不同施氮量对烟苗生长发育和生理特征的影响

江厚龙，徐 宸*，汪代斌，王红锋，杨 超，李钠钾，耿莉娜，张 均

(1.重庆烟草科学研究所，重庆 北碚 400715；2.河南科技大学，河南 洛阳 471003)



不同施氮量对烟苗生长发育和生理特征的影响

江厚龙1，徐 宸1*，汪代斌1，王红锋1，杨 超1，李钠钾1，耿莉娜1，张 均2

(1.重庆烟草科学研究所，重庆 北碚 400715；2.河南科技大学，河南 洛阳 471003)

摘要：为明确烟草漂浮育苗的适宜氮肥量，以烤烟“K326”品种为材料，研究了不同施氮量对烟苗生长发育和生理特征的影响。结果表明，较低的施氮量有利于烟苗细根数量增加和根系活性提高，从而增强根系吸收能力；同时，低施氮量也显著提高了与抗性相关的过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和苯丙氨酸酶(PAL)活性，增强了烟苗对病原物的抵抗力。适宜的施氮量能显著提高烟苗叶片光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)和水分利用率(WUE)。因此，在烟草漂浮育苗过程中，施氮量以6～11 mg/株为宜，更有利于培育根系发达、抗病性强的健康烟苗。

关键词：施氮量；烟苗；生长发育；生理特征

烟苗素质是优质烟叶生产的基础，直接影响着烟株生长发育和烟叶产质量形成。目前，高度集约化的漂浮育苗是我国烟草育苗的主要方式[1]，对提高烟苗素质、防治病虫害、减轻烟农劳动强度等起到了重要作用[2]，但漂浮育苗在实际应用中也存在诸如播种[3]、施肥[4]、剪叶[5-6]、炼苗[7]等技术不到位导致的基质盐析、螺旋根、绿藻、病毒等问题[8]。施肥技术决定着烟草漂浮育苗的成败，而烟苗生长发育所需的矿质营养中以氮肥最为重要。关于烟草漂浮育苗施肥技术方面的研究报道较多，大多是以营养液的密度为标准进行研究[9-11]，但由于不同营养池灌注营养液的量不同，以同样浓度计算肥料用量时将导致肥料施用量精准度过低，难以保障科学施肥。鉴于此，本文以单株烟苗施肥量为标准进行了系统研究，以期为烟草漂浮育苗科学施用氮肥提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验设计

本试验在西南大学温室内进行，供试烤烟品种为“K326”，于2014年2月22日播种，漂浮育苗。共设置4个施氮量处理(以纯氮计)，T1(6 mg/株)、T2(11 mg/株)、T3(16 mg/株)、T4(21 mg/株)，每处理4盘，3次重复；育苗盘置于不锈钢水盘内。各处理的磷肥和钾肥施用量分别为11 mg/株和29 mg/株，所有肥料均于齐苗期一次性施用，为保持(5±1) cm深营养液量，每隔3～4 d灌水1次。

1.2样品采集与指标测定

1.2.1根系扫描试验分别于播种后第39、45、51、57和63天取各处理烟苗根系(30株/盘)，于清水冲净后用日本产的Epson根系扫描仪进行扫描。

1.2.2根系活力测定试验分别于播种后第39、45、51、57和63天取各处理烟苗根系(30株/盘)，采用TTC还原法测定根系活力，具体步骤参照文献[12]。

1.2.3酶活性测定试验分别于播种后第39、45、51、57和63天取各处理叶片(30株/盘)，测定相关酶活性。苯丙氨酸解氨酶活性的测定采用分光光度计法[13]，多酚氧化酶活性的测定采用邻苯二酚法[14]，过氧化氢酶活性测定采用过氧化氢氧化法[15]。

1.2.4叶绿素含量测定试验分别于播种后第51、57和63天取各处理烟苗叶片，采用丙酮浸提后分光光度计比色法[15]测定计算叶绿素含量。

1.2.5光合性能测定光合性能的测定于播种后第58天的9:30～11:30进行，测定前将烟苗移出温室照光2 h以上。采用美国Licor公司生产的Li-6400便携式光合测定系统测定净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)，叶片水分利用率(WUE)=Pn/Tr。系统控制条件设置如下：CO2浓度为360 μmo1/mol，光照强度为1200 μmol/(m2·s)，温度为25 ℃。

