光照和GA3对云烟99烟苗素质、生长发育及产质量的影响

周 洁，徐雪东，吴 薇 ，崔志燕，韦成才，袁 帅，张立新*

(1. 西北农林科技大学化学与药学院，陕西 杨凌 712100；2. 西北农林科技大学生命科学学院，陕西 杨凌 712100；3. 陕西省烟草科学研究所，陕西 西安 710061；4. 陕西中烟工业有限责任公司技术中心，陕西 宝鸡 721013)

【研究意义】烤烟(NicotianatabacumL.)作为我国主要经济作物，以收获叶片为目的，然后将不同类型的烟叶制成各类烟制品，以满足人们的吸食要求。育苗是烟叶生产的首要环节，烟苗素质是指其对环境变化的适应性和生长生存能力，直接影响着移栽后烟叶的生长发育、产量和品质。培育出整齐健壮和抗逆性强的烟苗，是获得优质烟叶的基础。烟叶是喜光作物，与其它喜光植物一样，在较强的光照条件下才能旺盛生长，但在适宜的光照条件下才能生产出更优质的烟叶。光是影响植物生长和发育的一种重要环境因子。光可以为植物生长发育提供能量，因此大多数植物都会试图避开阴暗环境，选择光照充足的环境进行生长[1]。【前人研究进展】有研究结果显示，光照强度能明显促进植物幼苗生长并且对株高、叶面积和干物质质量具有很大的影响[2-4]。周方舟等[5]研究发现减弱光照强度可以推迟烟株的生育期，降低叶片和各组成部分的干物质质量，促进株高但降低茎围，叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度均呈递减趋势。黄跃鹏等[6]研究发现，随着光照强度减弱,烟叶落黄成熟推迟,大田生育期延长,烟株株高、节距及烟碱含量增加,茎围、叶片宽度减少，烟叶总糖含量、还原糖含量、糖碱比、产量、产值随着光照强度减弱呈下降的趋势,而上等烟比例和均价则呈先上升后下降的趋势。赤霉素(GA3)是一种调节植物生长发育的重要激素，可以调控植物的多种生长发育过程,不仅能够促进整株植物生长，而且能够促进植物茎节的伸长和增长，同时还能缩短生长周期，提高作物的产量和品质[7-8]。目前已有研究显示，GA3作为引发剂不仅可以提高烤烟种子活力和发芽率以及幼苗根长和质量，同时也能提高烟草丸化种子对低温的耐受性[9-12]。除此之外，在烟株上喷施 GA3后，有利于促进上部叶细胞生长，烟株叶长、叶宽和叶面积指数显著增加，烟叶光合能力明显提高，上部烟叶片干物质积累较多，叶片结构疏松，利于烘烤叶片细胞水分散失，提高了烘烤特性和烤后烟叶外观品质，进而提高烟叶等级水平[13]。赤霉素还能够缩短烤烟大田生育期,促进中上部叶生长,使烟叶成熟度好,容易烘烤,烤后烟叶外观品质、产量、均价、上中等烟比例均明显改善[14]。【本研究切入点】目前，有关提高烟苗素质的研究很多，但人们多是研究不同植物在单一因素下对其生长和品质的影响，而针对光照和GA3两者互作对烤烟生长和品质影响的研究鲜有报道。单独光照虽能促进烤烟种子萌发及幼苗生长发育，但对发芽率的影响较小，而赤霉素是种子生命活动中的重要物质，可调控种子休眠、提高烟种活力、发芽率以及幼苗质量[12]，同时在打顶后的烟株上部叶喷施不同浓度的GA3后，测定其总生物碱、烟碱、降烟碱及假木贼碱的含量发现，喷施合适浓度的GA3可以显著降低烤烟上部叶的刺激性，有利于提高烤烟上部叶的品质[15]。【拟解决的关键问题】因此，本研究以洛南烟区生态条件为背景，以云烟99为材料，设置不同光照与赤霉素(GA3)处理对烤烟生长发育及产量、品质的影响，同时寻求最佳组合配比，为洛南烟区通过提高烟苗素而提升烤烟产质量提供简单可行的技术手段。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

