切根对烤烟根系生长及化学成分的影响

高迟銮， 周冀衡， 蒋士东， 张 毅， 邱 尧， 黄劭理， 黄 婷

(1．湖南农业大学烟草研究院，湖南 长沙 410128； 2．湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128)



切根对烤烟根系生长及化学成分的影响

高迟銮1,2， 周冀衡1， 蒋士东1,2， 张 毅1， 邱 尧1， 黄劭理1， 黄 婷1

(1．湖南农业大学烟草研究院，湖南 长沙 410128； 2．湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128)

以烤烟品种K 326为试验材料，采用盆栽的方法，设不切根(CK)、切根5 cm(T1)、切根10 cm(T2)3个处理。研究了不同切根长度对烤烟根系生长发育及烟叶中氮、钾、烟碱含量的影响。结果表明，处理后14 d根长表现为T1>CK>T2,但各处理间没有显著差异，而此时根系活力却表现为T2>T1>CK；烟叶成熟后干物质量在根、茎、叶方面都表现为T1>T2>CK；烟叶内在化学品质方面氮、烟碱含量表现为T1>T2>CK，且各处理间存在显著差异，而钾含量则为T1>CK>T2；对根系指标与烟叶内在化学成分的相关性分析表明，与氮、烟碱含量相关性最大的为根系干物质量，而与钾含量相关性最大的为根系长度。

烤烟；切根；根长；氮；钾；烟碱

根系是所有作物吸收营养物质的主要器官，对烟草而言，根系还有一个重要作用就是合成烟碱。因此根系发达、活力较强的作物对氮、钾等营养物质的吸收能力较强，烟碱的合成也较多。植物根系具有较强的补偿生长功能，当一部分根系生长受到限制或出现不利的生长环境时，其他部分会形成新的根系加以补偿[1]。李俊忠等[2]的研究表明，通过深耕、施肥、灌排、除草等农业措施，改善土壤的环境条件，促进根的分枝和根毛的产生，对促进根对矿质元素的吸收具有重要意义。周冀衡等[3]认为，采用深栽、高培土、分次、分层供肥，增加了具有较强吸收活性的不定根量，使烟株的总根量大幅度增加，烟株对氮、钾养分吸收效率明显增强，烟叶产量和含钾量也得到提高。还有研究表明，断根促使植株呼吸速率增加，代谢机能增强，从而促进次生根的生长[4]。同时，适当断根可以提高根系的吸收活力和根系的吸收位点，延缓根系衰老[5]，使根系养分吸收量增加，促使根部营养向地上部运输。但是，断根对植物产量影响的报道是不完全一致的。有表现出正向效应的结果，也有表现出负向效应的结果。大部分研究发现，去掉相当比例的根系后，地上部的生长减少不多[6]，因为断根使根冠比受到影响后，植物会恢复原有平衡[7]。但是，切根长度对烤烟生物量和烟叶化学品质的影响研究鲜有报道。本研究通过盆栽试验研究不同切根长度对烤烟根系生长、根系活力、生物量、烟叶中矿质元素及烟碱含量的影响，以期为烤烟栽培过程中提供有利于烟草生长发育及烟叶品质的切根长度。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试烤烟品种为K 326，烟苗在湖南农业大学烟草基地温室大棚内采用漂浮育苗法育成。当烟苗长至7叶1心时选取长势一致的烟苗作为供试材料。

1.2 供试土壤

供试土壤为湖南旱地黄壤。其基本农化性状为pH值为6.21、有机质含量13.80 g·kg-1、碱解氮0.129 g·kg-1、全氮1.17 g·kg-1、速效磷0.024 g·kg-1、速效钾0.235 g·kg-1、全钾9.05 g·kg-1。

1.3 试验方法

试验采用25 cm×20 cm盆栽钵培植烟株。每盆土量控制为8 kg，并保持供肥量相等15 g·盆-1烟草专用肥m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=10∶9∶21。并且每天早晚给烟株浇水。烟株在现蕾初期进行打顶。

