芸苔素内酯对永州烟区烤烟中下部烟叶可用性的影响

孟智勇,宗胜杰,刘 芳,周 雨,黄 谊,李 虎,李小慧,宋笑龙*

(1.河南省农业科学院 烟草研究所,河南 许昌 461000;2.湖南省烟草公司永州市公司,湖南 永州 425000)

永州是我国浓香型烟叶的重要产地,属亚热带季风气候,热量丰富,雨量充沛,但该烟区烤烟生长季光照不足,制约着叶片干物质积累,也容易造成化学成分不协调[1],尤其是中下部叶片偏薄,香气不足,造成可用性偏低。目前,研究人员主要从定向育种[2-4],栽培技术[5-6],烘烤工艺[7-8]等方面着手,以提升烟叶可用性。研究显示,植物生长调节剂能调节植物的生长发育[9],调控作物的株型[10],提高烟叶耐烤性[11],进而提高产量,改善品质。其中,芸苔素内酯(brassinolide,BR)又名油菜素内酯,是一种甾醇类植物生长调节物质,能够调控植物细胞伸长、分裂和分化,在植物生长发育中起重要作用[12-13];芸苔素内酯的施用可提高植物叶片光合速率,进而提高抗旱、抗寒和抗盐碱等抗逆能力[14-17];另外还具有增产、协调植物营养平衡和强力生根的作用,可以加快植物生长代谢,适宜浓度的芸苔素内酯可降低叶绿素降解酶的活性,减缓逆境胁迫下叶绿素的分解速率,从而降低光合作用的抑制程度[18]。

目前,芸苔素内酯已在多种作物中得到应用。研究显示,芸苔素内酯对于粮食作物的增产效果可达10%左右,对于经济作物增产效果可达10%～20%[19]。贾燕超等[20]研究表明,油菜素内酯能提高烟草的抗旱能力,促进烟株在干旱条件下生长,提高产量。马文广等[21]研究表明,用10 mg/kg的油菜素内酯浸种处理能显著提高烟草种子的发芽势、发芽率与发芽指数,并且能缩短平均发芽时间,提高酶的活性和根系活力,提高烟叶中的钾含量,降低其烟碱含量。有关芸苔素内酯对烤烟中下部叶质量的影响研究较少,前期研究发现,相比赤霉素等植物生长调节剂,芸苔素内酯可更好的提高烤烟产质量,提高永州烟区烟叶化学成分协调性和感官质量[22]。然而,哪种浓度芸苔素内酯能在提升永州烟区烟叶品质方面可发挥最大作用,目前相关的研究仍有欠缺,因此,本研究通过设置不同浓度的芸苔素内酯试验,对烤烟农艺性状、外观质量、主要化学成分、评吸质量和经济效益进行测定分析,探讨适宜永州烟区的芸苔素内酯浓度,以期提高永州中下部烟叶可用性。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

于2021年在湖南省永州市江永县桃川镇开展试验,供试土壤为水稻土,肥力为碱解氮169.27 mg/kg、有效磷41.9 mg/kg、速效钾652 mg/kg、氯离子46 mg/kg、有机质39.9 g/kg、土壤pH值6.63。

1.2 供试材料

供试品种为云烟87,于3月初进行移栽,行距和株距为130 cm×50 cm。烟株进入旺长期后选取当地具有代表性的连片烟田,烟田基础设施完善,排灌方便,其他烟田管理措施参照当地烟叶生产技术标准进行。项目试验用烤房为国标燃煤密集烤房。

1.3 试验设计

采用单因素随机区组试验设计,设置5个芸苔素内酯浓度梯度处理,每个处理重复3次。CK∶0 mg/L(喷施蒸馏水);T1∶0.005 mg/L,(1.0 g粉剂/20 L水);T2∶0.010 mg/L,(2.0 g粉剂/20 L水);T3∶0.015 mg/L,(3.0 g粉剂/20 L水);T4∶0.020 mg/L,(4.0 g粉剂/20 L水)。

药剂施用方法:各处理芸苔素内酯水溶液施用量均为900 L/hm2,叶片正反两面喷施,喷至全部叶片湿润。移栽后40 d喷施第一次,每间隔10 d喷1次,共喷施3次。试验用芸苔素内酯粉剂购自郑州中科化工产品有限公司,芸苔素内酯粉剂有效成分为0.01%。

