施氮量对烤烟打顶期中部叶片叶绿素荧光特性的影响

谢 丽，陈朝应，姚 晶，丁福章，林叶春，姚国娇

（1.毕节市烟草公司黔西县分公司，贵州 黔西 551500；2.贵州省烟草科学研究院，贵州 贵阳 550081；3.云南农业大学烟草学院，云南 昆明 650201）

施氮量对烤烟打顶期中部叶片叶绿素荧光特性的影响

谢 丽1，陈朝应1，姚 晶1，丁福章2，林叶春2，姚国娇3

（1.毕节市烟草公司黔西县分公司，贵州 黔西 551500；2.贵州省烟草科学研究院，贵州 贵阳 550081；3.云南农业大学烟草学院，云南 昆明 650201）

为进一步明确氮肥施用量与烤烟中部烟叶叶绿素荧光特性的关系，在田间试验条件下研究了不同施氮量对烤烟打顶期中部烟叶光化学效率、PS II效率和荧光猝灭系数的影响，试验设置了0、60、120和180 k g/h m24个氮肥梯度。结果表明，提高氮肥施用量，PS II实际光化学效率（ΦPS II）、光合电子传递效率（E T R） 和光化学猝灭系数（q P） 均显著（P＜0.05） 升高，不施氮肥和施氮180 k g/h m2显著降低了最大荧光（Fm）、可变荧光（Fv）和最大量子效率（Fv/Fm），并显著提高了非光化学猝灭系数（N P Q）。适宜的氮肥施用量有利于保证烤烟生育后期中部叶片较强的光合能力。

烤烟；施氮量；打顶期；中部叶；叶绿素荧光

光合作用是烤烟干物质积累和产量形成的重要功能，较高光合碳同化能力是烤烟获得丰产的前提[1]。氮素是调控烤烟生长发育和产质量形成的重要物质基础[2-4]，施氮水平是影响其光合生产率的重要农艺措施之一。氮素供应不足，烟株会因脱肥而早衰，造成烟叶产量降低且品质不高；氮肥施用过量往往引起烟叶贪青晚熟，烟叶品质下降[5]。施氮量与作物光合生理之间的关系一直是作物学研究的重点。随着施氮量的增加，冬小麦叶片光合色素增加，旗叶气孔导度（Gs）和净光合速率（Pn）增大，灌浆期功能叶瞬时蒸腾速率（E）显著提高[6]；增加施氮量，冬小麦灌浆期旗叶PSII最大光化学效率（Fv/Fm）和潜在光化学活性（Fv/Fo）均随之升高[7]。适当增施氮肥有利于改善棉花打顶后叶片光合功能，提高PSII活性和PSII反应中心开放部分的比例，提高PSII实际光化学效率（ΦPSII）和光合电子传递效率（ETR），降低非辐射能量耗散，提高叶片的光能利用率[8]。降低氮肥施用量，灌浆期裸燕麦功能叶片可变荧光（Fv）、最大荧光（Fm）、Fv/Fm、ΦPSII、ETR和光化学猝灭系数（qP）均显著降低，而非光化学猝灭系数（qN）显著升高[9]。针对施氮量与烤烟光合生理关系的研究存在异议。王少先等[10]和罗海波等[11]指出，施用氮素可以显著促进烟叶光合碳固定代谢，烤烟叶片光合速率与氮肥施用量和叶片含氮量呈正相关；符建国等[12]的研究结果亦表明，随着施氮量的增加，烟叶光合速率和气孔导度随之增大，且施氮量越高，PSII最大光化学效率Fv/Fm和Fv/Fo值越大。刘国顺等[13]研究认为，增加施氮量会提高烤烟氮代谢水平，并在打顶期达到最高水平，氮代谢转向碳代谢的时间延迟；最高施氮量下烤烟叶片Pn、胞间CO2浓度（C）i和瞬时光能利用率（LUE）反而降低，施氮水平与烤烟叶片叶绿素荧光参数间不存在显著的相关性[14]。烤烟中部叶是影响烤烟生产效益的重要组成部分，施用氮肥是调控中部叶生长发育的重要措施，打顶期是烟叶产质量形成的关键时期，目前有关烤烟打顶期中部叶片叶绿素荧光参数对施氮量响应的研究尚缺乏。采用田间试验研究施氮量对烤烟光合生理的影响，探明不同施氮量下烤烟打顶期中部叶片叶绿素荧光动力学特性，以期为烤烟控氮提质栽培提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试烤烟品种为K326，由贵州省烟草科学研究院良种繁育中心提供。

