不同氮肥形态下烤烟叶片组织结构的差异及对焦油释放量的影响研究

李哲，陈爱国，金红成，杨明峰，贺国强，徐旭光，梁洪波

1中国农业科学院烟草研究所，农业部烟草生物学与加工重点实验室，中国农业科学院青岛烟草资源与环境野外科学观测试验站，青岛 266101；2中国农业科学院研究生院，北京 100081；3哈尔滨烟叶公司宾县分公司，哈尔滨150400；4山东中烟工业有限责任公司，青岛266101；5牡丹江烟草科学研究所，牡丹江 157011

不同氮肥形态下烤烟叶片组织结构的差异及对焦油释放量的影响研究

李哲1,2，陈爱国1，金红成3，杨明峰4，贺国强5，徐旭光1,2，梁洪波1

1中国农业科学院烟草研究所，农业部烟草生物学与加工重点实验室，中国农业科学院青岛烟草资源与环境野外科学观测试验站，青岛 266101；2中国农业科学院研究生院，北京 100081；3哈尔滨烟叶公司宾县分公司，哈尔滨150400；4山东中烟工业有限责任公司，青岛266101；5牡丹江烟草科学研究所，牡丹江 157011

为探讨不同氮肥形态下叶片组织结构的生长发育特点，明确氮肥形态对焦油释放量的影响。大田试验设计了5种不同氮肥形态的配比，对5个不同时期的烤烟叶片组织结构进行观察，并测定单料烟的焦油释放量。结果表明：1）初步研究表明，单料烟焦油释放量有随着氮肥中硝态氮比例的提高而降低的趋势；2）硝态氮占优势的处理比只用铵态氮处理的叶片、栅栏组织和海绵组织厚度大；3）相关分析表明：焦油释放量与叶片厚度和海绵组织厚度呈显著负相关，与栅栏组织厚度呈不显著的负相关。通径分析表明：栅栏组织厚度对焦油释放量有直接作用，施用不同形态的氮肥，可以影响焦油释放量。

氮肥形态；叶片厚度；栅栏组织厚度；海绵组织厚度；焦油释放量

焦油是有机物质在缺氧的条件下不完全燃烧产生的，是由多种烃类及烃的氧化物、硫化物和氮化物等组成的复杂化合物[1]。现代医学认为烟气中的有害成分主要集中在焦油中[2-4]，因此，焦油释放量是烟叶原料安全性的主要评价指标之一[5-7]。近年来，阎克玉[8]、邓小华[9-13]、汪修奇[14]、历昌坤[15]、李国栋[16]、于建军[17-18]等对焦油释放量的研究结果表明，烟叶的理化性质与焦油释放量有着密切的关系。Anderson[19]等和Fischer[20]等的研究结果表明：NO3--N与烟叶中烟草特有亚硝胺（TSNA）的积累有关。还有一些研究表明，氮素对烤烟的生长发育具有重要意义[21]。不同形态的氮肥不仅影响烟叶的化学成分，而且影响烟叶的前期生长发育[22]。前人的研究主要集中在氮肥形态对烟叶中化学物质积累和生长发育的影响，而对于不同氮肥形态下烟叶组织结构的差异及这种差异对焦油释放量影响的研究未见报道。本研究以不同氮肥形态对烤烟叶片组织结构的影响试验为基础，探讨了烤烟叶片组织结构对焦油释放量的影响，以期明确施用不同氮肥形态及比例对降低焦油释放量的作用及初步机制。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地点位于黑龙江省牡丹江市宁安的牡丹江烟草科学研究所的试验场。该地区属中温带大陆季风气候，无霜期130～140 d，≥10℃活动积温2600～2900℃。试验田土壤质地为粘壤土，土壤类型为河淤土，有机质1.89%，碱解氮113.75 mg·kg-1，速效磷74.21 mg·kg-1，速效钾 294.93 mg·kg-1。

1.2 试验设计

供试品种为龙江911，3月10日播种，5月10日移栽，地膜覆盖，6月25日揭膜，7月20日打顶，第一次采收时间为8月2日，最后一次采收时间为9月9日。试验设5个处理（表1），随机区组设计，3次重复，行距×株距为1.10 m×0.5 m，垄高25 cm以上，8行小区，行长10 m，小区面积为88 m2。

田间管理：1）试验地点要求地力中等，土壤肥力均匀，前茬作物一致，地面规整，排灌方便，肥力中等，试验田进行秋翻春耙。2)肥水管理：硝态氮使用硝酸钾（含氮13.5%，含K2O按45%计），铵态氮使用硫酸铵（含氮20.5%），钾肥施用硫酸钾（含K2O按50%计），磷肥施用过磷酸钙（含P2O512%）。每公顷施纯氮90 kg，m(N)：m(P2O5)：m(K2O)=1:1:3.3，以氮肥为准调整磷钾用量。氮、钾肥70%底施，30%移栽后30d追施，磷肥全部作底肥。根据天气情况及时灌水，保证烟株正常生长。3)田间主要病虫害防治要求：在大田生产各关键环节，高度重视病毒类病害（TMV、PVY等）、根茎类病害（黑胫病、青枯病、根黑腐病等）和主要害虫的防治工作，确保各品种田间烟株能采烤、获取所需的烟叶样品。

