氯对烤烟农艺性状和叶绿素荧光参数的影响

2019-01-17董一漩屠乃美

作物研究 2019年1期

董一漩，屠乃美，杨锐

（湖南农业大学农学院，长沙 410128）

烤烟是叶用型经济作物，烟叶又是烟株主要的光合作用器官，烟叶能否正常生长发育对烤烟的经济效益尤为重要。氯是植物光系统Ⅱ水裂解系统中的必需元素，又是光合反应的辅酶成分，因而氯能促进和保证叶片光合作用的正常进行［1]。由于烤烟“喜钾忌氯”的特性，氯肥长期被限制使用。另一方面南方雨水充沛，土壤中氯淋失较多，含量偏低，不能满足优质烤烟的氯素营养需求。缺氯时，烟株光合作用将受到抑制，叶片失绿坏死［2]。有研究表明，施氯可促进光合作用。在施氯量为45 kg／hm2时，烟叶光合速率达到最大，蒸腾速率较小［3]。叶绿素荧光动力学是表征植物生长良好与否的重要指标，在植物光合生理研究中广泛应用，被认为是衡量植物光合特性的重要指标［4，5]。本试验通过研究不同供氯水平对烤烟生长、相对叶绿素含量和叶绿素荧光参数的影响，明确烤烟生产的适宜施氯量，以期为优质烤烟生产提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在湖南农业大学耘园烟草基地进行，以烤烟品种K326、云烟85为供试材料。土壤类型为水稻土，田间地势平坦，肥力均匀，前作为水稻。其土壤的基本理化性状如表1。本试验土壤水溶性氯含量为适宜水平。

表1 土壤基本理化性质Table 1 The essential physiochemical properties of soil

试验设6个供氯水平：A.0 kg／hm2（CK）、B.20 kg／hm2、C.40 kg／hm2、D.60 kg／hm2、E.80 kg／hm2、F.100 kg／hm2。N∶P2O5∶K2O＝1∶1∶2.5，基追比5∶5，KCl肥基追比2∶1。每个处理施N量180 kg／hm2。氮源来自尿素（N46%）和硫酸铵（N21%），磷源来自钙镁磷肥（P14%）和过磷酸钙（P12%），钾源来自氯化钾（K55%）和硫酸钾（K50%），氯源来自氯化钾（Cl 45%）。

2016年12月30日播种，2017年4月23日移栽，行距1.1 m，株距0.5 m。小区面积25.3 m2，每小区移栽46株，每处理3次重复。小区南北向排列，四周留1行作保护行。采用优质烟叶生产管理方法，统一供种、育苗、移栽和管理。

1.2 测定项目与方法

农艺性状：打顶后7 d，测定烤烟的株高、最大叶长、最大叶宽、茎围、有效叶数，每个小区测3株代表性烟株。

相对叶绿素含量：于移栽后45、60、90 d用SPAD-502测定从上往下第8片烟叶（中部叶）的相对叶绿素含量，每片烟叶分别测叶尖、叶基、叶中三部位求平均值，每小区测量3片烟叶。

叶绿素荧光参数：用Imaging-PAM叶绿素荧光成像系统（德国Walz，蓝光版）测定供试材料功能叶的叶绿素荧光参数。在打顶后7 d，于9∶00～10∶00（天气晴朗）每小区选代表性烟叶（从上往下第8片烟叶）3片，放入黑色塑料袋并置纸箱中暗适应1 h后，用双层黑色塑料袋套住仪器探头测定样品，调用叶绿素荧光慢速动力学曲线程序测定功能叶的各叶绿素荧光参数。测定项目包括最大荧光Fm、最小荧光Fo、原初光能转化效率Fv／Fm（PSⅡ最大光化学效率）、PSⅡ实际光能利用率Y（Ⅱ）、非光化学猝灭NPQ、光化学猝灭qP。测定荧光动力学曲线，其中测量光强1μmol／（m2·s）、饱和脉冲光量子强度3000μmol／（m2·s）、光化光量子通量密度186μmol／（m2·s）。

1.3 分析方法

数据处理均采用Excel和SPSS19.0统计软件。采用邓肯氏负极差检测法对平均值进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 烤烟农艺性状