2结果与分析

2.1 不同施氮量对根系形态特征的影响

不同施氮量对烟苗根系形态特征的影响结果见图1。由图1可知，T1除第39天外，根系长度均为最长；T2除第39天外根系长度均为最短，且各时期变化较小；T3的根系长度呈下降趋势。高氮处理(T4)测定初期的根系直径最小，之后逐渐增大且一直处于较高水平；低氮处理(T1)的根系直径初期为最大，尔后保持在最低水平。T1的根系表面积测定初期较低，以后逐渐增加至最高水平；另外3个处理的根系表面积变化较小，其中测定后期T4的最小。T3和T2根系体积的变幅较小，T1的根系体积在测定后期为最大，T4的根系体积在测定初期和后期均为最小。

图1　不同施氮量对烟苗根系形态特征的影响

2.2不同施氮量对烟苗根系活力的影响

不同施氮量对烟苗根系活力的影响结果见图2。图2表明，测定初期，各处理烟苗的根系活力差异未达显著水平。尔后，随氮肥施用量的增加，烟苗根系活力呈逐渐降低趋势。在测定中期(第51天)，T1的根系活力分别是其它处理的2.28倍(T4)、1.79倍(T3)和1.49倍(T2)。T1的根系活力较高可能与氮肥施用量少、营养液中氮素浓度低，根系为获取氮素营养而不断地进行伸长生长、始终保持着较旺盛的活力有关。

2.3不同施氮量对烟苗叶绿素含量的影响

不同氮肥施用量下烟苗叶片的叶绿素含量变化见图3。由图3可知，随着施氮量的增加，叶绿素含量呈逐渐增加趋势。除T1外，其他3个处理叶绿素含量均随苗龄的增大而逐渐提高。T1的叶绿素含量在苗龄57 d时最高，然后逐渐降低，这可能是由于该处理氮素含量过低，导致后期脱肥现象出现。随着生育历期的延长，T2和T3处理之间的叶绿素含量差逐渐减小，至63 d时含量基本一致，为37.5 μg/L左右。高氮处理(T4)的叶绿素含量最高，且随着苗龄增加而逐渐增加。这说明烟草育苗期间施氮量过大会导致叶片肥厚，增强烟苗群体的郁闭程度，增加烟苗的染病风险。

图2　不同施氮量对烟苗根系活力的影响

图3　不同施氮量对烟苗叶绿素含量的影响

2.4不同施氮量对烟苗酶活性的影响

不同施氮水平对烟苗叶片过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和苯丙氨酸酶(PAL)活性的影响见表1。由表1可知，施氮量对烟苗的PAL活性有极显著的影响，随苗龄的增加PAL活性有逐渐增强的趋势。在51 d时，T1、T3、T4处理的PAL活性均较45 d有所降低，这可能与第46天向营养液中灌水导致营养液浓度被稀释有关。在测定后期(63 d)，T1和T4的PAL活性均呈降低趋势，可能是因为后期营养液中氮素浓度过低或过高；T1、T2和T3间的PAL活性差异达显著水平。

不同施氮量对烟苗叶片的PPO活性影响极显著(表1)。在第39 天时，T3的PPO活性最高，T2最低；第63天时，PPO活性以T2最高，为644.55 U/(g·min)，是T4[376.56 U/(g·min)]的1.71倍。随着苗龄的增加，各处理的PPO活性均呈增加趋势(T1除外)；其中，T2增幅最大，从39 d至63 d增加了3.18倍。

由表1可知，POD活性随着施氮量增加而降低。前期(39 d)T1的POD活性最低，为28.34 U/(g·min)，其他3个处理的POD活性差异不大；T1和T2的POD活性随苗龄的增加而逐渐增大，而T3和T4的增幅则较小。后期(63 d)以T2的POD活性最高，为585.43 U/(g·min)，是T4的2.01倍。