1.4 测定项目与方法

1.4.1烟田农艺性状调查

各处理每小区选取连续的5株长势较为一致的代表性烟株。下部叶采收前1 d,测定烟株株高、茎围、下部叶最大叶长和中部叶最大叶长;第三次植物生长调节剂喷施10 d后,于上午10∶00—11∶00,自下而上选择第6叶位(已去除脚叶)叶片,使用Li-6400型光合作用仪测定下二棚叶净光合速率(仪器自带红蓝光源,光合有效辐射为800 mol·m2/s;采用韦度电子生产的分辨率0.001 mm数显外径千分尺测定叶片厚度。

1.4.2烤后烟叶常规化学成分测定

烟叶烘烤结束后,分别依照YC/T 159—2002对总糖和还原糖含量、YC/T 161—2002对总氮含量、YC/T 162—2002对氯含量、YC/T 173—2002对钾含量、YC/T 166—2003对蛋白质含量、YC/T 468—2013对烟碱含量、YC/T 2l6—2007对各处理X2F、C3F样品淀粉含量进行检测。

1.4.3烤后烟叶经济性状统计

每一小区烟叶成熟时分别进行采收并编竿标记,烟叶出炕回潮后进行外观质量评价和单叶重统计,按照GB 2635-1992统计各小区产量、产值、上等烟比例等经济性状。

1.4.4烤后烟叶外观与感官质量评价

烤后烟叶出炕后回潮、平衡水分,依据烟草行业标准GB2635—1992对各处理烟叶成熟度、油分、颜色、身份、结构、色度、含青度、挂灰和杂色等外观质量指标进行评价,各指标分别按照0.3、0.1、0.2、0.1、0.1、0.1、0.05、0.025、0.025赋值,计算烤烟外观综合得分。按照9分制对香气质、香气量、浓度、杂气、劲头、刺激性、余味、燃烧性、灰色等感官评吸指标进行打分,各指标权重赋值为0.25、0.15、0.1、0.12、0.1、0.13、0.1、0.025、0.025。

2 结果与分析

2.1 芸苔素内酯对烟株农艺性状的影响

由图1可知,不同处理烟株在株高、茎围、最大叶长、最大叶宽等农艺性状方面虽然存在一定差异,但差异性均不显著,因此认为施用芸苔素内酯对江永县云烟87烟株农艺性状影响较小。

注:图中小写字母表示差异显著性(P<0.05)。下同。

2.2 芸苔素内酯对烤烟中部和下部鲜烟叶厚度的影响

由图2可知,各处理下下部叶厚度表现为:T4>T3>T2>T1>CK,中部鲜烟叶厚度表现为:T4>T3>T1>T2>CK。不同浓度芸苔素内酯处理后,各处理中部和下部鲜烟叶厚度均显著高于CK,中部鲜烟叶T1～T4处理间差异不显著,下部鲜烟叶T2、T3、T4差异不显著,T1、T2、T3差异不显著,T4处理显著高于T1处理。

图2 芸苔素内酯对叶片厚度的影响

2.3 芸苔素内酯对烟株叶片净光合速率的影响

由图3可知,移栽后70 d,在芸苔素内酯试验剂量范围内,随着浓度的增加,烟叶净光合速率呈现先增加后降低再增加的趋势,T2处理时叶片净光合速率达到最大值;其中T1、T2和T4处理间差异不显著,T2处理显著高于T3处理;T1、T2和T4叶片净光合速率显著高于CK;在试验计量范围内,施用芸苔素内酯可以提高烟株移栽后70 d叶片的净光合速率,与CK相比,T1、T2和T4增量达到显著水平。

图3 芸苔素内酯对烟株叶片净光合速率的影响

2.4 芸苔素内酯对烤后烟经济性状的影响

由表1可知,喷施芸苔素内酯能够显著提高烤后烟橘色烟比例、产量、中等烟比例和单叶重;T1、T2、T3和T4橘色烟比例分别较CK提高6.62%、11.62%、8.98%和6.20%,产量分别较CK提高1.17%、8.41%、2.60%和2.38%,中等烟比例分别较CK提高12.69%、19.63%、17.85%和66.39%,下部叶单叶重分别较CK提高-1.32%、-8.90%、6.90%和8.34%,中部叶各处理单叶重略低于CK,但差异不显著。CK处理上等烟比例高,均价高,但产量低,因此产值略低于其他处理。综合来看,橘色烟比例、产量、产值和均价以T2处理高,烤后烟经济效益以T2处理(0.01 mg/L芸苔素内酯)最佳。