育苗试验于2015年3月3日在陕西省商洛市镇安县云盖寺镇岩湾村烟叶育苗工场进行。大田试验于2015年5-10月在商洛市镇安县云盖寺镇岩湾村进行，地处109°02′10.7″ E、33°27′54.7″ N，海拔758 m，年均日照1947.4 h，年均降雨量804.8 mm，年均无霜期210 d。试验区土壤基本理化性状如下：pH 6.14，有机质7.75 g/kg，速效氮24.02 mg/kg，速效磷12.82 mg/kg，速效钾130.3 mg/kg。

1.2 试验品种与设计

供试品种为云烟99。试验设9个处理，采用白色、红色和蓝色3种不同光质的LED灯管作为光源，GA3浓度设置为0、50和100 mg/L 3个水平，采用不同光质和GA3浓度培育烟苗。待烟苗生长至成苗后，移栽到选定的烟田。小区随机排列，设置3次重复，每个处理小区面积100 m2，株行距1.1 m × 0.55 m, 每小区栽植烤烟165株。其他施肥方式及管理按当地烤烟种植规范，移栽期为5月7日，顶叶成熟时间为7月2日。各处理见表1。

1.3 测定指标与方法

1.3.1SPAD值测定 分别在播种后42、49、56和63 d，从各处理每个重复选择4棵长势一致、无明显病斑的烟苗，在上午10:00-11:00，选取烟苗顶部由上往下完全展开的叶片，用SPAD-502测定其SPAD值，每重复测定3片叶，取平均值作为该重复的最终的SPAD值。

1.3.2 根系活力测定 分别在播种后42、49、56和63 d，称取烟苗根尖0.5 g切1 cm大小的段，放入称量瓶，加入1 % TTC溶液和0.1 mol/L磷酸缓冲液的等量混合液10 mL，把根完全浸泡在溶液内，37 ℃下保温1 h。此后加入1 mol·L-1硫酸2 mL终止反应。将处理后的根取出，吸干水分与3～5 mL乙酸乙酯和少量石英砂一起放入研钵内碾碎，将浸提液过虑到试管中，同时用少量乙酸乙酯洗涤研钵内壁2～3次，洗后溶液虑入试管，最后用乙酸乙酯定容至10 mL。用分光光度计在波长485 nm下比色，以空白实验(先加入硫酸再加入根样品，其他步骤同上)作参比读出吸光度，查标准曲线，求出TTC还原量。

表1 试验处理

根系活力(mg·g-1·h-1·FW)=TCC还原量/(根重×时间)/1000

(1)

式中，TCC还原量：根据测得吸光度在标准曲线上计算得到(g)；根重：称取根尖的重量(g)；时间：指反应时间(h)。

1.3.3 生育时期记载 从烟苗移栽时期起，观察记录烟株依次进入现蕾、中心花开放、脚叶成熟以及顶叶成熟的日期，并根据记载的时期得出烟株移栽至现蕾天数和大田生育期。

1.3.4 植物学性状及农艺性状调查 记载现蕾期烟叶植物学性状，包括株型、叶形、叶色、茎叶角度、主脉粗细、田间整齐度、成熟特性以及苗期、团棵期和现蕾期生长势。同时在打顶后1周(圆顶期)测定烟叶农艺性状，每个小区选择长势长相均匀一致、能够代表小区生长状况的烟株10株，按照烟草农艺性状调查方法，调查烟株株高、有效叶数、节距、茎围以及叶长宽。

1.3.5 病害发生情况调查 采用普查法，每点取20株烟，在病害发病盛期后调查赤星病和气候斑点病病情；在病害盛发期调查所有小区全部植株的普通花叶病病情。病害分级按照烟草病害分级调查方法YC/T39-1996[16]执行，并计算发病率和病情指数。

发病率(%)=(发病株数/调查总株数)×100

(2)

病情指数=[∑(各级病株或叶数×该病级值)]/(调查总株或叶数×最高级值)×100

(3)