2.5不同施氮量对烟苗光合性能的影响

不同施氮量对烟苗光合性能的影响见表2。由表2可知，施氮量对烟苗的净光合速率(Pn)的影响较为显著。随施氮量的增加，Pn逐渐增加，其中T3比T1增加了17.29%；但施氮过多则又导致了Pn的降低。气孔导度(Gi)也受施氮量的显著影响，表现为施氮量越大Gi值越高，但T1和T2处理间、T3和T4处理间差异未达显著水平。T3的胞间CO2浓度(Ci)显著高于其它3个处理，T1、T2和T4间没有显著差异。施氮量对蒸腾速率(Tr)影响较大，随施氮量的增大，Tr逐渐增加，但过高的施氮量则又明显降低蒸腾速率。施氮量过高或过低均可降低烟苗的WUE。在本试验处理中，以T2的WUE最高，T2和T3处理间差异未达显著水平，T2、T3与T1、T4处理间则具有显著差异。

3讨论

根系是烟草生命活动的重要器官，不仅具有吸收水分和矿质营养的功能，还是合成烟碱等活性物质的重要场所，直接影响着烟叶的产量和品质。根系形态特征直接反映其生长发育状况和活力水平。本研究结果表明，低施氮处理可促进烟苗产生更多的细长根，而高氮处理则促进短粗根系的发生，这可能与在低氮环境中根系的趋肥性生长使其不断伸长以捕获养分有关[16]。一般认为，细根的吸收能力较粗根强[17]，因此，可推测低施氮量可以增强烟苗根系的吸收能力。姜超英等[18]也报道了类似的研究结论。根系活力反映了根系代谢能力的强弱，直接影响烟苗生长和抗逆性，对移栽大田后的缓苗期有着非常重要的影响。有报道显示，植物根系活力有随着施氮量的增加而增加，但达到一定阈值后则随施氮量增加而逐渐下降的趋势[18-19]。本文也得出了相似的研究结果，测定初期不同施氮处理的根系活力差异未达显著水平，测定中后期随施肥量的增加烟苗根系活力逐渐下降。

叶绿素是植物进行光合作用的重要色素，其捕获光能并驱动电子转移到反应中心[20]，对植物生长发育及产质量形成具有极其重要的作用。氮是叶绿素分子的组成成分，缺乏时将影响叶绿素的形成。谢会雅等[21]研究表明，施氮量对烤烟叶绿素含量的影响较大，随施氮量增加叶绿素含量呈逐渐增加的趋势。有学者研究发现，冬小麦[22]、春玉米[23]、棉花[24]等作物的叶绿素含量对氮素均有类似的响应。本研究表明，烟苗的叶绿素含量也有随施氮量增加而逐渐增大的趋势。漂浮育苗条件下的烟苗由于个体幼嫩、密度大、湿度高等原因极易感病，施氮过多将造成叶绿素含量高、叶片肥大，会进一步加重苗盘的郁闭程度，增加烟苗的染病风险。

表1　不同施氮量对烟苗叶片PAL、PPO和POD活性的影响 U/(g·min)

注：同列数据后的不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著，不同大写字母表示在P<0.01水平上差异显著。下同。

表2　不同施氮量对烟苗光合特性的影响

烟草体内的过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和苯丙氨酸酶(PAL)活性与烟草的抗病性有着密切的关系[25-27]，当有病原物侵染烟株后，这些酶的活性会迅速提高以阻止病原的进一步扩展。本研究显示，不同施氮量对烟苗的POD、PPO和PAL活性有极显著的影响。在测定中前期，增加施氮量将导致这3种酶活性的下降，其中以施氮量低的T1最高(39 d的POD除外)；在测定后期，PPO和POD活性均以T2最高，PAL活性则以T3最高，说明氮素施用量过高或过低均会导致这3种酶活性的下降，从而降低烟苗的抗逆性。刘艳等[28]以玉米为材料的研究也得到了类似的结论。也有研究表明，烟叶的POD活性随施氮量的增加略有提高[29]。