试验设3个处理，每个处理6次重复，共计18株。于团棵期进行处理，处理时以不切根为对照(CK)、T1为切根5 cm、T2为切根10 cm。随机选取4个侧根进行标记，便于后期进行测定根系长度。

1.4 测定项目

于处理时、处理后7 d、处理后14 d对各处理烟株根系长度进行测定，并对处理后14 d烟株取回，测定其根系活力。并将剩余的烟株在打顶后10 d将烟株取回,用于测定烟株干物质量及烟叶中的氮、钾、烟碱含量。

根系长度的测定用游标卡尺从根系基部开始测量；烟株干物质量采用分析天平称量法进行称量；根系活力采用TTC法[8]进行测定；烟叶氮、钾含量分析分别采用凯氏定氮法[9]和火焰光度计法[10]；烟碱含量的测定采用盐酸浸提、紫外分光光度计法测定[11]。

2 结果与分析

2.1 切根对烤烟根系长度及根系活力的影响

根系是烟株吸收营养物质的主要器官，其长度代表烟株吸收营养物质的广度和深度。不同切根长度对根系结构造成了不同程度的破坏，由表1可知，切根时不同的切根长度就对各处理根长度表现出了显著差异。此时没有切根的对照根系长度已经达到了11.7 cm，而切根5 cm(T1)和10 cm(T2)的根长分别为6.87和4.23 cm。到切根后7 d时，各处理之间根系长度还表现出显著差异，此时对照处理的烟株根长为12.7 cm，与处理前相比仅生长了1 cm，而T1和T2处理分别长长了1.76和3.07 cm。切根14 d时CK，T1，T2处理根系长度分别为13.23，13.37，12.47 cm，比处理时分别增长了13.08%，94.61%，194.80%，此时各处理之间在根长方面没有显著差异。由此可知，在根系生长速度方面表现为T2>T1>CK。这主要是因为T1，T2都对根系造成不同程度破坏，而且破坏程度越大，根系生长速度越快，而对照没有切根并且受盆栽大小的限制，根系生长到一定长度后生长速度会变得缓慢，所以切根后14 d各处理间根系长度没有显著差异。

表1 不同切根长度对烟株根长及活力的影响Table 1 The effect of root-cutting depth on the length and activity of root

注：各列中标以不同字母的数字在0.05水平上差异显著。下同。

Note: values in each row followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. The same as below.

根系活力代表根系对矿质元素吸收及合成烟碱的能力。活力强的烟株根系吸收能力强，但是合成烟碱的含量也较多。因此，根系活力对烤烟品质有很大的影响。由表1可知，切根后14 d各处理与对照在根系活力上表现出显著差异，根系活力最强的为T2处理,达1.492 mg·g-1·h-1，相对于CK和T1而言，分别增长了67.64%和28.29%。由此可以看出，切根程度越大，根系长度恢复正常后根系活力就越强。这主要是因为切根后的烟株根系大部分都是刚长出来的新根，特别是切根10 cm的处理，基本上造成了根系的重构，其根系活力自然比增长不明显，甚至有可能在逐渐衰老的对照根系活力强。

2.2 切根对烤烟生物量的影响

植物根冠间存在着既互相依赖又互相竞争的功能均衡关系[12],根系生长状况决定了地上部的生长情况。由表2可知，切根后烟株根系干质量都比对照要高，其中根系干质量最大的为切根后5 cm的烟株达到了24.33 g，并与对照间存在显著性差异。切根10 cm的烟株根系为22.33 g，与对照之间不存在显著性差异，但是也比对照高出11.65%。从根系在全株干物质的分配比例来看，CK，T1，T2分别为20.03%，20.40%，20.16%。由此可见，切根后促进了烟株根系的生长，提高了根系的干物质量及其在全株中的分配比例。

表2 不同切根深度对烤烟生物量的影响Table 2 The effect of root-cutting depth on biomass of flue-cured tobacco