1.3.6 经济性状调查 经济性状按照烤后烟叶产量、产值、均价、中上等烟比例和上等烟比例按小区计算，然后折合出最终产量和产值。

1.3.7 烤后烟叶化学成分测定 采集烤后烟叶中部混合样2 kg用于化学品质测定。采用浓硫酸-双氧水法消煮，总氮含量采用高辨自动化分析仪(型号AA3)测定，钾含量采用火焰光度计(型号M410)测定，烟碱采用比色法测定[17-18]，3，5-二硝基水杨酸比色法(DNS)测定还原糖含量[19]，总糖和淀粉含量采用蒽酮比色法测定。糖碱比=还原糖含量/烟碱含量，氮碱比=总氮含量/烟碱含量。

1.4 数据统计分析

试验采用Office-2013版Excel-2013软件进行数据的整理以及图表的制作，SPSS-19.0及DPS软件进行数据方差分析、多重比较采用Duncan法。

2 结果与分析

2.1 叶片SPAD值

叶绿素作为光合作用的重要色素，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[20]，SPAD值可代表叶绿素含量[21]。从表2可以看出，在播种42、49、56和63 d后，在相同GA3浓度下，烟苗各处理SPAD值表现为蓝光>红光>白光。在GA3浓度为50 mg·L-1时，播种42 d后各处理间烟苗SPAD值变化显著，蓝光和红光处理较白光处理SPAD值分别提高了20.47 %和19.77 %；播种49 d后，蓝光和红光2个处理SPAD值最高，与白光处理相比较分别高24.13 %和19.06 %；播种56 d后，以蓝光处理的烟苗SPAD值表现最为显著，分别较红光和白光处理提高了8.11 %和27.64 %；播种63 d后，蓝光和红光处理的烟苗叶片SPAD值相对于白光处理分别增加了25.62 %和13.22 %。综和光照强度和GA3浓度2因子看，补充蓝光或红光，同时喷施适宜浓度的GA3，能增加叶片SPAD值，提高烟苗光合作用。由此可见，蓝光+喷施50 mg·L-1GA3处理的烟苗效果最好。

表2 同光质与GA3处理对烟苗叶片SPAD值的影响

注：不同字母表示处理间同一测定项目差异达5 %显著水平，下同。

Note: Different letters means significant different at 5 % level in the same item. The same as below.

2.2 根系活力

植物的根系活力是其生命活动的重要指标，也是判断植物生长和养分吸收的指标。由表3可得，在相同光质条件下，喷施GA3处理根系活力大于喷施清水处理，随着烟苗生育期延长，根系活力呈现出先升高后降低的趋势。在GA3浓度为50 mg/L时，播种后42 d，蓝光和红光2个处理的烟苗根系活力较白光处理分别增强了61.54 %和49.04 %。播种后49 d，蓝光+喷施50 mg/L GA3、红光+喷施50 mg/L GA3和蓝光+喷施100 mg·L-1GA33个组合处理无显著差异，均表现出较强的根系活力，与相同GA3浓度下光质为白光时相比，分别增强了74.14 %、69.83 %和62.18 %。播种后56和63 d，根系活力均以蓝光+喷施50 mg/L GA3和蓝光+喷施100 mg/L GA32个组合处理根系活力表现最佳，且二者无显著差异，较相同GA3浓度下光质为白光时，分别增强了30.4 %和29.55 %、49.15 %和27.84 %。综和光照强度和GA3浓度2因子看，补充不同光质在烟苗生长前期作用较小，后期补充蓝光有效增强了烟苗根系活力，而喷施GA3能显著增强烟苗根系活力，增加营养物质吸收，促进烟苗生长。以蓝光+喷施50 mg/L GA3组合处理最好，蓝光+喷施100 mg/L和GA3红光+喷施50 mg/L GA32个处理次之。

表3 不同光质与GA3处理对烟苗根系活力的影响

表4 生育时期比较

2.3 生育时期

由表4 可知，苗期增补不同光质和喷施GA3处理对大田期烟叶生育进程、移栽至现蕾期天数以及大田生育期无显著影响。

2.4 植物学性状

从表5 可知，各处理中CK、T2、T5和T84个处理田间长势较整齐，其他处理田间长势均匀一致。生长势表现为，苗期T4、T6和T7长势强，T1、T5和T8长势较强，T2和T3长势中等，CK与其他处理相比长势略有差异；团棵期以T4、T6和T7长势较好，CK处理长势相对较差，其他处理长势中等；现蕾期T2、T4、T6、T7和T8处理的长势强于CK、T1、T3和T5处理。综和光照强度和GA3浓度2因子看，苗期增补不同光质和喷施GA3处理对移栽后烟叶生长势和田间整齐度有一定影响，与对照组相比，团棵期至现蕾期长势增强，田间长相整齐一致，以T4、T6和T73个处理效果最优。但苗期增补不同光质和喷施GA3处理对大田期烟叶柱形、叶形、叶色、茎叶角度、主脉粗细以及成熟特性等无明显影响。

