钼锌营养对烤烟生理特性及品质的影响

刘咏艳， 宋正熊， 金佳威， 王静， 徐敏， 周俊学*，李占民， 赵世民， 符云鹏* 代晓燕

（1.河南农业大学烟草学院，烟草行业烟草栽培重点实验室，郑州 450002；2.河南省烟草公司洛阳市公司，河南 洛阳 471026； 3.洛阳市烟草公司洛宁县分公司，河南 洛宁 471700）

烟草是以收获叶片为主的经济作物，在烟叶生产中追求优质适产，即产量与品质并重。研究表明，钙、铁、锌、硒、钼等微量元素在调控烤烟产质量方面发挥着重要作用[1]。钼是植物体内固氮酶和硝酸还原酶的重要组成成分，通过参与硝酸盐还原反应，促进氮代谢过程[2-3]。植物缺钼时叶绿体结构受损，叶绿素含量显著降低，光合作用强度减弱[4]。研究表明，施钼有利于提高烤烟叶绿素含量和稳定性，促进烟叶光合作用，增加烟叶干物质积累量和积累速率，提高烟叶钾含量，对烤后烟叶产量和品质的提高具有重要作用[5-7]。

锌是植物体内多种酶的组成成分和活化剂，对植物体内的众多酶起着调节、稳定和催化作用，并参与生长素及蛋白质的合成，在提高叶片光合作用、促进糖类等碳水化合物的运输及品质调控等方面起着重要作用[8-9]。白羽祥等[10]研究发现，缺锌条件下叶绿素含量下降，适量增施锌肥，光合参数有所增加，烤烟叶片光合能力及产、质量均有明显提高。杨雪梅等[11]研究表明，合理施用锌肥能促进烤烟生长发育，显著提高烟叶产量、产值及中、上等烟比例，且喷施效果优于土施。刘春奎[12]研究发现，单独施钼、单独施锌及钼锌配施均可提高冬小麦硝酸还原酶活性、光合作用及叶绿素和类胡萝卜素含量，促进冬小麦生长发育，且钼锌配施效果优于单施钼或锌。

河南是我国烤烟主产区，在烟草生产上由于长期重视大量元素肥料的施用、忽视微量元素的补充，导致植烟土壤养分失调，制约烟叶质量的进一步提高。据报道，河南约56%的植烟土壤有效锌含量低于临界值（1.0 mg·kg-1）[13]；洛阳烟区95%以上的土壤普遍缺乏钼元素[14]，12.8%的植烟土壤严重缺锌，55.2%的土壤处于缺锌水平（含量0.5～1.0 mg·kg-1）[15]。目前，已有较多关于施钼或施锌对烤烟产量和品质影响的研究，但有关钼锌配施对烤烟生理生长及产量品质影响的研究鲜有报道。鉴于此，本文研究叶面喷施钼肥、锌肥及钼锌配施对烤烟生理特性、烤后烟叶化学成分及经济性状的影响，探讨其作用机理，以期为钼、锌在豫西烤烟生产中的合理应用提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2021年在河南省洛阳市洛宁县烟草科技园区进行，试验地土壤为褐土，质地中壤，前茬作物为烟草，土壤养分含量如下：有机质16.01 g·kg-1、pH 8.27、碱解氮71.75 mg·kg-1、速效磷10.35 mg·kg-1、速效钾178.02 mg·kg-1、有效锌0.59 mg·kg-1、有效钼0.10 mg·kg-1。

种植烤烟品系为LY1306，由洛阳市烟草公司提供，该品系具有适应性强、耐旱、易烘烤、品质优良等特点，占洛阳市烤烟种植面积的40%左右。试验所用钼酸铵和硫酸锌均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司。所用肥料包括烟草专用肥（10-12-18）、硝酸钾（13.5-0-46）、重过磷酸钙（含P2O546%）、硫酸钾（含K2O 50%）。