1.2 试验设计

2013年4～9月，在贵州省烟草科学研究院龙岗试验基地布置田间试验，设置不同的氮肥施用量。供试土壤为黄壤，试验地表层（0～20 cm）土壤基本养分情况：有机质含量30.01 g/kg，全氮1.78 g/kg，全磷1.09 g/kg，全钾15.76 g/kg，碱解氮127.05 mg/kg，有效磷17.96mg/kg，速效钾82.98mg/kg，pH值6.87。田间试验设置4个氮肥处理，分别为处理1，不施氮肥；处理2，施氮（以N计）60 kg/hm2；处理3，施氮120 kg/hm2；处理4，施氮180 kg/hm2。磷钾肥施用量分别为75 kg /hm（2以P2O5计）和217.5 kg/hm（2以K2O计），80%的氮钾肥与全部的磷肥在起垄时条施作基肥，20%的氮钾肥在烤烟团棵期穴施作追肥。每个处理3次重复，采用完全随机区组排列。烟苗采用井窖式移栽，烟株打顶后，统一留叶18片。

1.3 测定项目与测定方法

烤烟打顶初期（2013年7月22日），于晴好天气上午9:00～11:30，在每个小区随机选择生长较为一致且光照良好的无病斑烟叶2片，利用暗适应夹子夹紧第9位叶片暗适应30m in，由Li6400-40荧光探头（Li-cor,USA）测定初始荧光（Fo）、可变荧光（F）v、最大荧光（Fm）、光系统I（IPSII）最大光化学效率（Fv/Fm）、PSII实际光化学效率（ΦPSII）、光合电子传递效率（ETR），再经光适应30m in后测定光化学猝灭系数（qP）和非光化学猝灭系数（NPQ）等叶绿素荧光动力学参数[15]。

1.4 数据处理与分析

采用 Excel 2013进行数据整理，Origin Pro 8（Origin Lab，USA）绘制图形，由SASv8（SAS Institute，USA）采用Duncan比较法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对烤烟中部叶片光化学效率的影响

田间测定了不同施氮量下烤烟中部叶的光化学效率（图1）。根据测定结果，不施氮（处理1）或氮肥施用过量（处理4）均显著降低了光化学效率（P＜0.05），如最大荧光（Fm）、可变荧光（Fv）和最大量子效率（Fv/Fm）；而处理2与处理3的初始荧光（F）o、Fm、Fv和Fv/Fm等光化学效率参数均差异不显著（P＞0.05）。

图1 氮肥施用量对烤烟中部叶光化学效率的影响注：不同字母表示在0.05水平差异显著。

2.2 施氮量对烤烟中部叶片光系统Ⅱ效率的影响

从图2中可知，随着氮肥施用量的增加，烤烟打顶期中部叶PSII实际光化学效率（ФPSII）和光合电子传递效率（ETR）逐渐提高；其中，处理3与处理4的PSII效率差异不显著，但处理3的ФPSII分别较处理1和处理2提高71.79%和12.79%，ETR提高71.21%和12.91%。

图2 氮肥施用量对烤烟中部叶光系统Ⅱ效率的影响

2.3 施氮量对烤烟中部叶片荧光猝灭系数的影响

从图3中可知，随着氮肥施用量提高，烤烟打顶期中部叶光化学猝灭系数（qP）呈升高趋势；其中处理2与处理3差异不显著，处理1显著降低了烤烟qP值，处理4显著提高了qP值；处理1和处理4提高了非光化学猝灭系数（NPQ），而处理2和处理3显著降低了NPQ值。

