烤烟新品种渠首1号对低氮胁迫的响应

李雪君， 吴 疆， 吴家静， 孙 焕， 孙计平， 耿胜娜， 马翥骅， 侯 咏， 李旭辉， 俎焕新， 平文丽

(1.河南省农业科学院烟草研究所/烟草行业黄淮烟区烟草病虫害绿色防控重点实验室，河南许昌461000；2.河南省烟草公司南阳市公司，河南南阳 473000)

烤烟品种是烟叶生产的基础，对“两烟”的发展起着非常重要的作用。云烟87是河南省的主栽品种之一，常年种植面积占全省植烟面积的40%左右。该品种在河南省种植近20年，随着种植年代的增加和自然条件的变化，根部病害逐渐加重，目前基本不适应河南烟区的种植，生产上急需可替代品种。不同品种烟叶质量差异较大，工业为了配方的稳定性，要求烟叶的质量相对稳定，质量差异较大的品种更换难度较大。烤烟新品种渠首1号是河南省烟草公司南阳市公司从烤烟品种云烟87的自然变异株中定向培育的新品种，该品种既保持了云烟87优质、易烘烤的特性，又具有丰产、根部病害抗性提高的优点，特别是针对目前较为严重的镰刀菌根腐病有较好的抗性。渠首1号既能够满足生产种植的需要，也能满足工业原料的需求，是替代云烟87的最佳选择之一，推广应用潜力很大。

氮素是影响烟叶品质和产量的重要因素，氮素作为主要营养元素之一，相比其他主要营养元素，在土壤中含量较不稳定。目前，在烤烟生产过程中，为追求产量存在着氮肥施用量过多的现象。过量氮肥不仅会增加种烟成本投入，造成烟叶品质下降，降低烟农收益，还会导致土壤氮污染。因此，在烤烟生产中筛选耐低氮基因型的品种，降低烟草生长对土壤氮素的需求，提高氮素利用效率，是减少氮素对土壤污染的一种有效途径，有利于烟草农业的可持续发展。

不同烤烟品种的需氮量不同，要想实现高产优质的育种目标，需从品种本身出发，探索品种适宜的需氮量。在大田示范种植过程中，渠首1号的需氮量与云烟87有明显的差异。在适宜云烟87正常生长和烘烤的施氮量条件下，渠首1号则表现为植株过大、不易落黄甚至无法烘烤，与云烟87相比较，渠首1号初步呈现出需氮量较低的特性。本研究旨在对渠首1号在低氮胁迫下的耐受力、耐瘠薄特征进行探讨，为渠首1号种植栽培技术和推广适宜区域提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验品种为渠首1号、云烟87，其中渠首1号由河南省农业科学院烟草研究所提供，云烟87由玉溪中烟种子有限公司提供。

1.2 试验设计

本试验于2020年5月在河南省农业科学院烟草研究所进行。对供试的2个品种分别设置2个施氮处理水平：低氮(0.5 mmol/L)和正常供氮(5 mmol/L)处理。每个处理设置3个重复，每个重复30株。

1.3 试验方法

采用漂浮育苗，将种子播种于育苗大棚中，待烟苗长至4叶1心时，挑选长势一致的健壮材料洗去培养基质后进行悬浮培养。采用Hoagland营养液，将溶液pH值调整至6.0，每隔3 d换1次营养液。在低氮和正常氮素水平处理后的第21天，分别取样测定渠首1号和云烟87的相关指标。

1.4 测定指标及方法

农艺性状：分别从2个不同氮素水平处理的烟苗中各选取长势相对一致的单株5株，分别测定株高、叶长、叶宽、叶片数、茎围。

光合指标：分别从2个不同氮素水平处理的烟苗中各选取长势相对一致的单株5株，利用LI-6400XT型便携式光合作用测定仪测定叶片的光合指标，主要测定净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率，3次重复，并求平均值。

叶绿素相对值SPAD值用叶绿素仪进行测量，硝酸还原酶(NR)活性采用活体检测法进行检测。

根系指标：分别从2个不同氮素水平处理的烟苗中各选取长势相对一致的单株5株，使用根系扫描仪对根部指标进行测量，包括根长、根面积、根数及根体积。根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法测定。

叶鲜质量及叶干质量测量：将叶片从健壮植株中采摘，后置于105 ℃烘箱内杀青0.5 h，70 ℃烘干至恒质量，用电子天平进行称量，并求平均值。

1.5 统计分析方法

采用Excel 2010和DPS 19.05数据分析软件对所测得的数据进行统计学分析、方差分析(新复极差法)并作图。

2 结果与分析

2.1 低氮胁迫对渠首1号及云烟87农艺性状的影响

如图1所示，在正常氮量供应下，渠首1号的株高、叶长、茎围、叶宽指标均高于云烟87，说明渠首1号对氮素的需求量低于云烟87，正常供氮能使其保持正常的生长发育，云烟87对氮素的需求量相对较大；在低氮胁迫下，渠首1号和云烟87的各农艺性状指标均有所下降，但株高和叶宽渠首1号和正常供氮水平下云烟87相当，叶长和茎围渠首1号在低氮胁迫下显著高于云烟87正常供氮水平；说明渠首1号农艺性状受影响较云烟87小。

2.2 低氮胁迫对渠首1号及云烟87叶绿素含量(SPAD)的影响

为了进一步了解渠首1号及云烟87叶片中叶绿素含量的变化，分别对处理后叶片中SPAD值进行测定。结果(图2)表明，在正常供氮条件下，渠首1号和云烟87的SPAD值基本一致；在低氮胁迫下，渠首1号和云烟87的SPAD值均呈下降趋势，但两者下降幅度不同，其中渠首1号与正常施氮水平无明显差异，云烟87则显著降低。