1.2 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，设4个处理，3次重复，小区面积156 m2。处理如下：①叶面喷施清水（CK）；②叶面喷施0.1%钼酸铵溶液（T1）；③叶面喷施0.2%硫酸锌溶液（T2）；④叶面喷施0.1%钼酸铵溶液+0.2%硫酸锌溶液（T3）。移栽后35 d开始对各处理进行叶面喷施，每隔7 d喷1次，连喷3次，均匀喷施叶片正、反面，以雾滴不下滴为宜。

烟苗于5月12日移栽，行距1.3 m，株距0.55 m，单株留叶26片。各处理施肥量一致，分别为：商品羊粪1 500 kg·hm-2，无机氮用量37.5 kg·hm-2，氮、磷、钾比例为1∶1.5∶5，其中腐熟羊粪、烟草专用肥、重过磷酸钙、50%的硫酸钾于起垄时开沟条施，硝酸钾、50%硫酸钾于移栽后30 d追施。其余田间管理按照当地烟叶生产栽培标准管理措施进行。

1.3 取样方法

于烟苗移栽后45 d开始，每隔15 d在各小区内选择长势均匀一致、具有代表性的烟株进行取样，共取4次。每次选取烟株中部典型叶片（自下而上第13～14叶位）的第6～8支脉（位于叶尖与叶基中部）之间叶肉组织，混匀后用锡箔纸包裹置于液氮中冷冻保存，用于碳氮代谢关键酶活性的测定；另取同部位鲜烟叶混匀，用于质体色素含量的测定。

各处理取烘烤后具有代表性的中部烟叶样品1.0 kg，于65 ℃下烘至恒重，冷却后粉碎，过0.25 mm筛保存，用于烟叶化学成分含量的测定。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 干物质积累量测定 各处理分别于不同取样时期选取代表性烟株3株，用清水将烟株上泥土冲洗干净，并按部位（根、茎、叶）分开，于105 ℃杀青30 min，65 ℃恒温烘干后称重。

1.4.2 碳氮代谢关键酶活性测定 硝酸还原酶（nitrate reductase，NR）活性、谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase, GS）活性、蔗糖转化酶（sucrose invertase, INV）活性采用试剂盒（苏州科铭生物技术有限公司生产）进行测定。

1.4.3 质体色素含量测定 叶绿素和类胡萝卜素含量采用乙醇浸提比色法[16]进行测定。

1.4.4 光合指标测定 采用Li-6400型光合系统分析仪（美国 LI-COR 公司生产），在9∶00—11∶00测定中部典型叶片（自下而上第13～14叶位）的净光合速率（net photosynthetic rate，Pn)、气孔导度（stomatal conductance，Gs)、蒸腾速率(transpiration rate，Tr)和胞间CO2浓度（intercellular CO2concentration，Ci)等参数。

1.4.5 烤后烟叶化学成分测定 按照YC/T 159—2002、YC/T 161—2002、YC/T 160—2002、YC/T 217—2007、YC/T 162—2011[17-21]标准方法测定烟叶总糖、还原糖、总氮、烟碱、钾和氯含量（质量分数），所用仪器为AA 3型流动分析仪（德国BRAN+LUEBBE公司生产）。

1.4.6 烤后烟叶经济性状测定 烟叶成熟采收时分小区挂牌编竿，同炕烘烤；烤后烟叶按照GB 2635—92《烤烟》标准[22]分级后统计各小区烟叶重量、上等烟比例，并按照当地收购价格计算各处理烟叶均价、产值等经济指标。

1.5 数据分析

利用 Microsoft Excel 2010、SPSS 25.0、Origin 2019进行数据差异性分析及图表制作。

2 结果与分析

2.1 钼锌营养对烤烟叶片干物质积累的影响

由图1可知，移栽后45 d，烟叶干物质积累量较少，移栽后60～90 d，各处理烟叶干物质积累量逐渐增加。总体来看，各测定时期的烟叶干物质积累量均表现为T3＞T1＞T2＞CK；移栽后45～60 d，各处理烟叶干物质积累量均显著高于CK；移栽后75 d，T1、T2、T3处理烟叶干物质积累量分别较CK显著增加31.06 %、24.53 %、50.81 %；移栽后90 d，T1和T3处理烟叶干物质积累量均显著高于CK，且T1和T3处理间差异不显著。

