雪茄烟CX80 发育过程中农艺性状及叶片表皮细胞的变化规律

卜贵军 陈红华 樊 俊 王 瑞 徐祥玉

(1.湖北民族大学生物资源保护与利用湖北省重点实验室 湖北 恩施 445000;2.湖北省烟草公司恩施州公司 湖北 恩施 445000;3.湖北省农业科学院植保土肥研究所 湖北 武汉 430064）

雪茄烟是一种特殊的烟草类型，其原料分为外包皮烟叶（茄衣）、内包皮烟叶（茄套）和心叶（茄心）[1]。其中雪茄烟的茄衣是其外衣， 也是其精华所在，其质量的优劣是衡量雪茄烟质量及档次的重要因素之一[2]。 目前利用电子显微镜对烟叶的植物学发育特征的研究多集中在烤烟， 对雪茄烟的研究多集中在某一时期或特定处理后烟叶的响应[3-5]。 表皮细胞作为茄衣原料叶片最外层的结构， 在优质茄衣形成中起着一定的作用，然而对表皮细胞量化的研究较少。 此外，表皮细胞上的附属结构，如腺毛对雪茄烟的品质也有一定的影响， 一般认为腺毛的分泌物是烟叶香气物质的来源之一[6]。 因此，掌握雪茄烟表皮细胞的植物学特性是进一步提高雪茄烟质量的关键。 基于以上背景， 本试验以来凤雪茄烟CX80 为供试材料，研究其发育过程中主要农艺性状、 叶片表皮细胞形态结构的变化规律， 为雪茄烟烟叶生产工作者提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试品种

试验于2021 年4-8 月在恩施州来凤岩峰窝进行。 供试土壤pH 6.16， 有机质含量为25.03 g/kg，碱解氮含量为151.30 mg/kg， 有效磷含量为42.67 mg/kg，速效钾含量为226.0 mg/kg，交换性钙含量为950.61 mg/kg，交换性镁含量为110.92 mg/kg，有效锌含量为3.78 mg/kg， 有效硼含量为0.31 mg/kg，氯含量为10.61 mg/kg，土壤阳离子交换量（CEC）为10.71 cmol/kg。 本研究在目前指导施肥处理下取样测定，氮、磷、钾施用量（N∶P2O5∶K2O 为1∶0.88∶1.93）为175.5 kg/hm2。 氮肥肥源为硫酸铵、 钾肥肥源为硫酸钾、磷肥肥源为过磷酸钙，氮、钾分1 次基肥、2 次追肥施入，每次各占1/3；磷肥和有机肥作为基肥一次性施入，基肥施肥方法为条施，追肥为穴施。4 月16 日条施基肥并起垄覆膜，4 月29 日移栽，2 次追肥日期分别是5 月27 日和6 月8 日。 供试雪茄烟品种为CX80，种植密度为110 cm×40 cm，6 月20 日打顶。

1.2 取样方法

从大田移栽后， 分别于移栽后29 d、36 d、43 d、47 d、51 d、55 d、59 d、64 d、69 d、76 d、84 d、98 d 取样（12 叶主脉中部两侧距离主脉2 cm，侧脉两侧距离侧脉1～2 cm 的位置），放入戊二醛固定液（2.5%戊二醛的磷酸缓冲液）中保存，用于扫描电镜观察。

1.3 扫描电镜样品的制备及观察

按照常规方法对戊二醛固定好的样品进行冲洗、脱水、置换、干燥[7]。 将样品粘贴在样品台后，用JFC-1600 型离子溅射仪在样品表面镀金膜， 最后在扫描电子显微镜JSM-6510LV 下观察，并获取图片。

1.4 数据处理

用Image J 对扫描电镜所获得的图片进行数据化处理。 利用Origin 作图，并对部分指标的平均值进行拟合。 利用SPSS 进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 雪茄烟CX80 主要农艺性状的变化

雪茄烟CX80 株高在移栽6 周后增加迅速，快速增高时间持续10 d 左右， 移栽后36～76 d 的株高生长情况用Logistic 曲线（S 形曲线）进行拟合，拟合度高（图1-a）。 雪茄烟CX80 茎围则在前期增加较快，在10 周以后增加较慢，利用ExpDec1（单指数衰减）拟合，拟合度较高（图1-b）。 有效叶片数移栽5 周后迅速增加，8 周后基本不再增加，维持在19 片左右，从移栽后36 d 到打顶前，符合线性增长模式（图1-c）。雪茄烟CX80 最大叶片的叶长在移栽6 周后增加较快， 到8 周后增加较慢， 叶宽的增加没有叶长的增加明显， 但也整体上是呈先快后慢的趋势， 利用ExpDec1（单指数衰减）拟合，拟合度较高（图1-d）。雪茄烟CX80 茎叶夹角在移栽后6 周夹角变小，持续约3 周，此后夹角变大（图1-e）。

图1 雪茄烟主要农艺性状的变化趋势

2.2 雪茄烟CX80 叶片表皮细胞的变化

由图2、图3、图4-a 可知，雪茄烟CX80 的叶片上、 下表皮的非气孔表皮细胞整体呈逐渐变大的趋势，尤其在移栽后59 d 之前细胞逐渐增大，且增大最为明显，在移栽后69 d 之后也有较为明显的增大。

