hm2。于烟苗移栽前施入,肥料距烟株两侧10 cm,用施肥器双侧施入,施肥深度15 cm 左右。其他田间管理措施以当地生产方案为参照来执行,保持各小区间农事操作的规整性。
1.3.2 测定指标与方法
1)农艺性状指标。按照YC/T 142—2010[11]对烟草农艺性状进行调查。用毫米刻度软尺测量烤烟的株高、茎围、节距、叶片长(宽),并记录植株有效叶片数,用亿佰亿0-500 型数显角度尺测量植株茎叶夹角。
2)干物质积累量和器官分配比例。于打顶后、下部叶采收前,按小区各选择代表性烟株1 株,分根,茎,上、中、下叶杀青、烘干,测量鲜干重。了解不同品种(系)烟草的干物质积累量和器官分配比例的结果。
3)田间发病率。根据相关烟草病虫害分类与研究方法(GB/T 23222—2008),主要研究对象为病毒类[普通花叶病毒(TMV)、马铃薯Y 病毒(PVY)]、叶斑类(角斑病、野火病)等疾病的发生情况,以发病率表示。
4)叶绿素含量(SPAD)。采用柯尼卡美能达(Konica Minolta)公司生产的便携式SPAD-502 Plus测量。测定时,沿叶片主脉对称的叶片中部2 个点,每个点位定点测定3 次,6 次数据平均值即为该叶片SPAD。
5)叶面积系数。适宜的天气使用LAI-2200 冠层分析仪,每小区测2 垄,植被冠层以上的测定数不少于2 个,植被冠层以下的测定数不低于30 个(每2株烟苗中间为1 个测定点),测定线路为“之”字形。
6)光合参数。净光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)、细胞间CO2浓度(Ci)等光合数据采用美国CID 公司生产的便携式光合指数测量系统CI-340进行测量。参数测定光强≥1 000 μmol/(m2·s)。每株在同一日光方向下测量3 次,取平均值。
7)烤后烟叶主要经济性状。采用同炉烤制所有品种的方法,用于测试的烟杆挂上易读的标签,放置在烤房内容易看到的位置,尽可能地避免因品种之间的烤烟品种混淆而导致的错误。依据国家烤烟标准GB 2635—92,测定复湿后干烟叶的单叶重、产量、产值、均价、优质烟率、中等烟率等。
8)烤后烟叶化学成分。干烟叶中总糖和还原糖按YC/T 159—2002 连续流动法测定;总氮按YC/T 161—2002 连续流动法测定;烟碱按YC/T 160—2002 连续流动法以及总钾采用火焰分光光度法测定;氯按YC/T 162—2002 连续流动法测定。参考文献[12]的方法,根据烟叶化学成分指数和得分划分为5 个等级,即:>0.75 为高,[0.65,0.75]为较高,[0.55,0.65)为中,[0.45,0.55)为较低,<0.45 为低。
9)钾含量和农艺性状的测定。钾和农艺特性的测量待烟叶成熟后,收获新鲜烟叶,并在105 ℃下干燥30 min 以制备烟叶样品。待杀青后在相关烟草检测部门进行钾含量的测定。同时调查株高(X1)、有效叶数(X2)、茎围(X3)、叶片长宽[上部叶长度(X4)、上部叶宽度(X5)、中部叶长度(X6)、中部叶宽度(X7)、下部叶长度(X8)、下部叶宽度(X9)]、茎叶夹角[上部夹角(X10)、中部夹角(X11)、下部夹角(X12)]和节距(X13)和钾含量(Y),测量方法参照标准YC/T 142—2010[16]。
采用Excel 2021、SPSS 24.0 软件进行数据统计和方差分析,使用Duncan’s 法进行多重比较。烟叶常规化学成分采用模糊数学隶属函数的数据模型进行评价[17],指数和得分除以100,换算成1 分制。利用灰色关联分析法对各品种的主要性状进行综合评价,主要选取株高、有效叶数、叶面积系数、产量、产值、均价、单叶重、钾含量、总糖含量、还原糖含量共10 个主要性状作为分析指标。
不同烤烟品种的田间农艺性状和植物学性状的比较见表1,具体分析如下。