2.5 农艺性状

从表6 可以看出，苗期增补不同光质和喷施GA3对移栽后圆顶期烟叶株高、有效叶数和节距无明显促进作用，但对节距和腰叶长和宽有一定影响。茎围以T6处理表现最优，节距则以T8处理的效果最好，最大腰叶长和宽以T7处理表现最优，综和光照强度和GA3浓度2因子看，蓝光+喷施50 mg/L GA3组合处理最好。说明苗期补充蓝光和喷施GA3促进了移栽后圆顶期烟叶茎围增粗以及叶面积增大。

表5 植物学性状比较

表6 农艺性状比较

2.6 病害发生调查

由表7 可知，苗期不同光质和GA3处理对大田期烟叶病害发生影响较小，所有处理发病率和病情指数较低。赤星病和普通花叶病发病率各处理间无显著差异，其中赤星病发病指数以CK最高，T6次之，普通花叶病发病指数处理间变化较小，各处理间T1相对较高，T4较低。气候斑点病发病指数各处理间无显著变化，发病率CK相对较高。综和光照强度和GA3浓度2因子看，苗期不同光质和GA3处理对大田期烟叶病害无显著影响。

2.7 经济性状

由表8 可知，烟叶产量和产值均以T7最高，较对照处理分别增加了18.93 %和29.56 %，其他8个处理之间相对较低，均价以T7处理最高，与对照CK相比提高了8.9 %，T6和T8次之，CK和T2最低，上等烟比例各处理间差异较大，其中以T7最大，与对照CK相比提升了47.94 %，T4次之， T1和T3较低；各处理间T7的中上等烟比例最高，为93.3 %，比对照增加了18.1 %，T4和T6次之，而单叶重各处理间差异较小，以T7最高，CK最低。综和光照强度和GA3浓度2因子看，苗期增补不同光质和喷施GA3能提高烟叶烤后经济性状，与对照CK相比，各处理产量、均价、产值、中上等烟比例、上等烟比例以及单叶重均呈增加趋势，整体以T7(蓝光+50 mg/L GA3)表现最好。

表7 病害发生比较

表8 经济性状比较

2.8 烤后烟叶化学成分

由表9 可知，苗期增补不同光质和喷施GA3处理对烤后烟叶化学成分具有一定影响。各处理间淀粉含 量以CK最高，T2次之，T7最低；还原糖含量CK、T2、T63个处理间无显著差异，均表现为最高，T1次之，CK最低；总糖含量CK最高，T1次之，T5最低；总氮含量以T7表现最优，T4、T5和T8次之，CK最低；钾含量T7最高，T8次之，CK、T1、T2最低；烟碱含量CK与T2处理无显著差异，均表现为最高，T1次之，T3、T5含量最低；糖碱比各处理间差异较小，T3、T6最高，其它7个处理差异不显著；氮碱比不同处理间有显著差异，T5表现最好，T3、T4、T7、T8次之，CK表现最差。综合光照强度和GA3浓度2因子看，苗期增补不同光质和喷施GA3能增加烤后烟叶总氮和钾含量，降低淀粉、还原糖、总糖、烟碱含量，提高糖碱和氮碱比例。

2.9 相关性分析

从表10 可知，烤后烟叶淀粉含量、上等烟比例、中上等烟比例均呈显著正相关；还原糖与亩产量、单叶重均呈显著正相关，与均价、亩产值、上等烟比例、中上等烟比例均呈极显著正相关；总糖与烤后烟叶经济性状各项指标均呈极显著正相关；总氮和钾与烟叶上等烟比例、中上等烟比例均呈显著负相关；糖碱比与烟叶经济性状无显著相关性；氮碱比与均价、亩产值、上等烟比例、中上等烟比例均呈显著正相关。综和光照强度和GA3浓度2因子看，苗期处理对烤后烟叶经济性状和化学成分有一定影响，烟叶经济性状与淀粉、还原糖、总糖和氮碱比密切相关，与烟碱和糖碱比无显著相关性，与总氮和钾呈一定负相关。