对于地上部干物质在茎、叶及地上部总质量方面，各处理都表现一致，即T1>T2>CK。切根后烟株地上部干物质及叶质量与对照间都存在显著性差异，而处理间差异不显著；但是烟茎质量方面只有T1和CK存在显著差异，而CK与T2及T1与T2之间不存在显著差异。烟株是以收获叶片为目的的经济作物，由表2可知，CK，T1，T2叶质量分别为53.35，63.80 ，60.61 g，处理T1，T2比对照分别增加了19.59%，13.61%。说明切根后烟叶产量有一定的增加，这也正好验证了根系与地上部相辅相成的关系。

根冠比是根系与地上部干物质积累关系的具体反映[13]。由表2可知，各处理间根冠比在0.05水平下差异不显著。说明切根对烤烟根冠比影响不大，主要是因为植物地上部和地下部的生长是相互协调的，因此，切根对根系造成损伤后一段时间会恢复原有的平衡。

2.3 切根对烤烟化学成分的影响

作物体内的氮、钾等营养物质主要是由根系从土壤中吸收而来，切根能够影响根系的生长发育，但是切根对烤烟氮、钾含量的影响不同(表3)。由表3可知，切根5 cm处理的氮、钾含量最高分别达到了45.64和43.55 g·kg-1，都与对照之间存在显著差异。切根10 cm处理的烟株氮含量也较高，达到了40.74 g·kg-1，比对照高出了0.403%，但是，该处理的钾含量相对较低，只有40.33 g·kg-1，比对照低0.028%，2者之间不存在显著差异。

表3 不同切根长度对烟株氮、钾及烟碱含量的影响Table 3 The effect of root-cutting depth on the content of nitrogen and potassium of tobacco plant g·kg-1

烟碱是由烤烟根系合成的，根系生长发育状况对烟株中烟碱含量影响较大。由表3可知，切根后烟叶中烟碱含量都有很大提高，特别是切根5 cm的烟株烟碱含量达到了0.125 g·kg-1，比对照高出了0.047 g·kg-1；T2的烟碱含量也比对照高了0.034 g·kg-1，各处理之间存在着显著差异。由以上分析可知，切根对烤烟不同化学成分的影响不同，但综合氮、钾、烟碱含量而言，切根5 cm的处理比对照和切根10 cm的处理要好。

2.4 切根后根系指标与烤烟化学成分的相关分析

根系是烟草吸收营养物质及合成烟碱的主要部位之一，但是不同根系指标与烟叶中化学成分的相关性不同。由表4可知，根长与烟叶中钾含量相关性最大，达到了0.01的显著水平，而根长与烟叶中氮、烟碱含量相关性不大,分别为0.456和0.400。根系活力与氮、钾、烟碱含量的相关系数分别为0.550，-0.285，0.550，说明根系活力与烟叶中氮、钾、烟碱含量都没有显著相关关系。根系干质量与烟叶中氮、钾、烟碱含量的相关性都较大，其中与氮、烟碱含量相关性最大，相关系数为0.983，达到了极显著水平；与烟叶中钾含量相关系数也达到了0.756，说明根系干质量能很好地反映烟叶中氮、钾、烟碱的含量。

表4 切根后根系指标与烤烟化学成分的相关系数Table 4 The correlation coefficient between root index and chemical component of tobacco leaves

注：表中*表示在0.05水平下显著，**表示在0.01下显著。

Note: The symbol “*” in the table indicates significantly different at the 0.05 probability level and “**” means significantly different at the 0.01 probability level.