图1 不同处理烤烟生长过程中叶片干物质积累量Fig.1 Accumulation of leaves dry matter during flue-cured tobacco growth under different treatments

2.2 钼锌营养对烤烟碳氮代谢关键酶活性的影响

2.2.1 硝酸还原酶（NR）活性 NR是植物进行氮素吸收同化的关键酶，其活性大小决定氮代谢的强弱。由图2可知，烤烟NR活性随移栽天数增加呈先升高后降低的趋势，移栽后45～60 d，各处理烟叶NR活性快速增加，60 d时达到峰值，之后逐渐下降，说明在烟株生长发育中期氮代谢较旺盛，现蕾打顶后氮代谢强度下降。在烟株生长期间，各测定时期NR活性均以T3处理最高、CK最低，总体表现为T3＞T1＞T2＞CK；移栽后45～75 d，各处理烟叶NR活性均显著高于CK，且T3处理NR活性显著高于T2处理；移栽后90 d，T3处理NR活性较CK显著提高18.26 %，与其他处理间差异不显著。

图2 不同处理烤烟生长过程中叶片硝酸还原酶活性Fig.2 NR activity in leaves during flue-cured tobacco growth under different treatments

2.2.2 谷氨酰胺合成酶（GS）活性 由图3可知，与NR活性相似， GS活性随烤烟生育进程推进呈先上升后下降趋势，在移栽后45～60 d增加较快，移栽后60 d达到最大值之后逐渐下降。在各测定时期，GS活性均表现为T3＞T1＞T2＞CK；移栽后45 d，T3和T1处理烟叶GS活性显著高于T2和CK处理；移栽后60 d各处理间GS活性差异显著，此时T1、T2、T3处理烟叶GS活性分别较CK显著增加37.30%、24.45%、58.27%；移栽后75 d，各处理烟叶GS活性均显著高于CK，且T3处理GS活性显著高于T2处理；移栽后90 d，T3处理GS活性分别较CK、T1、T2处理显著增加26.58%、17.66%、24.22%。

图3 不同处理烤烟生长过程中叶片谷氨酰胺合成酶活性Fig.3 GS activity in leaves during flue-cured tobacco growth under different treatments

2.2.3 蔗糖转化酶（INV）活性 INV在植物糖代谢中起着重要作用，其活性高低反映植物对蔗糖的利用程度，是衡量碳代谢强度的重要指标。由图4可知，烤烟INV活性随生育期推进呈先上升后下降的趋势，移栽后75 d时达到峰值，说明烟株生长发育前期以碳的固定和转化代谢为主，在叶片功能盛期达到最大，之后以碳的积累代谢为主。各测定时期烟叶INV活性均表现为T3＞T1＞T2＞CK；移栽后45～60 d，T1和T3处理烟叶INV活性显著高于T2和CK处理；移栽后75 d，T1、T2、T3处理烟叶INV活性分别较CK显著增加18.28%、17.71%、30.07%；移栽后90 d，T1和T3处理烟叶INV活性显著高于CK。

图4 不同处理烤烟生长过程中叶片蔗糖转化酶活性Fig.4 INV activity in leaves during flue-cured tobacco growth under different treatments