表1 不同烤烟品种的田间农艺性状和植物学性状比较
2.1.1 株高 参试品种的株高为108.47~137.37 cm。以中川208 最高,为137.37 cm,高于对照(龙江911),极显著高于云烟87、云烟116、红花大金元、川烟1 号、CB-1、中烟100、K326 和NC89。延安1 号次之,为131.33 cm,显著高于中烟100,极显著高于云烟87、云烟116、K326、NC89、红花大金元和川烟1号。云烟87、云烟116、中烟100、红花大金元、川烟1号之间差异不显著。CB-1 与对照差异显著。K326和NC89 最低,分别为117.70 cm 和108.47 cm,低于对照。
2.1.2 有效叶数 参试品种有效叶数为14.07~19.20 片/株,延安1 号最多,为19.20 片/株,接近于对照品种,显著高于红花大金元、川烟1 号、云烟116、NC89、云烟87 和中川208;CB-1 和K326 次之,分别为18.93、18.60 片/株,显著高于川烟1 号、NC89 和红花大金元;红花大金元最低,为14.07 片/株,显著低于其余品种,极显著低于对照。
2.1.3 茎围 参试品种茎围为9.16~11.83 cm,以延安1 号和红花大金元最高,分别为11.83、11.08 cm,高于对照,且显著高于除CB-1 外的其余品种;CB-1和中川208 次之,分别为10.88、10.48 cm,高于对照,显著高于云烟87、云烟116、K326 和NC89;NC89 最低,为9.16 cm,显著低于除K326 外的其余品种,极显著低于对照。
2.1.4 叶片长宽 参试品种上部叶长度为39.40~51.43 cm,以川烟1 号最长,CB-1 最短;中川208 和延安1 号上部叶长均高于对照。上部叶的宽度为15.27~19.83 cm,以中川208 最宽,且显著高于对照;延安1 号上部叶宽度高于对照;K326 最窄。中部叶的长度为59.60~70.20 cm,以延安1 号最长,且显著高于对照;NC89 最短。中部叶的宽度为24.9~32.63 cm,以中川208 最宽,且高于对照;K326 最窄。下部叶的长度为54.42~70.83 cm,以延安1 号最长,且极显著高于对照;K326 最短。下部叶的宽度为25.20~33.47 cm,以延安1 号最宽,且极显著高于对照;中川208 下部叶的宽度极显著高于对照;K326 最窄。
2.1.5 茎叶夹角 参试品种间上部叶茎叶夹角为24.13°~29.49°,以云烟87 夹角最大,延安1 号最低;中部叶茎叶夹角为29.03°~34.35°,以CB-1 夹角最大,延安1 号最低;下部叶茎叶夹角为35.59°~52.81°,以CB-1 夹角最大,NC89 最低。
2.1.6 节距 参试品种的平均节距为6.36~8.62 cm,以红花大金元最高,为8.62 cm,且显著高于对照及云烟87、云烟116、中烟100、中川208、K326、NC89、川 烟1 号、延安1 号、CB-1;中 川208 和川烟1 号次之,分别为7.87、7.35 cm;K326 最低,为6.36 cm。
由表2 可知,不同品种烤烟干物质积累总量为184.00~238.67 g。其中CB-1、云烟116和延安1号等干物质积累总量较多,分别是238.67、230.67、230.33 g;其次是红花大金元,干物质积累总量为226.00 g,且都高于对照,其余各品种均低于对照。从干物质积累量来看,云烟116、中烟100、K326、红花大金元、延安1 号和CB-1 根部积累量都高于对照;云烟116、中烟100、中川208、延安1 号和CB-1 茎部积累量都高于对照;云烟116、红花大金元、延安1号和CB-1叶部积累量都高于对照。从干物质器官分配比例来看,根部和茎部所有参试品种都低于对照分配比例;而叶部分配比例所有参试品种都高于对照,且以川烟1号和CB-1较高,分别为59.38%和58.09%。