3 结论与讨论

本研究表明，切根对烤烟根系活力、生物量、烟叶化学成分等指标都有一定的影响。从处理时切根对烟株根系长度的生长就产生了作用，由于切根程度的不同，各处理烟株在前期根系长度不一样，在处理后7 d没有切根的对照根系长度显著高于切根处理，但是切根后14 d各处理烟株根系长度差异不大，可能是在根系的补偿生长功能以及烟株对营养物质需求的双重作用下促进了切根后根系的快速生长。同时随着烟株生长，根系会逐渐衰老，活力下降，因此，切根后新生长的根系活力强于没有切根的对照处理，此结果与FORSYTH等[5]的研究结果一致。

断根能否增产和植物种类、品种有关，晋麦47在断根后产量均下降，而大根系小麦品种石4185断部分次生根后产量升高[14]。从烟叶成熟后的生物量来看，切根对烤烟生物量的提高有一定的正面作用，但是切根5 cm的烟株在地下部及地上部干质量都比切根10 cm的要高，可能是因为切根太长，根系损坏程度太大，对根系及地上部的生长发育有一定负面的影响。

切根后烟叶中氮和烟碱含量都有很明显升高，可能是因为烟碱在环境胁迫条件下合成量会增加[15]；烟碱含量的升高会引起烟叶中氮含量增加。大量试验研究也认为，烟碱含量与烤烟的氮素营养存在显著正相关[16]。切根对烟叶中钾含量的影响则因切根长度的不同而不同。本研究结果显示，切根5 cm处理的烟叶中钾含量最高，可能是因为适宜的切根后促进了烟株根系的生长，延缓了根系衰老，提高了根系活力，从而有利于根系对钾素的吸收利用，该结果与赵正雄等[17]的研究结果一致。但是切根10 cm处理的烟叶中钾含量比对照还低，可能是因为切根程度太深，根系损坏严重，虽然切根延缓了根系的衰老，但同时也降低了根系吸收的深度和广度，因此，烟叶中钾含量较低。冀宏杰等[18]的研究结果也表明，断根可提高烟株根系对钾的吸收，但是，若断根太多，或断根位置距株茎部太近，均不利于叶片含钾量的提高。

根系是作物生长发育所需水分、养分的供应者和地上生长的调节者[19]，因此，根系长度、干物质量及根系活力对作物体内化学成分有一定的影响。本研究结果表明，根系长度与烟叶钾含量相关性较高，与氮、烟碱含量相关性较低；可能是因为断根损失对烟碱含量的影响大于根系长度；根系活力与烟叶中氮、钾、烟碱含量都较低，可能是因为在烟株生长发育过程中，根系活力发生着不断变化[20]，而根系活力与烟叶内在化学成分测定的样品收获时间不一致，从而导致二者之间相关性较小；但根系干物质量与氮、钾及烟碱含量相关性都较高。主要是因为烟碱是由根系合成的，根系长度不能代表根系的整体量，而根系干物质量则能反应根系生长的整体状况，因此，根系干物质量与氮、钾及烟碱含量相关性都较大。

本研究结果显示，适宜的切根长度有利于促进烟株根系的再生，延缓根系衰老。切根5 cm处理对烤烟根系生长、根系干物质量、地上部生物量以及烟叶中氮、钾、烟碱含量较高，有利于烤烟生长发育和内在化学品质的形成；但切根太多会影响根系的生长，同时，不利于地上部烟叶的生长发育和内在化学成分的合成；而不切根则会影响土壤的通气状况，从而影响根系对土壤中氮、钾等矿质元素的吸收和根系的生长。因此，在烤烟切根过程中要注意切根不宜过长。在本试验条件下，切根5 cm结果较好，但是，在大田生长中的切根长度还需进一步探索。

[1] 康绍忠,张建华,梁建生.土壤水分与温度共同作用对植物根系水分传导的效应[J].植物生态学报,1999,23(3):211-219.

[2] 李俊忠,李纪强,明纪文.烟株对矿质元素吸收和利用规律及生产应用的研究[J].农业与技术,2007(2):51-53.

[3] 周冀衡,汪邓民.培土与施肥对烟株根系发育及氮钾吸收效率的影响[J].中国烟草学报,1995,2(4):46-50.

[4] 卢 布.高产冬小麦穗数和穗重的调控成穗机制的探讨[D].泰安：山东农业大学,1999.

[5] FORSYTH C, STADEN J Van. The effects of root decapitation on lateral root formation and cytokinin produ-ction inPsiumsativum[J].Physiology Plantarum,1981,51(4):375-379.