表1 试验处理 kg·hm-2Tab.1 Experimental treatment

1.3 检测内容与方法

选取田间生长正常一致的健株，于第11-12叶位挂牌标记，分别于移栽后39 d、70 d、81 d、91 d和103 d取标记鲜烟叶样品，每次统一规定从该叶片由叶尖向叶基第6～8条支脉间、主脉两侧相同位置上选取叶肉组织，取样大小为0.5 cm×1 cm。取样后立即用Formalin-Acetic Acid（F.A.A.）固定液保存，采用石蜡切片法制片,切片厚度8～10 μm，番红-固绿对染。LEICA数字式生物显微镜观察制好的切片，通过FW400图像分析软件分别测定叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度。

焦油释放量的测定：由农业部烟草产业产品质量监督检验测试中心按照YC /T29-1996的方法进行单料烟卷制（无过滤嘴）和焦油释放量的测定。

1.4 统计分析

数据采用Excel2003和SAS8.1统计软件进行分析。相关系数|r|≥0.8,视为高度相关；0.5≤|r|＜0.8,视为中度相关；0.5＜|r|＜0.3,视为弱相关[23]。

2 结果与分析

2.1 不同处理烤后中部烟叶的焦油释放量的差异

表2为单料烟烟气中各项指标，中部烟叶的总粒相物含量和焦油释放量均以P2最高，P4最低。焦油释放量的规律为 :P2＞P1＞P5＞P3＞P4。焦油释放量以两种形态氮肥综合施用或者硝态氮占优的处理(P3/P4/P5)低于铵态氮占优的处理（P1/P2）。单料烟焦油释放量有随着氮肥中硝态氮比例的提高而降低的趋势，这仅是一个初步结果，还须进一步试验证明。

2.2 不同处理叶片组织结构动态变化过程

图1所示，通过比较同一时期不同氮肥处理间叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度可知：在硝态氮占优的配比处理（P4/P5）下，叶片厚度处于一个较高的水平，而只施用铵态氮（P1）的处理叶片厚度处于一个较低的水平；综合施用硝态氮和铵态氮的处理（P3/P4）的栅栏组织厚度明显高于其它处理。

表2 不同氮肥形态下烤后中部烟叶的烟气指标mg/支Tab.2 Smoke index of middle flue-cured tobacco leaves under different nitrogen forms

图1 不同时期叶片组织结构的变化Fig.1 Changes in tissue structure of leaf blade in different periods

2.3 不同处理成熟期叶片结构指标与焦油释放量的相关和通径分析

2.3.1 叶片组织结构指标与焦油释放量的相关分析

根据表3可以得出：在叶片组织结构中，叶片厚度与栅栏组织厚度呈显著正相关，与海绵组织厚度呈极显著正相关。栅栏组织厚度和海绵组织厚度呈显著正相关。焦油释放量与海绵组织厚度呈显著的负相关（-0.89），为高度相关，与叶片厚度呈显著的负相关（-0.72），为中度相关，与栅栏组织厚度呈不显著负相关（-0.67），为中度相关。总粒相物与焦油释放量呈极显著的正相关，为高度相关。总粒相物与叶片厚度和海绵组织厚度呈显著的负相关，均为高度相关；与栅栏组织厚度呈不显著的负相关，为中度相关。

表3 不同处理成熟期叶片组织结构与焦油释放量的相关关系Tab.3 Correlation between tar release and tissue structure of mature leaf blade under different treatment

2.3.2 叶片结构指标与焦油释放量的通径分析

相关性分析结果反映了各物理性状在其它因素的协同作用下对焦油释放量的综合效果,为两性状间的表型相关性,不能真正反映各物理性状对焦油量的直接或本质作用。因此,在此基础上再进行通径分析,对相关系数进行剖析,估算出各物理性状对焦油释放量的直接效应和间接效应,以进一步揭示各指标与焦油量相关的原因。根据表4可知，从直接作用来看：三个叶片组织结构指标对焦油释放量的作用是不均等的，海绵组织厚度＞栅栏组织厚度＞叶片厚度；而叶片厚度和海绵组织厚度对焦油释放量为负的直接作用，栅栏组织厚度对焦油释放量为正的直接作用。从间接作用来看：叶片厚度和栅栏组织厚度均通过海绵组织厚度对焦油释放量起负的间接作用，间接作用系数分别为-0.94和-0.91。叶片厚度和海绵组织厚度是通过栅栏组织厚度起正的间接作用，间接作用系数分别为0.22和0.22。而栅栏组织厚度和海绵组织厚度通过叶片厚度对焦油释放量的间接作用系数较小，分别为-0.13和-0.14。由此可见，叶片组织结构中以海绵组织厚度对焦油释放量的影响较大，叶片厚度和栅栏组织厚度通过海绵组织厚度影响焦油释放量。

表4 不同处理成熟期叶片组织结构与焦油释放量的通径分析Tab.4 Path analysis of tar release and tissue structure of mature leaf blade under different treatment