表2 不同烤烟品种的干物质积累量和器官分配
由表3 可知,普通花叶病各个品种间差异不显著,中川208、延安1 号、中烟100 和NC89 发病率低于对照;马铃薯Y 病毒病各个品种发病率均为0;角斑病和野火病各个品种间差异不显著;从靶斑病来看,除中烟100 与中川208 和延安1 号之间差异显著外,其余品种间差异不显著,中川208 和延安1 号发病率最低,且低于对照;从气候斑病来看,红花大金元极显著低于对照,NC89 显著低于对照,其他品种低于对照,但差异不显著。综合来看,中川208 和延安1 号的整体发病率较低,云烟116 和川烟1 号等品种的发病率适中。
表3 不同烤烟品种的田间发病率比较 (单位:%)
由表4 可知,云烟87 的叶绿素含量最高,其次是红花大金元和CB-1,且三者极显著高于对照,云烟116、K326 和NC89 显著高于对照,延安1 号高于对照,中川208 接近于对照,其他品种与对照无显著差异。
表4 不同烤烟品种间叶绿素含量比较
叶片净光合速率的高低反映了叶片衰老程度和生理功能的好坏。由表5 可知,从净光合速率来看,各个品种间差异不显著。云烟87 和中烟100 的净光合速率较高,且高于对照,K326 最低。植物蒸腾速率的大小反映了植物调节水分损失的能力及适应逆境的能力。气孔导度是气体及水分进出的难易程度指标。由表5 可知,各个品种间蒸腾速率和气孔导度差异均不显著,NC89 最高,中烟100 次之,但都高于对照,K326 最低。胞间CO2浓度是叶片光合作用反应的底物,各个参试品种细胞间隙CO2浓度差异不显著,云烟87 最高,中川208 和延安1 号次之,且均高于对照。从叶面积系数来看,除云烟116 低于对照外,其余品种均高于对照,中川208 和延安1 号最高,但各品种间差异均不显著。综合来看,中川208、中烟100、云烟87 和NC89 光合效果较好,K326和川烟1 号较差。
表5 不同烤烟品种间光合参数和叶面积系数比较
烟叶常规化学成分的含量及其协调性对烟叶内在质量具有重要影响。由表6 可知,从烟碱含量来看,中川208 和NC89 均高于对照,且两者均在黑龙江省优质烟烟碱成分适宜范围内;从氯含量来看,各个品种间差异不显著且所有参试品种均在适宜范围内;从总糖含量来看,NC89 和延安1 号最高,高于对照和其他各个品种,且均在适宜范围内;从还原糖含量来看,各个品种间差异不显著,且均在适宜范围内;从钾含量来看,中川208、延安1 号、云烟116、K326 和NC89 均高于对照,且处于适宜范围内,红花大金元和CB-1 低于适宜范围,所有品种间差异不显著;从总氮含量来看,各品种间差异不显著,且处于适宜范围之内。从综合评价来看,各品种平均得分为0.68~0.73 分,其中,延安1 号和中川208 的化学协调性最优,平均得分都为0.73 分,处于较高水平,其他烤烟品种烟叶化学成分得分仅次于延安1 号和中川208,且都处于较高水平。综合来看,延安1 号和中川208 的化学成分较为协调。
表6 不同烤烟品种烤后烟叶化学成分含量比较
2.7.1 不同烤烟品种间种质资源性状表现 由表7可知,不同烤烟品种间性状差异明显,其变异系数为4.93%~10.55%。下部夹角变异系数最大,为10.55%,中部叶长度的变异系数最低,仅为4.93%,稳定性较为不错。由峰度系数可以看出,除钾含量、上部叶宽度、中部叶宽度、下部叶宽度、上部和中部茎叶夹角的峰度系数小于0 外,其余农艺性状的峰度系数都大于0,表明大多数数据集中在平均值附近。由偏度系数可以看出,钾含量、株高、有效叶数、上部叶长度、中部叶宽度、上部和下部茎叶夹角共7个农艺性状的偏度系数小于0,表现为负向的偏态分布,其余各项指标均分布在正向,其中,上部叶宽度、下部叶宽度和中部茎叶夹角更接近于正态,可供进一步分析。