如表2所示，两烤烟品种施氯处理的烟株株高、茎围和有效叶数均高于对照。K326株高随氯的增加呈先增加后减少的趋势，在供氯水平为40 kg／hm2时，株高最高，达到113 cm，供氯水平为20 kg／hm2时次之。云烟85株高随施氯量的增加呈上升趋势，在供氯水平为100 kg／hm2时，株高最高，达到97.6 cm。当供氯水平为80 kg／hm2时，两品种烟株茎围最大，K326茎围达到8.20 cm，云烟85茎围达到8.60 cm，且均与对照有显著差异。K326烟株有效叶数随氯的增加而增加，但差异不大。云烟85各处理有效叶数均高于对照，当供氯水平为100 kg／hm2时与对照显著差异。两品种烟株的最大叶长均随供氯水平的增加而略有减小，最大叶宽随供氯水平的增加呈上升趋势。施氯可以改善烟叶形状，使叶形趋于椭圆，增加光合面积，提高工业利用率。供氯水平变化对K326烟株的株高、茎围影响较大，对云烟85烟株的茎围、有效叶数影响比较大。两品种均以对照的农艺性状表现最差。可见，适量施氯对烤烟株高、最大叶宽、茎围和有效叶数有一定的效果。

表2 不同供氯水平下的烤烟农艺性状Table 2 The agronomic characters of flue-cured tobacco in different treatments of chlorine

2.2 烤后烟叶氯含量

如表3所示，两品种上、中、下三部位烤后烟叶氯含量各处理间存在显著差异。除K326上部叶在80 kg／hm2时氯含量达到最高外，两品种其余各部位烟叶均在最大供氯水平时氯含量最高，不施氯处理各部位烟叶氯含量均最低。云烟85的B2F、C3F氯含量较K326高0.012%～1.077%，0.008%～0.798%。优质烤烟烟叶氯含量为0.3%～0.8%。K326的B2F、C3F在施氯20～40 kg／hm2时烟叶氯含量适宜，X2F在施氯20～60 kg／hm2时烟叶氯含量适宜。云烟85的B2F在施氯20 kg／hm2时烟叶氯含量适宜，C3F在施氯0～40 kg／hm2时烟叶氯含量适宜，X2F在施氯20～60 kg／hm2时烟叶氯含量适宜。可见，两品种烤烟在施氯20～40 kg／hm2时各部位烟叶氯含量均符合优质烤烟标准。

表3 不同供氯水平下的烤后烟叶氯含量 %Table 3 The agronomic characters of flue-cured tobacco in different treatments of chlorine

续表3

2.3 烟叶相对叶绿素含量

从图1、2可知，K326和云烟85叶片相对叶绿素含量（SPAD值）均随着供氯水平的增加呈先增后减的趋势。K326移栽40 d，供氯水平为20 kg／hm2时，SPAD值达到最高；供氯水平60 kg／hm2时，SPAD值显著降低；供氯水平80 kg／hm2时，SPAD值达到最低。在移栽65、90 d时，均在供氯水平20 kg／hm2时，SPAD值达到最大；均在供氯水平40 kg／hm2时，SPAD值显著降低（65 d＞90 d）。云烟85移栽40 d，供氯水平为40 kg／hm2时，SPAD值达到最高；供氯水平60 kg／hm2时，SPAD值显著降低；供氯水平80 kg／hm2时，SPAD值达到最低。在移栽65、90 d时，均在供氯水平40 kg／hm2时，SPAD值达到最大；均在供氯水平60 kg／hm2时，SPAD值显著降低。在全生育期，K326在供氯水平为20 kg／hm2时，SPAD值明显高于其他处理；云烟85在供氯水平为40 kg／hm2时，SPAD值明显高于其他处理。

图1 不同供氯水平下K326叶片相对叶绿素含量（SPAD值）Fig.1 The relative chlorophyll content of K326 flue-cured tobacco leaves in different treatments of chorine

图2 不同供氯水平下云烟85叶片相对叶绿素含量（SPAD值）Fig.2 The relative chlorophyll content of Yunyan 85 flue-cured tobacco leaves in different treatments of chorine

2.4 烟叶叶绿素荧光特性

Fv／Fm值是暗反应条件下PSⅡ最大光化学量子产量，表示潜在的光合速率；Y［Ⅱ]值是PSⅡ反应中心在有部分关闭情况下的实际原初光能捕获效率，即实际光合速率［6]。K326和云烟85两品种烟叶的Fv／Fm值在各供氯水平处理间与对照均无显著差异。在40 kg／hm2时，K326叶片Fv／Fm值比云烟85高10.91%。K326叶片的Y［Ⅱ]值随供氯水平的增加而降低，各处理与对照均无显著差异。云烟85叶片Y［Ⅱ]值随供氯水平的增加而降低，高于60 kg／hm2后下降显著。云烟85叶片的Y［Ⅱ]值较K326高1.28%～9.59%，且在20～40 kg／hm2时增加幅度显著。可见，云烟85叶片的实际光合速率大于K326，且云烟85光合速率对氯浓度的变化较敏感。