2.3 低氮胁迫对渠首1号及云烟87光合特性的影响

通过对低氮胁迫下渠首1号和云烟87的光合参数进行分析，结果(图3)表明，在正常供氮条件下，渠首1号除胞间CO浓度显著低于云烟87外，其他指标与云烟87差异不显著；在低氮胁迫下，渠首1号和对照云烟87的光合速率、气孔导度以及蒸腾速率均呈下降趋势，渠首1号的光合速率、气孔导度和蒸腾速率的下降幅度均比云烟87的小，且下降后数值仍大于云烟87；在低氮胁迫下，渠首1号的胞间CO浓度反而有所增高。

2.4 低氮胁迫对渠首1号及云烟87硝酸还原酶(NR)活性的影响

如图4所示，正常供氮水平下，渠首1号叶片中硝酸还原酶活性比云烟87略高，但差异不显著；在低氮处理下，虽然渠首1号和云烟87硝酸还原酶活性均受到影响，二者均有显著下降，但渠首1号的硝酸还原酶活性仍然显著高于云烟87。

2.5 低氮胁迫对渠首1号及云烟87根系的影响

2.5.1 低氮处理对根系活力的影响 如图5所示，在正常供氮条件下，渠首1号的根系活力显著高于云烟87；在低氮胁迫下，渠首1号和云烟87的根系活力均呈显著的下降趋势，此时渠首1号的根系活力与正常供氮水平下的云烟87无明显差异，且是低氮条件下云烟87的2倍左右。

2.5.2 低氮处理对根系形态的影响 由图6可知，在正常供氮条件下，渠首1号总根长显著高于云烟87，总根面积、根体积较云烟87低。在低氮胁迫条件下，云烟87的总根长、根数、总根面积和根体积均呈下降趋势；渠首1号仅总根长呈下降趋势，且下降幅度较小，总根数、总根面积和根体积均有提高。

2.6 低氮胁迫对渠首1号及云烟87生物量的影响

由图7可知，低氮胁迫下渠首1号及云烟87的生物量鲜质量、干质量都呈下降趋势。在正常供氮条件下，渠首1号的生物量显著高于云烟87；在低氮胁迫下，渠首1号与云烟87生物量均有显著降低，渠首1号下降幅度较云烟87小，且渠首1号生物量与云烟87生物量存在着显著性差异。

3 讨论与结论

3.1 讨论

氮元素是植物进行光合作用的基础，也是叶绿素、遗传物质(DNA、RNA)和一些关键反应酶的主要组成成分，氮素不仅影响叶绿素的合成，而且对植物光合作用过程中一系列的反应酶活性有重要影响。本试验结果表明，低氮处理下，渠首1号和云烟87的株高、叶长、茎围、叶宽、SPAD值、硝酸还原酶活性均有所降低，这与前人研究结果一致；正常施氮水平下，渠首1号株高、叶长、茎围、叶宽均显著高于云烟87，这说明渠首1号的氮吸收能力高于云烟87；但是渠首1号下降比例显著低于云烟87，说明相比于云烟87，氮素在渠首1号中得到了更高效地利用。本试验中，正常施氮水平下，二者净光合速率、气孔导度及蒸腾速率均无明显差异；而在低氮处理下，渠首1号和云烟87光合指标(除胞间CO浓度)均有下降，但是渠首1号仍显著高于云烟87，这说明渠首1号比云烟87更耐低氮。

硝酸还原酶(NR)是植物体氮素同化和代谢过程中硝态氮同化的第1个酶，在植物高效利用氮素过程中具有重要的研究意义，NR活性的高低可以反映植株的氮素营养状况和氮代谢水平。本试验条件下，减施氮肥后，二者硝酸还原酶活性下降较为迅速，这与前人研究结果相符。但渠首1号硝酸还原酶活性仍显著高于云烟87，说明此水平下渠首1号氮素同化和氮代谢能力高于云烟87。

根系作为植物吸收氮的主要器官，其形态和生理特性的适应性变化是植物高效利用氮的重要物质基础。前人研究表明，植物侧根 (LR)能响应体外硝酸盐的局部刺激而伸长；根系通过增加根密度等形态学响应，从而增强植物竞争有机氮的能力。本试验结果表明，低氮处理下，云烟87的总根长、总根面积、根数均显著低于渠首1号，云烟87总根面积与根体积在正常施氮水平下高于渠首1号，在不同氮水平处理下差异较显著，这说明云烟87对氮素水平较为敏感，而渠首1号在不同氮素水平处理下无明显差异，耐瘠薄力更强。

适宜的施肥量能增加植物地上生物量，缺乏氮素会抑制植物的生长和生物量的积累。本研究结果表明，渠首1号叶鲜质量、干质量均显著高于云烟87，低氮胁迫下渠首1号所受的胁迫程度相对较轻，干物质积累更加稳定，表现优于云烟87。

3.2 结论

本研究通过对低氮胁迫下2个品种农艺性状、光合特性、根系指标及生物量的差异分析，说明了新品种渠首1号在低氮胁迫下比云烟87具有更强的耐受力，即渠首1号的需氮量低于云烟87。因此在生产实践中，为了达到烟株正常生长和落黄，与云烟87相比较，应该减少氮肥的用量。至于渠首1号耐低氮的分子机理，待作为后续研究内容继续开展。