净光合速率在一定程度上反映了烟苗光合能力的强弱，氮素营养水平对净光合速率具有明显的调节作用[30]。本研究表明，施氮量对烟苗的Pn有显著的影响，当施氮量增加时，Pn有增大的趋势，但氮肥用量过多也会导致Pn的降低。胞间CO2浓度、蒸腾速率和水分利用率随施氮量增加呈先升后降的趋势。云菲等[31]研究发现，中等施氮水平下烤烟叶片的净光合速率、蒸腾速率和胞间CO2浓度最高；而符建国等[32]则发现烟草大田期的净光合速率和蒸腾速率随施氮量的增加而显著增大。冯焕德等[33]以红富士苹果为材料，研究发现净光合速率随施氮量增加呈先升后降的趋势。研究还发现，水稻叶片的水分利用率随施氮量增加也呈逐渐增加的趋势[34]。考虑到烟苗本身的抗逆性差及其所处的易发病环境，施氮量过高将导致光合产物积累多、叶片肥大、苗盘郁闭，进一步会加重病害暴发的风险。因此，在烟苗漂浮育苗时应适量控制氮肥施用量以免造成烟苗幼嫩、叶片肥厚而增加染病风险。

4结论

在烟草漂浮育苗过程中，施氮量直接影响着烟苗根系形态特征、根系活力、叶绿素含量、光合性能及抗逆性等。本研究表明，低氮处理有利于增加烟苗的细根数量，提高根系活力，促进根系吸收能力的增强，同时也提高了与烟苗抗性有关的POD、PPO和PAL等酶的活性，增强烟苗对病害的抵抗能力。施氮量对烟苗叶绿素含量和光合性能也有显著的影响，适量施用氮肥有利于提高叶绿素含量，增强叶片的光合性能，光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度和水分利用率等指标均有显著提高。综合施氮量对烟苗根系形态特征及活力、叶片生理和光合性能等的影响，烟草漂浮育苗的施氮量为6～11 mg/株时更有利于培育根系发达、抗病性强的健康烟苗。

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(责任编辑：许晶晶)

收稿日期：2015-12-03

基金项目：重庆市烟草专卖局项目“重庆中高海拔烟区揭膜时期及配套施肥技术研究”(NY201404041070014)、“菜籽饼肥快速发酵工艺规程及产品质量标准研究”(NY2014040170016)。

作者简介：江厚龙(1980─)，男，农艺师，博士，主要从事烟草栽培与生理生态研究。*通讯作者：徐宸。

中图分类号：S572

文献标志码：A

文章编号：1001-8581(2016)07-0063-05

Influences of Various Nitrogen Application Rates on Growth and Physiological Characteristics of Tobacco Seedlings

JIANG Hou-long1, XU Chen1*, WANG Dai-bin1, WANG Hong-feng1,YANG Chao1, LI Na-jia1, GENG Li-na1, ZHANG Jun2

(1. Chongqing Tobacco Science Research Institute, Chongqing 400715, China;2. Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China)

Abstract：This study investigated the influence of the application amounts of nitrogen on the growth and physiological characteristics of tobacco seedlings by studying flue-cured tobacco K326, the appropriate amount of nitrogen fertilizer needed for tobacco seedlings grown in floating beds was determined. Results showed that applying small amount of nitrogen increased the number of tobacco seedling roots and improved root activity, thus enhancing root adsorption. Moreover, it also significantly increased the activity of resistance-related peroxidase, polyphenol oxidase, and phenylalanine and reinforced the resistance of tobacco seedlings to pathogens. Applying appropriate amount of nitrogen could significantly increase the photosynthetic rate of tobacco seedling leaves, intercellular CO2 content, transpiration rate, and water use efficiency. The amount of nitrogen appropriate in the process of growing tobacco seedlings on a floating bed was 6～11 mg/plant, this nitrogen concentration was conducive to the growth of healthy tobacco seedlings with strong roots and resistance.

Key words：Nitrogen application; Tobacco seedling; Growth and development; Physiological characteristics