[6] GHTON A T. The effect of the prevention of the production of additional root axes on the growth of plants ofLoliumperenne[J].Annals of Botany,1978,42:269-276.

[7] De RUIJTER F J,HAVERKORT A J. Effects of potato-cyst nematodes (Globoderapallida) and soil pH on root growth, nutrient uptake and crop growth of potato [J]. European Journal of Plant Pathology ,1999,105:61-67.

[8] 赵世杰,刘华山,董新纯.植物生理学实验指导[M].北京:中国农业科学技术出版社,1998.

[9] 华东师范大学植物生理教研室.植物生理学试验指导[M].北京：人民教育出版社,1980.

[10]窦逢科,张景略.烟草品质与土壤肥料[M].郑州：河南科学技术出版社,1992.

[11]王瑞新.烟草化学[M].北京:中国农业出版社，2003.

[12]王树声,李春俭,梁晓芳.施氮水平对烤烟根冠平衡及氮素积累与分配的影响[J].植物营养与肥料学报,2008,14(5):935-939.

[13]刘胜群,宋凤斌,王 燕.玉米根系性状与地上部性状的相关性研究[J].吉林农业大学学报,2007,29(1):1-6.

[14]柳斌辉,刘子会,张文英,等.断根对不同根型小麦光合和生长的影响[J].华北农学报,2008,23(1):99-103.

[15]BROUWER R. Functional equilibrium:sense or nonsense[J].Netherlands J Agr Sci,1983,31:335-348.

[16]习向银.烟碱氮素来源和供氮对烤烟生长、氮素吸收、烟碱含量的影响[D].北京:中国农业大学,2005.

[17]赵正雄.云南烤烟打顶后的干物质与钾素积累规律及其调控[D].北京:中国农业大学,2003.

[18]冀宏杰,李春俭,张福锁.生长后期不同断根及追钾对云南烤烟含钾量的影响[J].中国生态农业学报,200,12(1):83-86.

[19]寇建树.断根对紫花苜蓿生理生态效应的影响研究[D].咸阳:西北农林科技大学,2009.

[20]韩锦峰,齐群钢.烟株根系活力与烟叶性状、化学成分的相关关系研究及提高根系活力的栽培措施[J].中国烟草科学,1988,19(7):11-14.

(责任编辑：常思敏)

Effect of root-cutting on root growth and chemical composition of flue-cured tobacco

GAO Chiluan1,2， ZHOU Jiheng1， JIANG Shidong1,2， ZHANG Yi1, QIU Yao1，HUANG Shaoli1, HUANG Ting1

(1.Academy of Tobacco,Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.College of Agronomy,Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

Pot experiments were carried out and three treatments were designed (T1: no intertilling; T2 and T3:intertilling at the depth of 5 and 10 cm) to study the effect of different depth of root-cutting on the growth and development of root system and the content of nitrogen, potassium and nicotine in flue-cured tobacco of K326 variety. The results showed that on the 14thday after the treatment of root-cutting the root length was T1>CK>T2,but there was no significant difference between each treatment. However, the root activity showed up as T2>T1>CK at the same time; the dry matter on root stems and leaves showed up as T1>T2>CK after the maturity of tobacco leaves; in the aspect of internal chemical component of tobacco leaves, the nitrogen and nicotine content showed up as T1>T2>CK, and there was significant difference between each treatment, but the content of potassium showed up as T1>CK>T2.The correlation analysis between root properties and internal chemical component indicated that the weight of root system had maximal relationships with the content of nitrogen and nicotine, and the length of root had the highest correlation to the content of potassium.

flue-cured tobacco; root-cutting; root length; nitrogen; potassium; nicotine

1000-2340(2015)01-0007-05

2014-04-09

云南省烟草专卖局科技计划项目(2011YN73)

高迟銮(1989-)，女，湖南永州人，硕士研究生，从事烟草生理生化研究。

周冀衡(1957-)，男，江苏泗洪人，教授、博士生导师。

S 572

A