施用生物菌剂对烤烟叶片生理特征及钾、氯含量的影响

毛家伟，张 翔，李 亮，余 琼，司贤宗，索炎炎，吴俊林，孔德辉

(1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南 郑州 450002；2.驻马店市烟草公司，河南 驻马店 463000；3.洛阳市烟草公司，河南 洛阳 471000)

烟叶生长及其品质受土壤、栽培技术、气候等诸多因素的影响[1-3]。在干旱和渍水等不利条件下，烟株吸收水分和养分的能力受到抑制，并引起一系列的生理响应[4]，如植物气孔关闭、体内活性氧自由基大量累积等，而植物体内的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)等抗氧化酶协调作用能有效地清除活性氧自由基，减轻植物受到的伤害[5]。近年来，部分植烟土壤由于连作时间较长，长期使用单一化学肥料，忽视有机肥的使用[6]，造成土壤板结，土壤微生物活性降低[7]，营养元素利用率不高，从而造成烟叶品质下降。钾含量和氯含量都是评价烟叶质量的重要指标[8-9]，近年来，黄淮烟区烟叶氯含量偏高和钾含量偏低的问题一直未得到很好地解决，已经成为影响烟叶质量的关键问题之一[10]。微生物肥料含活性有益微生物，通过微生物代谢及其产物促进农作物代谢从而获得高产[11]。很多研究表明，配施微生物肥料可以显著提高作物的肥料利用率[12]，改善土壤结构[13]，减少病害[14]，提高作物的产量与品质[15]。随着现代农业的发展，人们逐渐认识到过量施用化肥、农药对环境造成的污染，因而对微生物肥料的研究和应用逐渐增加。近年来，关于生物菌剂在烟草上的应用有一些报道[16-18]，但由于微生物肥料种类繁多，不同地区气候环境、土壤类型不同，微生物肥料效果也会出现较大差异。因此，在不同地区大量开展微生物菌剂的应用研究是有实际意义的。本试验利用5种微生物菌剂，研究其对烤烟叶片抗氧化酶活性和钾、氯含量的影响，为筛选高效生物菌剂、改良烟区土壤、提高烟叶品质以及合理施用生物菌剂提供理论和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2016年分别在河南省豫西旱作烟区(DA)与豫南雨养烟区(RA)进行。豫西旱作烟区试验布置在洛宁县小界乡王村烟田，该区属豫西山地丘陵旱作区；年降水量仅600 mm左右，季节性干旱经常发生；此区供试烤烟品种为秦烟96，供试土壤为褐土，基础理化性状为：pH值7.94，有机质11.1 g·kg-1，碱解氮109.2 mg·kg-1，速效磷9.5 mg·kg-1，速效钾197.5 mg·kg-1。豫南雨养烟区试验布置在泌阳县杨家集乡，该区光、温、水资源丰富，降水和地下水较充足，年降水量在750 mm以上；此区供试烤烟品种为豫烟6号，供试土壤为黄褐土，基础理化性状为：pH值5.79，有机质12.1 g·kg-1，碱解氮145.6 mg·kg-1，速效磷20.3 mg·kg-1，速效钾150.3 mg·kg-1。两试验地点前茬作物均为烟草，供试肥料种类为：一铵(N11%、P2O544%)，硝铵磷(N32%、P2O54%)，硫酸钾(K2O 50%)，供试微生物肥A、B、C、D、E技术参数见表1。

表1 生物菌剂产品技术参数

1.2 试验设计

2个试验区均分别设6个处理，分别是T1：对照，常规施肥，不施生物菌剂；T2：生物菌剂A 30.0 kg·hm-2+常规施肥；T3：生物菌剂B 30.0 kg·hm-2+常规施肥；T4：生物菌剂C 30.0 kg·hm-2+常规施肥；T5：生物菌剂D 30.0 kg·hm-2+常规施肥；T6：生物菌剂E 15.0 kg·hm-2+常规施肥。各处理生物菌剂用量按产品说明确定。

常规施肥氮、磷、钾用量分别为N 67.5 kg·hm-2、P2O5101.25 kg·hm-2、K2O 236.25 kg·hm-2，氮肥70%条施、30%穴施，磷肥全部条施，钾肥50%条施、20%穴施、30%追施，生物菌剂A兑水300倍浇施，其他生物菌剂均穴施。试验采取随机区组设计，设3个重复，小区面积72 m2。其他各项田间生产管理措施统一按当地规范化措施进行。