表7 不同烤烟品种间种质资源性状表现(单位:%)
2.7.2 烤烟农艺性状与钾含量的相关性分析 由表8 可知,上部茎叶夹角与钾含量的相关系数达显著水平且呈负相关,表明烟株上部茎叶夹角较小是高钾烤烟品种的主要特征,其他农艺性状与钾含量的相关性不显著。
表8 烤烟农艺性状与钾含量的相关性分析
2.7.3 烤烟农艺性状与钾含量的因子分析 从表9可以看出,在与钾含量相关的所有主成分性状中,前4 个因子包含了主要农艺性状总遗传信息的86.452%,其特征值均大于1,可用于初步筛选以确定高钾或低钾烤烟品种的表型性状。因子1 的特征向量中的重载因子是株高、茎围、上部叶宽度、中部叶宽度和下部叶宽度,且符号与钾含量相反,说明株高较低,茎围较小,上部、中部和下部叶片稍小是高钾烤烟表型之一,第一个公因子被认为是株高、茎围和叶宽因子。因子2 的特征向量中的重载因子是中部茎叶夹角,其与钾含量的符号相反且差值接近于0,由此看出,中部茎叶夹角较小是高钾烤烟表现型之一,第二个公因子被认为是中部茎叶夹角因子。因子3 的特征向量中的重载因子是叶片数,第三公因子可以认为是叶片数因子。 在因子4 的特征向量中没有发现重载因子。
表9 烤烟农艺性状与钾含量因子分析
2.7.4 烤烟农艺性状与钾含量的逐步回归分析 简单相关分析表明,X10农艺性状与钾含量相关性显著。因子分析得出,株高、茎围、叶宽(包括上、中、下叶片宽度)、茎叶夹角和有效叶片数是高钾烤烟的主要负荷因子,将其用于代表所有农艺性状以进行进一步分析。分别以X1、X2、X3、X5、X7、X9、X10、X11为自变量,钾含量Y为因变量,采用逐步回归分析法,拟合回归模型。结果表明,回归方程为Y=-0.042X10-0.066X3(F=17.001,P<0.001**),即上部茎叶夹角和茎围与钾含量的回归模型达极显著水平,说明模型选出的茎围(X3)、上部茎叶夹角(X10)这2 个非共线性的农艺性状可以作为与钾含量相关的主要农艺性状。
由表10 可知,从产值来看,延安1 号和中川208接近对照,K326、NC89 和CB-1 显著低于对照,红花大金元极显著低于对照,其他品种差异不显著;从均价上来看,延安1 号高于对照,中川208 较为接近对照,红花大金元、CB-1 和NC89 显著低于对照,其他品种与对照差异不显著;从产量来看,CB-1、中川208 和云烟116 较高,各个品种间差异不显著;从上等烟比例来看,川烟1 号、中川208 和延安1 号较好,与对照最为接近,其他各参试品种间差异都不显著;从上中等烟比例来看,延安1 号高于对照,中川208较为接近对照,CB-1 和红花大金元显著低于对照,其他品种差异则不显著;从橘色烟率来看,中川208和云烟87 高于对照,各个品种之间差异不显著。综合来看,延安1 号的经济效益和品质表现最好,其次是中川208、云烟87 和中烟100,K326、NC89、红花大金元和CB-1 等产值低,较差。
表10 不同烤烟品种间经济性状比较
由表11 可知,延安1 号和中川208 的等权关联度值分别为0.858 0 和0.845 7,很接近于对照;其他品种的等权关联度相比对照都较小;而从加权关联度来看,延安1 号和中川208 同样接近于对照,其他品种的加权关联度相比对照都较小。说明延安1 号和中川208 的综合表现较好。
表11 不同烤烟品种间灰色关联度分析比较
选择适宜栽种的烟草品种,并配套合理栽培技术措施,充分发挥其生态适应性和烟草可用性,该品种才能被当地种植户接受并大面积推广应用,进一步满足中式卷烟对特色优质烟叶原料的需求。从农艺性状、经济性状、烟草常规化学成分、干物质积累量、田间抗病性和叶绿素含量以及光合参数等可以衡量对当地环境的适应性。从钾含量与农艺性状的相关性分析可知,农艺性状中烤烟的茎围、叶宽和茎叶夹角不仅能反映不同品种的外观特征,也是育种者在遴选品种时观察的重要因素。本研究主要从品种对当地环境的适应性来评价筛选龙江烟区烤烟优质品种,其次从钾含量与农艺性状的相关性分析中鉴别关联因素,为龙江县高钾烤烟品种选育提供参考。最后采用灰色关联度分析比较对烤烟品种的总体情况进行了综合评价。