Fo是最小荧光，表示光系统Ⅱ处于完全开放时的荧光产量，还代表不能参与光化学反应的光能辐射部分，与叶片叶绿素浓度有关［7，8]。K326和云烟85两品种烟叶的Fo均随供氯水平的增加呈上升趋势，但各处理与对照均无显著差异。低氯水平下，K326叶片的Fo高于云烟85，而当供氯水平为60～80 kg／hm2时，云烟85叶片的Fo高于K326。

Fm为最大荧光，是PSⅡ反应中心处于完全关闭时的荧光产量，反映PSⅡ电子传递情况［9]。K326叶片的Fm值随供氯水平的增加而呈缓慢降低的趋势，施氯量高于60 kg／hm2后与对照存在显著差异。云烟85叶片的Fm值随供氯水平的增加表现为先增后减的趋势，供氯水平为20 kg／hm2时最高（0.387），但各处理间差异不显著。

NPQ是非光化学猝灭，表示不能被电子传递利用的以非光化学形式释放的过剩光能，对光合系统有保护作用［9]。K326和云烟85叶片的NPQ值均随供氯水平的提高呈先减后增趋势，拐点出现在供氯水平60 kg／hm2时。K326在供氯水平为20 kg／hm2时叶片NPQ值达到最低（0.65），云烟85在供氯水平为20、40 kg／hm2时叶片NPQ值达到最低（0.61）。低氯水平（0～40 kg／hm2）下，NPQ值偏低，可能是因叶片中参与光化学反应的光能增加，叶片不需通过自身调节耗散过剩的光能，光合机构损伤程度轻，光能利用率增加。可见，两品种烤烟在供氯水平为20 kg／hm2时对强光有最大适应性。

1-qP是PSⅡ反应中心关闭的程度，1-qP越大，PSⅡ反应活性越小［10]。K326烟叶1-qP值各处理差异不显著。云烟85在供氯水平为60 kg／hm2时，PSⅡ反应中心关闭的程度明显高于其他处理，且与40 kg／hm2处理存在显著差异。在供氯水平为40 kg／hm2时，两品种的叶片PSⅡ反应中心关闭的程度均达到最低。可见，供氯水平为40 kg／hm2时，两品种叶片PSⅡ反应中心开放程度最大。

表4 不同供氯水平下烤烟叶绿素荧光参数Table 4 The chlorophyll fluorescence parameters of flue-cured tobacco leaves in different treatments of chorine

2.5 供氯水平与烤烟农艺性状和光合参数的相关关系

对供氯水平与烤烟农艺性状的相关性分析表明：供氯水平与K326的株高、叶宽、茎围、有效叶数均呈正相关，其中与有效叶数呈极显著正相关，与叶长呈负相关；供氯水平与云烟85的农艺性状各指标均呈正相关，其中与茎围呈显著正相关，与有效叶数呈极显著正相关。

表5 供氯水平与烤烟农艺性状的相关系数Table 5 Correlation coefficient of different treatments of chlorine and relative agronomic characters of flue-cured tobacco

对供氯水平与烤烟叶绿素荧光参数的相关性分析表明：供氯水平与K326各叶绿素荧光参数均呈负相关，其中与Fm呈显著负相关，与Y［Ⅱ]呈极显著负相关；供氯水平与云烟85的Fm、NPQ和qP呈正相关，但均不显著，与Fo、Fv／Fm和Y［Ⅱ]呈负相关，其中与Y［Ⅱ]呈显著负相关。

表6 供氯水平与烤烟叶绿素荧光参数的相关系数Table 6 Correlation coefficient of different treatments of chlorineand relative chlorophyll content of flue-cured tobacco