3 讨论

3.1 不同氮肥形态对中部叶叶片组织结构的影响

合理的氮素形态配比有利于改善烟叶的组织结构，提高烟叶的生理活性，使烟叶结构细腻，致密，形成优质烟叶的内部组织结构，提高烟叶的内在品质[24]。硝态氮比例较高的处理叶片厚度各个生育期都较厚，全部施用铵态氮的处理（NH4+-N 100%）叶片厚度各个生育期都较薄，这可能是因为烤烟属于典型的喜硝态氮植物，全部施用铵态氮时,烤烟生长会降低80%，使烤烟生长受到抑制[25-26]。在硝态氮占优的情况下，充足的氮肥供应能促进烟叶栅栏细胞和海绵细胞发育，且在伸长生长期和腔隙扩展期的促进作用逐渐增强[27]。

3.2 不同时期叶片组织结构动态变化过程

叶片的叶肉组织分化为栅栏组织和海绵组织2个部分，叶片厚度主要受到栅栏组织厚度和海绵组织厚度决定，因此叶片厚度的变化趋势与栅栏组织厚度和海绵组织厚度的变化趋势相似[28]，叶片厚度与栅栏组织厚度和海绵组织厚度呈现高度的正相关关系。赵光伟[29]的研究表明，中部叶的叶片厚度在整个生育期都是呈逐步增厚的趋势，到移栽后103 d叶片厚度值最大。徐光辉[24]等的研究表明，不同氮素配比处理的情况下，在烟叶定长时叶片厚度值最大，随着成熟度的提高，叶片厚度总体呈下降的趋势。而本研究结果表明，在移栽后91d叶片组织结构有不同程度的下降，其主要原因是在该时期阴雨天气较多，前人的研究表明：遮阴环境下烤烟叶片组织结构趋于变薄[30]。

3.3 叶片组织结构对焦油释放量的影响

邓小华[9]等对烤后烟研究结果表明：焦油释放量与叶片厚度呈显著的正相关，与本试验研究结果不一致，主要原因是本试验的研究对象为成熟期叶片，在烟叶烘烤过程中，伴随着水分、淀粉、叶绿素和类胡萝卜素等生理指标的重要变化，烟叶细胞超微结构也发生了变化[31]，导致叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度变薄。刘有才[31]等的研究结果表明：焦油释放量与栅栏组织厚度呈显著的正相关。本研究通径分析可知：栅栏组织厚度对焦油释放量有正的直接作用，焦油释放量与栅栏组织厚度成不显著的负相关主要是因为海绵组织厚度引起的，因此，本研究与刘有才的研究结果是一致的。海绵细胞的细胞器较少，细胞液泡大，成熟期的海绵组织越厚，细胞间的孔隙率越大，有利于降低焦油释放量。

4 结论

施用不同形态的氮肥，通过影响叶片组织结构，可以影响焦油释放量。所以本试验的初步结果是单料烟焦油释放量随着氮肥中硝态氮比例提高有降低的趋势，还须进一步验证。

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Difference in foliar tissue structure of flue-cured tobacco fertilized with nitrogen of various forms and its effects on cigarette tar delivery

LI Zhe1,2,CHEN Aiguo1,JIN Hongcheng3,YANG Mingfeng4，HE Guoqiang5,XU Xuguang1,2,LIANG Hongbo1
1 Tobacco Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing,Ministry of Agriculture; Qingdao Tobacco Resources and Environment Field Station,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Qingdao 266101,China;2 Graduate School,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100081,China;3 Binxian Branch of Harbin Municipal Tobacco Company,Binxian 150400,Heilongjiang,China;4 China Tobacco Shandong Industrial Co.,Ltd.,Qingdao 266101,Shangdong,China;5 Mudanjiang Tobacco Science Institute，Mudanjiang 157011，Heilongjiang，China

Five forms of nitrogen were designed in field study where tissue structure of flue-cured tobacco leaves was observed and tar delivery of unblended cigarette was determined to study growth characteristics of tissue structure in flue-cured tobacco leaves.Results showed that: 1) tar delivery of unblended cigarette reduced with the increase of nitric nitrogen;2) leaf blade,palisade cell and spongy tissue treated with nitric nitrogen were thicker than those with ammonium nitrogen.3) tar delivery was significantly negatively correlated with leaf blade and spongy tissue thickness,yet non-significant with palisade tissue thickness.In conclusion,palisade tissue thickness had direct effect on tar delivery and therefore was affected by different forms of nitrogen.

nitrogen forms; leaf thickness; palisade tissue; spongy tissue; tar release

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.02.011

S572.01 文献标志码： A 文章编号：1004-5708(2014)02-0070-05

国家烟草专卖局特色优质烟叶开发重大专项“优质填充型低焦油烟叶研究与开发”（合同号：TS-06-20110038）

李哲（1988—），硕士研究生，烟草栽培专业，Email：caasai@126.com

梁洪波（1961—），研究员，烟草栽培营养，Email：LHB1961@126.com

2013-06-25