图3 氮肥施用量对烤烟中部叶荧光猝灭系数的影响

3 讨论与结论

植物叶绿素荧光动力学参数是灵敏、无机械损伤研究和评价逆境环境下植物光合系统的重要参考指标[16]。关于施氮对作物叶绿素荧光动力学参数的影响，已有的研究结果不尽相同。Shangguan等[17]研究指出氮素亏缺对最大量子效率（Fv/Fm）、光化学猝灭系数（qP）和非光化学猝灭系数（NPQ）等产生明显影响；氮亏缺将降低Fv/Fm、qP、PSII实际光化学效率（ФPSII）和光合电子传递效率（ETR）[18]；云菲等[14]的研究结果显示，大量施用氮素不利于烟叶光合性能的改善，叶片ФPSII、Fv/Fm和qP呈下降趋势；而Ciompi等[19]的研究结果表明，Fv/Fm不受氮素施用量的影响。本研究中，烤烟打顶期中部叶可变荧光（Fv）、最大荧光（Fm）和Fv/Fm在不施氮和高氮处理（180 kg/hm2）下降低，在施氮60 kg/hm2和90 kg/hm2的处理下显著提高，这与云菲等[14]和郭天财等[18]的研究结果一致；增加施氮量，中部叶ФPSII、ETR和qP等参数显著升高，而NPQ呈降低趋势，表明提高施氮量有利于调节光合系统性能，可提高PSII所捕获的光量子转化成化学能的效率[20]，降低PSII天线色素吸收的光能的热耗散[21]。

在一定范围内提高氮肥施用量，烤烟叶片PSII实际光化学效率（ΦPSII）、光合电子传递效率（ETR）和光化学猝灭系数（qP）均显著（P＜0.05）升高；不施氮或过量施用氮肥均显著降低烟叶最大荧光（Fm）、可变荧光（Fv）和最大量子效率（Fv/Fm），并显著提高非光化学猝灭系数（NPQ）。可见，烤烟生产中合理的氮肥施用量有利于保证烤烟生育后期中部叶片较强的光合能力。

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（责任编辑：卢红玲）

Effects of Nitrogen App lication on Chlorophyll Fluorescence Characteristics of M idd le Leaves at Topping Stage in Flue-Cured Tobacco

XIE Li1，CHEN Chao-ying1，YAO Jing1，DING Fu-zhang1，LIN Ye-chun2，YAO Guo-jiao3
（1.Qianxi Tobacco Branch,Bijie Tobacco Company,Qianxi 551500,PRC;2.Guizhou Academy of Tobacco Science,Guiyang 550081, PRC;3.College of Tobacco Science,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,PRC）

Field experiment was carried out to study effects of different nitrogen application rates on chlorophyll fluorescence characteristics such as photochemical efficiencies,photosystem IIefficiencies and fluorescence quenching efficiencies ofm iddle tobacco leaves at the topping stage.Four levels of nitrogen fertilizer（0,60,120 and 180 kg/hm2） were applied in field experiment.The results showed that PSII actual photochemical efficiency （ΦPSII）,photosynthetic electron transport rate （ETR） and photochemical quenching （qP） were significantly（P＜0.05） increased with higher application rates of nitrogen fertilizer.When applying N 0～180 kg/hm2in the field experiment,maximum fluorescence （Fm）,variable fluorescence （Fv） andmaximum quantum efficiency （Fv/Fm）were significantly decreased,otherwise,non-photochem ical quenching （NPQ）significantly increased.Based on this study,an optimum nitrogen ratewas conducive to ensure strong photosynthetic capacity ofmiddle leavesat lategrow th stage in flue-cured tobacco.

flue-cured tobacco;nitrogen rate;topping;middle leal;chlorophyll fluorescence

S143.1+S311

A

1006-060X（2015）01-0077-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.01.026

2014-11-24

贵州省科学技术基金项目（黔科合J字[2013]2196号）；国家烟草专卖局科技重大专项（Ts-02-20110015）；中国烟草总公司科技重点项目（110200902064；110201302018）

谢 丽（1984-），女（白族），贵州大方县人，实习农艺师，主要从事烤烟栽培与生理研究。

林叶春