2.3 钼锌营养对烤烟质体色素含量的影响

叶绿素负责光能的吸收、传递及转化，是植物叶片进行光合作用的主要执行者。由图5可知，随着生育期推进，烤烟叶绿素含量呈先升高后降低的趋势，峰值出现在移栽后60 d；各测定时期，不同处理叶绿素含量整体表现为T3＞T1＞T2＞CK；除移栽后60 d时CK和T2处理叶绿素含量差异不显著外，其他时期各处理叶绿素含量均显著高于CK，且T3处理显著高于T2处理。在烟叶成熟及调制过程中，类胡萝卜素是形成烟叶香味物质的中间前体物，其变化趋势与叶绿素基本一致，均是先增加后降低，移栽后60 d达到峰值，此时各处理间差异达到显著水平，其他时期T1、T3处理的类胡萝卜素含量显著高于CK。

图5 不同处理烤烟生长过程中叶片质体色素含量Fig.5 Plastid pigment content in leaves during flue-cured tobacco growth under different treatments

2.4 钼锌营养对烤烟光合性能的影响

光合作用是作物生长发育及产量、品质提高的基础。由图6可知，随移栽后天数的增加，烟叶净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）均呈现先上升后下降的趋势，而胞间CO2浓度（Ci）呈先下降后上升的趋势。在测定时期内，各处理烟叶Pn、Gs、Tr均以T3处理最高、CK最低，整体表现为T3＞T1＞T2＞CK；在移栽后45～75 d，T1和T3处理的Pn、Tr显著高于CK；移栽后90 d ，T3处理的Pn、Tr显著高于其他处理。在各测定时期， T1和T3处理烟叶Gs均显著高于T2和CK处理。而Ci以CK最高、T3最低，整体表现为CK＞T2＞T1＞T3，且CK显著高于T1和T3处理。由此可见，T3处理可显著提高叶片净光合速率，促进烤烟的光合作用。

图6 不同处理烤烟生长过程中叶片光合性能Fig.6 Photosynthetic performance in leaves during flue-cured tobacco growth under different treatments

2.5 钼锌营养对烤后烟叶化学成分的影响

由表1可知，各处理烟叶钾含量均高于CK，其中T1、T3处理钾含量分别较CK显著增加了23.61%、29.50%，说明叶面喷施钼和钼锌配施显著提高烟叶钾含量。T1、T2、T3处理均显著提高烤烟总糖和还原糖含量，其中，总糖含量分别较CK显著增加了16.99%、15.67%、27.62%，还原糖含量分别较CK显著增加了16.67%、14.32%、20.27%；糖碱比和钾氯比除T1、T2处理间差异不显著外，其他处理间差异均达到显著水平；而不同处理对烟叶总氮、烟碱及氯含量影响较小。

表1 不同处理烤后烟叶化学成分Table 1 Chemical components in flue-cured tobacco leaves with different treatments

2.6 钼锌营养对烤后烟叶经济性状的影响

由表2可知，各处理烟叶经济性状表现为T3＞T1＞T2＞CK，各处理产量均显著高于CK；产值各处理间差异显著，T1、T2、T3处理分别较CK显著提高16.25%、12.53%、23.22%，T3处理分别较T1、T2处理显著提高5.99%、9.50%；上等烟比例各处理间差异达到显著水平，其中，T3处理较CK显著增加16.03%；均价除T1、T2处理差异不显著外，其他处理间差异均达到显著水平，说明增施钼、锌营养对烤烟的经济性状有明显的改善作用，且以钼锌配施效果最佳。

表2 不同处理烤后烟叶经济性状Table 2 Economic characters in flue-cured tobacco leaves with different treatments