表9 烤后烟叶化学成分比较

表10 烤后烟叶化学成分与经济性状的相关性分析

3 讨 论

光作为影响植物生长发育的外界环境中最为重要的一个条件，主要体现在两个方面：①光是绿色植物进行光合作用所必需的；②光对植物整个植物生长发育过程起着调节作用[22-23]。在诱导植物根系负向光性的研究中，发现蓝光效果最明显，植物受到蓝光诱导根系细胞产生分生而伸长，根系吸收面积增大，根系活力增强，根系发达[24-25]。同时有研究发现浓度为50 mg/L，pH值3.0的GA3溶液引发能够显著提高烟草品种K326的幼苗根长，有利于烟苗根系生长[26]。本研究结果表明，播种42、49、56 和 63 d后，各处理均以蓝光+喷施GA3组合处理根系活力最强。说明在蓝光处理条件下，喷施GA3可促进烟苗根系生长，侧根生发，更有利于烟苗根系生长。因此，补光和喷施GA3能增强烟苗根系活力，增加营养物质吸收，促进烟苗生长，这与前人研究结果基本一致[24-25]，其中以蓝光+喷施50 mg/L GA3和蓝光+喷施100 mg/L GA32个处理效果最好。

植物体内叶绿素含量可由SPAD值代替[21], 苏云松等[27]研究了马铃薯现蕾期叶片的SPAD值和叶绿素含量相关性，发现SPAD值与叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量相关性达到了极显著水平。本研究结果表明，增补不同光质和喷施GA3对云烟99烟苗SPAD值产生了显著的影响，在增补蓝光或红光的条件下，同时喷施适宜浓度的GA3，能增加叶片SPAD值，光合色素的含量升高。播种42、49、56 和 63 d后，各处理间烟苗叶片SPAD值变化差异显著，综合4个时期测定结果，发现以蓝光+喷施50 mg/LGA3和红光+喷施50 mg/L 2个处理表现最优，可以有效提高烟苗素质。

苗期对幼苗进行不同光质和光照强度处理所形成的烟叶幼苗细胞内叶绿体结构、功能以及幼株碳氮代谢机制，在自然光照条件下，移栽到大田其机制发生变化非常缓慢，基因仍然保持苗期形成的表达体系，尤其是与细胞和细胞器结构密切相关的基因，因而烟株大田生长仍受苗期处理的调控。因此，在苗期处理能影响移栽到大田后烟叶的生长发育及生育进程中的物质代谢，烟株光合作用以及碳氮代谢表现不同，对烤后烟叶品质也有一定的影响[28]。不同光质和喷施GA3处理的幼苗移栽到大田后田间长相整齐一致，各处理烟叶产量、均价、上等烟比例、中上等烟比例、单叶重和产值等经济形状指标明显提高，并且在一定程度上能协调烤后烟叶化学成分，降低淀粉、两糖含量，增加总氮和钾含量以及氮碱比，与优质烟叶参考样比较，淀粉、钾、烟碱以及糖碱比基本在适宜范围内，但还原糖和总糖含量偏高，总氮和氮碱比整体偏低。

4 结 论

综上可见，在适宜的光照和配施一定浓度GA3的条件下，能促进发芽后烟苗生长，明显增加了烟叶SPAD值，根系发达，烟苗素质提升。将处理苗移栽到大田后，有效改善了圆顶期烟叶经济性状，提升了烤后烟叶产量和品质，并得出了补充蓝光+喷施50 mg/L的最佳技术参数，即在苗期每天补充12 h蓝光并喷施50 mg/L的GA3有利于烟苗根系生长和生物量的累积，烟苗健壮，抗逆性强，促进了移栽后烟叶生长发育，烤后烟叶经济效益的提高，化学成分协调，更趋优质烟叶参考样范围从而提高烤后烟叶内在品质。