从品种适应性来看,中川208 和延安1 号2 个品种的大田长势表现较好,叶面积系数较高,产值和产量最为接近对照,常规化学成分协调性高于对照,灰色关联度分析综合评价相比其他品种较好;其中,中川208 株高高于对照,田间高抗烟草花叶病,橘色烟率、均价较高,茎部干物质积累量较高;延安1 号茎围粗大,有效叶数较多,总干物质积累量高于对照,上等烟比例和上中等烟率比例较高。延安1 号的品种生态适应性研究与赵建立等[18]在豫西烟区生态适应性研究结果较为一致,生育期适中,团棵期长势强,田间长势整齐一致,叶片多,单叶重,中抗TMV、黑胫病、气候斑病,产量、产值较高;而中川208 的品种适应性研究与王全贞等[19]在宣威西南部多雨烟区研究结果一致,田间长势长相较好、病害较轻、经济性状较优,总体生态适应性较强。此外,云烟87叶绿素含量较高,经济性状表现较好,且与中烟100光合参数较好,可作为后备品种。
从钾含量与农艺性状相关性分析来看,本研究选用多个不同品种进行供试,能够更好地推断出龙江烟区钾含量与农艺性状之间的相关关系,通过简单相关性分析表明,上茎叶夹角与钾含量呈显著负相关。这与刘国侠等[20]研究皖南地区烤烟发现其农艺性状(叶片数除外)对总糖、还原糖和淀粉的含量具有显著或极显著正作用,而对总氮、烟碱、钾和氯的含量具有显著或极显著负作用基本一致。因子分析表明,与钾含量相关的农艺性状包括株高茎围叶片宽度因子、中部茎叶夹角因子、叶数因子这3 个综合因子,从不同角度反映了烤烟钾含量与农艺性状之间的关系。进一步分析得知,烤烟株高茎围叶片宽度因子与钾含量呈一定程度负相关,即株高茎围叶片宽度稍小,相应的烤烟钾含量会稍高;烤烟中部茎叶夹角因子与钾含量也呈负相关,即中部茎叶夹角越小的烤烟,钾含量相对越高;烤烟叶数因子与钾含量作用方向接近一致,即烤烟叶片数越多,相应的钾含量会略微增多。但由于烤烟农艺性状之间多存在显著的两两相关关系,因此简单相关系数并不能完善地反映各农艺性状与烤烟钾含量的真实关系。为此,采用逐步回归分析法[21]进一步研究烤烟农艺性状与钾含量的相关关系。通过农艺性状和钾含量的统计测试,建立的回归模型达到了极显著水平,表明模型中选定的农艺性状可作为影响烟草钾含量的关键因素。
延安1 号和中川208 这2 个品种,可以在黑龙江烟区进行小面积示范和推广种植,但要注意加强野火病、叶斑类病害的预防和防治;中烟100 和云烟87可优化配套生产技术和烘烤技术,提升烟叶品质,再考虑进一步示范种植。烤烟不同品种具有特定的生态适应区域,只有将品种特性与生态条件及栽培措施有机结合,才能有效发挥品种潜力[22,23]。不同烤烟品种间农艺性状变异丰富,多存在一定的相关性,最终通过逐步回归分析得出与烤烟钾含量相关性较大的农艺性状是上部茎叶夹角和茎围,且两者与钾含量呈负相关,即上部茎叶夹角和茎围越小,烤烟钾含量越高。因此,以后选取高钾烤烟品种时,可酌情参照关联的农艺性状。
合理利用当地农业气候资源,实施品种区域化合理布局,使烤烟生产逐渐向最适宜区、适宜区集中,是不断提高烤烟生产质量和效益的重要途径[24]。烟草是喜钾作物,而充足的钾素供应,不仅可保证烟株生长代谢的正常进行和烟株的健壮生长,而且对改善烟叶品质尤为重要,它使烟叶身份更加适中,弹性和柔性增加[25]。将烟草品种的育种、引进、布局、工业利用与烤烟生物学方面的特性以及有利的生态环境相互融合,将优良品种的潜力发挥出来,是提高卷烟原料质量、稳步发展两烟生产的重要措施,同时也是增强烟草竞争力,实现由“数量效益型”向“质量效益型”转变,保证烟草持续稳定发展的关键所在[26]。