3 讨论

钼、锌是烟草正常生长发育过程中必需的微量元素，对烟草生理代谢及产量和品质的形成具有重要作用。已有研究表明，增施钼肥可明显提高玉米[2]、黄瓜[23]、烤烟[24]叶片NR活性，降低植物体内硝酸盐含量，增施锌肥可提高小麦NR、GS活性，促进小麦对氮素的积累[25]。本研究表明，叶面单施钼、锌及钼锌配施可不同程度提高烤烟氮代谢关键酶活性，促进烟株体内氮素吸收同化利用，提高氮代谢强度，且钼锌配施效果优于单施钼或锌。叶面单施钼可显著提高烤烟NR、GS活性，而叶面单施锌烤烟NR、GS活性虽高于对照，但效果不如单施钼及钼锌配施明显，这是因为钼作为植物硝酸还原酶组成成分，叶面喷施钼肥可直接提高烤烟NR活性，而叶面施锌处理NR活性的提高可能是通过影响烤烟其他方面的代谢间接起作用，其作用机制有待进一步研究。不同处理烤烟叶片GS活性的提高可能是由于NR活性的提高，增加氮素同化过程中GS底物铵态氮的含量[25-26]，进而提高了烟叶GS活性。此外，本研究发现，叶面单施钼及钼锌配施均明显提高烤烟生育期内INV活性，促进碳代谢产物的积累，这与已有研究结果一致[7,27]，可能是由于叶面喷施钼、锌增强了烤烟氮代谢能力，为碳代谢提供较多的酶蛋白和光合色素，使得碳代谢相关酶活性增加[28]。

质体色素是植物进行光合作用的基础，其含量高低影响光合碳固定生成有机物过程[29]。本研究发现，叶面喷施钼、锌及钼锌配施可明显提高烤烟叶绿素和类胡萝卜素含量，增强烟叶光合作用，进而促进光合产物的合成与积累，这与刘春奎[12]、孙君艳等[30]分别在小麦、玉米上的研究结果相似，原因可能是钼通过维护叶绿素稳定性影响植物光合效率[31]，而锌作为碳酸酐酶组分，参与光合作用中CO2水合反应，从而增强植物光合作用[32]。与叶面单施锌相比，叶面单施钼及钼锌配施在提高质体色素含量和光合性能方面效果更加显著，说明叶面施钼对烤烟光合特性影响较大，且钼、锌之间存在互作累加效应。在烟叶成熟期，质体色素含量和净光合速率以T3处理最高，说明钼锌配施在延缓作物衰老、增强光合作用方面优于单施钼或锌，与已有研究结果一致[12,30]。

干物质积累量是植物生长发育快慢的重要体现，且干物质作为光合作用的最终产物，与产量密切相关[33]。本研究表明，叶面喷施钼、锌及钼锌配施均可促进烟株发育过程中烟叶干物质积累，增加烤后烟叶产量、产值、均价及上等烟比例，这与申洪涛等[34]、陈春玲[35]的研究结果一致，究其原因是叶面施用钼、锌肥提高了烤烟净光合速率，促进有机物质的合成，进而提高了烤烟叶片干物质积累量，增加烟农经济效益。烟叶化学成分协调性及其含量的高低是衡量烟叶内在品质的重要指标，对烤烟质量和风格特色形成具有重要影响[36]。曾宇等[37]研究表明，增施钼肥能降低烟叶总氮、烟碱含量，提高烟叶总糖、还原糖、钾含量，明显改善糖碱比，对于提高烟叶质量具有一定作用。胡蓉花等[38]研究发现，增施锌肥能不同程度增加烤后烟叶总糖、还原糖、钾含量，明显提高烤烟总氮、烟碱含量，并协调烟叶钾氯比、糖碱比和氮碱比，有利于提高烟叶品质。本研究表明，叶面喷施钼、锌以及二者配施均显著增加烤后烟叶总糖、还原糖含量，明显改善烟叶糖碱比和钾氯比，使烟叶化学成分更协调，且以钼锌配施效果较好；同时钼锌配施还明显提高了烟叶钾含量，这可能是由于外施钼、锌肥促进烤烟的生长，进而提高了烤烟对钾素的吸收与积累。本研究中叶面喷施钼、锌及钼锌配施对烤烟总氮、烟碱无显著影响，这与上述关于钼、锌对烤烟总氮、烟碱的研究结果不太一致，可能与烤烟品种、气候条件等因素有关。与叶面单独喷施钼、锌相比，钼锌配施在提高上等烟叶比例及烟叶产量、产值、改善烟叶化学成分协调性及品质方面效果更加显著。