图2 雪茄烟叶片上表皮的形态变化

图3 雪茄烟CX80 叶片下表皮的形态变化

由图2、图3、图4-b 可知，雪茄烟CX80 叶片上表皮气孔在移栽后55 d 前有所变大， 叶片下表皮的气孔则在移栽后46 d 前变大， 此后基本稳定， 移栽69 d 后下表皮出现较多凸起的气孔。雪茄烟CX80 叶片气孔密度整体呈逐渐下降趋势， 可能是由于叶面积扩大， 尤其在移栽后55 d 之前较为明显。 雪茄烟CX80 叶片上表皮细胞气孔少于下表皮。

由图2、图3、图4-c 可知，雪茄烟CX80 叶片上表皮的短柄腺毛（腺体）的长度大多在0.06～0.08 mm，直径在0.03～0.04 mm，叶片下表皮短柄腺毛长度与上表皮相似，大多在0.06～0.07 mm，直径在0.02～0.04 mm。上、下表皮的密度整体呈变小的趋势，尤其是在移栽后51 d之前，变化较明显，在移栽69 d后有一定的下降。 雪茄烟CX80 叶片上表皮短柄腺毛多于下表皮。

由图2、图3、图4-d 可知，在雪茄烟CX80 叶片12 叶刚出叶的阶段， 尤其是移栽后29 d 和36 d 上、下表皮密被腺毛，到移栽后43 d，叶片上、下表皮着生很多长0.01～0.03 mm、 直径0.005～0.020 mm 的小腺毛，以及长0.5 mm 左右、直径0.05 mm 左右的长柄腺毛，之后随着叶片长大，尤其在移栽47 d 后，小腺毛可能因为长大很少出现， 大长柄腺毛可能因为叶片长大而分散开或脱落而少见。 移栽47 d 后长柄腺毛长度大多集中在0.1～0.4 mm，直径大多在0.02～0.06 mm。 长柄腺毛的密度整体呈变小的趋势，尤其是在移栽后51 d 之前，下降明显，69 d 之后有脱落迹象。 雪茄烟CX80 叶片上表皮长柄腺毛少于下表皮。

2.3 雪茄烟CX80 农艺性状和表皮细胞的相关性分析

由图5 可知，雪茄烟CX80 农艺性状（除了茎叶夹角外） 及表皮非气孔细胞的面积基本呈较强的正相关，与表皮细胞腺毛及气孔密度呈较强的负相关。雪茄烟CX80 叶片的表皮细胞腺毛及气孔密度呈较强的正相关。

图5 雪茄烟CX80 农艺性状和表皮细胞结构的相关性

3 讨论与结论

3.1 讨论

雪茄烟CX80 在移栽后6～8 周进入旺长期，茎叶夹角较刚出叶的时候总体变小。 茎叶夹角变小，可使叶片相互之间的遮蔽变少，透光率变好、光能利用效率提高，进一步调整群体受光姿态，有利于提高作物产量[8-9]。 移栽8 周后，雪茄烟CX80 株高和叶片数基本稳定，茎围和最大叶片大小仍有增加。 茎叶夹角在移栽9 周后逐渐增加，烟叶逐渐成熟[10-11]。

一般认为烟叶的表皮细胞的形状为不规则形，呈凹凸不平的波纹状轮廓，邻近细胞之间凹凸部分相互嵌合[12]。 本研究中所定位的雪茄烟CX80 第12 叶的非气孔表皮细胞在前期不断进行发育， 发育完成分化后的细胞符合此特点。 表皮细胞的面积伴随着雪茄烟CX80 的发育在不断增大。 移栽69 d 后，上表皮非气孔细胞变大明显， 下表皮凸起的气孔增加明显， 可能在一定程度上影响着雪茄烟作为茄衣的抗张能力及弹性。 烟叶表面有大量的腺毛，其分泌物可能是香气和吃味相关组分的前体， 烟草叶片上腺毛密度大、数量多、分泌物多，香味就相对较浓[6，12]。在本研究中， 雪茄烟CX80 的长柄腺毛明显多于短柄腺毛。 烤烟的长柄腺毛是构成烤烟叶片表面香气物质的重要组成成分，当长柄腺毛细胞开始萎缩、腺头细胞内含物全部溢出时， 叶片黏性变大， 香气量也变足，化学成分最协调，此时是获得优质烤烟的最佳时期，一旦烟叶进入过熟阶段，长柄腺毛从叶表脱落，黏性小，香气量下降[6，13]。可见腺毛的脱落对香味的保存不利。本研究中，雪茄烟CX80 上、下表皮的腺毛密度整体为变小的趋势，尤其是在移栽后51 d 之前，变化较明显，这是叶面积的增大的结果，在移栽69 d 后也有一定的下降，可能与腺毛脱落有关。 这与古巴雪茄外包皮烟的研究所发现的前期叶片有白色腺毛、成熟时腺毛脱落的结果一致[6]。 可见移栽后69 d之前采样，对香气的保存可能较好。

3.2 结论

雪茄烟CX80 烟株高度、有效叶片数、最大叶面积及茎围在移栽后6～8 周有大幅度增加， 之后株高和叶片数基本稳定，茎围和最大叶片大小仍有增加；茎叶夹角在移栽后6 周左右较刚出叶的时候总体变小，10 周后逐渐增加。 雪茄烟CX80 第12 叶的非气孔表皮细胞面积不断增大，在移栽69 d 后，上表皮非气孔细胞变大明显， 下表皮凸起的气孔增加明显。上、 下表皮的腺毛密度整体呈变小的趋势， 移栽后69 d 脱落明显。雪茄烟CX80 在移栽后6～8 周生长较快，可根据情况加强田间管理；第12 片叶在移栽后69 d 左右形态结构的变化较为明显， 可根据优质雪茄烟原料生产的需要选择合适的采收时间、加工方式及调控手段。