表1 芸苔素内酯对烤烟经济性状的影响

2.5 芸苔素内酯对烤后烟外观质量的影响

不同浓度芸苔素内酯对烤后烟叶外观质量的影响如表2所示,不同处理烤后烟下部叶成熟度、颜色、叶片结构、含青和挂灰杂色得分一致;下部叶身份、色度、油分和嗅香得分CK最低,下部叶外观质量得分排名为:T1=T2>T3>T4>CK。各处理烤后烟中部叶成熟度、身份、叶片结构、含青、挂灰杂色和嗅香得分一致;CK处理烟叶颜色、色度和油分得分最低,色度和油分指标T2得分最高,中部叶外观质量得分排名为:T2>T1=T4>T3>CK。综合来看,喷施芸苔素内酯均有利于中下部烟叶外观质量的提高,以T2处理(0.01 mg/L芸苔素内酯)表现最好。

表2 芸苔素内酯对烤后烟叶外观质量影响

2.6 芸苔素内酯对烤后烟叶主要化学成分的影响

由表3可知,施用芸苔素内酯烤后烟中部叶还原糖含量较CK提升7.63%～10.44%,下部叶还原糖含量较CK提升11.73%～27.55%,其中下部叶以T2处理最高,中部叶以T4处理最高;低浓度芸苔素内酯处理(T1处理),中、下部叶烟碱含量较CK处理有所提升,而较高浓度下烟碱含量降低;整体来看,下部叶各处理还原糖、烟碱、钾含量及氮碱比整体适宜;中部叶各处理总氮、钾含量和糖碱比适宜,氯含量和氮碱比整体偏低,钾氯比偏高。

表3 芸苔素内酯对烤后烟叶主要化学成分的影响

2.7 芸苔素内酯对烤后烟叶评吸质量的影响

由表4可知,T1处理下下部叶浓度、劲头、余味、总体得分和中部叶的香气质、香气量、浓度、杂气、总体得分最高,T2处理下下部叶香气质、香气量得分最高,T3处理下下部叶灰色和中部叶香气量和灰色得分最高,T4中部叶燃烧性得分最高;下部叶和中部叶烤后烟评吸总体得分随着芸苔素内酯浓度的增加均呈现先增加后降低的趋势,下部叶评吸得分排名为:T1>T2>CK>T3>T4;中部叶评吸得分排名为:T1>T2>T3>CK>T4,综合来看,低浓度的芸苔素内酯用量利于烟叶感官评吸质量的提升。

表4 芸苔素内酯对烤后烟叶评吸质量的影响

3 结论与讨论

作物株高与收获指数和增产潜力密切相关[18],芸苔素内酯在极低浓度下便可起到调控作物株高、穗型、籽粒大小和叶夹角等农艺性状的作用[19,23],另外,可通过调控赤霉素的生物合成来调节细胞伸长[24]。研究显示,喷施芸苔素内酯(0.010 mg/mL)可明显提高烤烟经济效益和烟叶品质,对于提高烤烟香气质、香气量,改善余味方面效果明显[25],与本研究结果有相似之处。本研究显示不同浓度芸苔素内酯处理后,各处理烟株株高、茎围和叶长差异性虽不显著,较高浓度芸苔素内酯处理(T4处理)烟株株高大于CK处理,而较低浓度芸苔素内酯处理(T1处理)烟株茎围更大,与王慧芳等[26]研究结果基本一致。芸苔素内酯可在植物生长过程中提高植物细胞内叶绿素含量进而提高植物光合作用效率,促进植物生长[27-29],T2处理时烟叶叶片净光合速率达到最大值,有利于烟叶有机物的积累,中下部烟叶产量达到最大。金亚波等[30]比较了不同植物生长调节剂对烤烟主要化学成分的影响,认为油菜素内酯的施用使得烟叶烟碱和总氮含量降低,钾、总糖、还原糖含量上升,梁鑫等[31]研究认为,打顶后喷施油菜素内酯,钾含量、钾氯比提高,氯和烟碱含量降低,与本研究存在一定差异,推测是由于烤烟生长区不同,而烤烟烟叶化学成分受气候、栽培措施等影响较大。

本研究表明,喷施芸苔素内酯能够显著增加中部叶和下部叶鲜烟叶片厚度,提高烤后烟外观质量,改善化学成分协调性,低浓度芸苔素内酯利于感官评吸质量提升;T1处理(0.005 mg/L芸苔素内酯),中下部烟叶外观质量和经济效益得到有效提升,感官评吸质量整体最佳;T2处理(0.01 mg/L芸苔素内酯),中下部烟叶外观质量整体最佳、经济效益最高,下部烟叶感官评吸香气质和香气量得分最高。综合来看,低浓度芸苔素内酯(0.005～0.01 mg/L)可显著增加中、下部叶鲜烟叶片厚度,提高外观质量和经济效益,改善感官评吸质量,提高永州烤烟中、下部烟叶可用性。