3 讨论与结论

两烤烟品种施氯处理的烟株株高、有效叶数均高于对照，这与余金龙等［11]和王少先等［12]研究结果相同。本试验中两品种茎围均在80 kg／hm2时达到最大。云烟85叶长和叶宽在100 kg／hm2时达到最大；K326叶长各施氯处理均小于对照，叶宽在60 kg／hm2时达到最大。而余金龙等［11]研究表明，施氯量为60 kg／hm2时，茎围小于对照；施氯量为30 kg／hm2时，叶长、叶宽达到最大。可能因试验烤烟品种不同导致结果存在差异。王少先等［12]研究表明，K326叶面积、叶宽在60 kg／hm2时最低；叶长在45、75 kg／hm2时大于对照。笔者认为可能因试验区土壤的理化性质、土壤种类、种植环境等因素的不同导致同一品种烤烟有不同的适宜供氯水平。总之，适量的氯对株高、叶宽、茎围和有效叶数的改善有一定的作用。

叶绿素不仅是光合作用的重要色素，同时其含量和降解产物的积累量与烟叶的香气物质和品质有密切关系［13]。在大田生育期中，旺长期是烟株生长发育的关键时期，叶绿素含量增加，光合作用增强，干物质不断积累。李明德等［14]的研究表明，适量的氯素营养有利于提高烤烟旺长期叶片中的叶绿素含量和植株根系活力。本研究表明，在移栽40 d时，两烤烟品种的SPAD值各处理间差值高于移栽65、90 d时，可见施氯对烟株前期生长发育影响较大；在移栽90 d时，两烤烟品种SPAD值各处理间差异不显著。两烤烟品种各时期均在低氯水平（0～40 kg／hm2）下，SPAD值较高，说明此时烟叶叶绿素含量较高，潜在的光化学活性和光化学反应的光能较高，因此光能利用率也较高。

植物叶片的PSⅡ功能是保证光合作用正常进行的前提，对环境变化比较敏感［15]。有研究表明，胁迫条件下可以抑制植物PSⅡ的活性，导致能量的捕获和传递受到抑制、PSⅡ光化学效率降低等［16]。一般用最大光化学效率来判断植株的光能转化率［17]。Fv／Fm值越大，说明潜在光能越大，光耗散减少，叶片吸收的光能较充分用于光合作用。Fv／Fm在非胁迫条件下变化很小，但受到胁迫和抑制时，这一参数会明显降低［18]。Fo代表色素所吸收的光能中不参与光化学反应的能量，其值增加表明光能利用能量低［19]。Fo与色素含量及PSⅡ的受损状况有关，色素含量降低，Fo降低；PSⅡ受到损伤，Fo明显升高［20]。qP是光化学猝灭，qP越大，PSⅡ电子传递能力越强，光合碳同化所需的ATP越充足［21]。K326叶片的Fv／Fm值、Y［Ⅱ]值各处理间均无明显差异；Fo值随供氯水平的增加而增加；Fm值随供氯水平的提高而降低，且在60 kg／hm2时下降显著；NPQ值呈先减后增趋势，在20 kg／hm2时最小；1-qP值在40 kg／hm2时达到最低。云烟85叶片的Fv／Fm值各处理间无明显差异；Y［Ⅱ]值在60 kg／hm2时显著降低；Fo值随供氯水平的提高而增加；Fm值随供氯水平的提高呈先增后减趋势，且在20 kg／hm2时最大；NPQ值呈先减后增趋势，在20～40 kg／hm2时最小；1-qP值在40 kg／hm2时达到最低。在低氯水平（0～40 kg／hm2）时，随SPAD值的增加，叶片叶绿素浓度增加，Fo值也随之增加，色素吸收光能后转换利用率增加，反应中心关闭程度（1-qP值）小，另外以热耗散形式散失的热量（NPQ值）少，用以光合作用的光能增加，实际的光合速率提高。在高氯水平（60～100 kg／hm2）时，SPAD值减小，1-qP值增加，NPQ值增加，Fo值也增加，可能反应中心受到了破坏，中心关闭程度增加，光能热耗散增加，导致实际光合速率下降。各供氯水平下两品种叶片Fv／Fm值无明显差异，但云烟85叶片的Y［Ⅱ]值整体高于K326，云烟85叶片NPQ整体低于K326。说明，两品种烟叶潜在的光能量相近，云烟85叶片在各供氯水平下通过自身调节耗散过剩的光能少于K326，实际的光能利用率高于K326。

试验结果表明，供氯水平20～40 kg／hm2时，有利于改善两烤烟品种烟株的农艺性状，提高烟叶叶片的光合特性，使烤后烟叶氯含量在优质烟叶生产的标准范围内。