1.3 测定项目

1.3.1 叶片抗氧化酶活性、丙二醛及可溶性糖含量 在圆顶期，各处理随机选3株植株，采集中部叶片5～6 g，并迅速用锡纸包好放于液氮中，采集完毕后带回实验室存放于-80℃冰箱。过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外吸收法，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑法，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法，丙二醛(MDA)含量采用双组分光光度计法，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[19]。

1.3.2 烟叶钾、氯含量 分别在移栽后45 d和60 d取各处理烟株中部叶，在105℃下杀青30 min，然后在70℃下烘干至恒重，粉碎过40目筛后测定全钾和Cl-含量[20]。

1.3.3 经济性状 各小区单独计产，并根据烤烟42级烟叶分级国家标准对烤后烟叶分级，确定烤烟的产值、均价、上等烟比例。

1.3.4 烤后烟叶的化学成分 烘烤后各处理取中部叶(C3F)和上部叶(B2F)用于测定总糖、还原糖、总氮、烟碱、钾和氯含量[21]。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2016和DPS软件对试验数据进行统计分析，并进行Duncan新复极差法多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同生物菌剂处理对烟叶叶片可溶性糖和丙二醛含量的影响

可溶性糖含量可以反映植株的碳代谢强度，同时在植株逆境防御中具有重要作用[22]。从图1A可以看出，在雨养烟区，与对照T1相比，施用生物菌剂均提高了烟叶叶片中可溶性糖的含量，提高幅度为0.38%～1.43%，除T5处理和T6处理外，各处理均显著提高了烤烟叶片中可溶性糖的含量，以T3处

理最高，达4.59%。在旱作烟区，生物菌剂处理可溶性糖含量均高于对照处理，以T2处理最高，达5.16%，说明该处理光合作用效率较高，碳水化合物的代谢旺盛[23]。

丙二醛(MDA)是膜脂过氧化的产物，具有细胞毒性，其含量高低可反映植物受害的程度[24]。由图1B可见，除T2处理外，各处理MDA含量均表现为旱作烟区大于雨养烟区，说明干旱胁迫条件下烟叶细胞膜的损害程度较大。在雨养烟区，与对照T1处理相比，施用生物菌剂均降低了烟叶中MDA含量，除T2处理外差异均达显著水平，以T4处理最低，为11.3 μmol·g-1。在旱作烟区，与对照T1处理相比，除T6处理外，各处理均显著降低了烟叶中MDA含量，以T2处理和T3处理较低，分别为17.2 μmol·g-1和16.6 μmol·g-1。

注：不同小写字母表示同一烟区处理间差异显著(P<0.05)，下同。Note: Different small letters mean significant difference among treatments in the same tobacco planting areas at P<0.05 level. The same below. 图1 不同处理对烤烟叶片可溶性糖和丙二醛含量的影响Fig. 1. Effects of different treatments on soluble sugar and MDA content of tobacco leaf

2.2 不同生物菌剂处理对烟叶叶片抗氧化酶活性的影响

由图2A可知，雨养烟区叶片CAT活性明显高于旱作烟区。在雨养烟区，除T5处理外，其他施用生物菌剂处理均比对照T1处理提高了烟叶CAT活性，以T4处理CAT活性最高，达47.8 μmol·min-1·g-1。在旱作烟区，与对照T1相比，施用生物菌剂均显著提高了烟叶CAT活性，以T2和T3最高，均显著高于其他处理。

由图2B可以看出，在雨养烟区，生物菌剂处理均比对照T1提高了烟叶SOD活性，以T3处理和T4处理最高且显著高于其他处理。在旱作烟区，施用生物菌剂对烟叶SOD活性稍有提高，但各处理间差异不显著。

图2C显示，在雨养烟区，施用生物菌剂处理均比对照T1的烟叶POD活性有一定程度提高，以T4处理最高，但其他处理与T1差异未达显著水平。在旱作烟区，各处理POD活性由高到低的顺序为：T3>T2>T4>T6>T5>T1，除T5处理外，其他处理均显著提高了烟叶的POD活性。

图2 不同处理对烤烟叶片抗氧化酶活性的影响Fig.2 Effects of different treatments on antioxidant enzyme activities of tobacco leaf

2.3 不同生物菌剂处理对烟叶钾、氯离子含量的影响

不同处理移栽后45 d和60 d中部烟叶中全钾含量见图3A。在雨养烟区移栽后45 d，以T1和T4的烟叶钾含量较低，显著低于其他处理，以T3和T5烟叶钾含量较高，分别达3.44%和3.64%，显著高于其他处理；在移栽后60 d，以T3烟叶钾含量最高，达2.52%，显著高于其他处理。在旱作烟区移栽后45 d，与对照T1相比，各处理均显著提高了烟叶钾含量0.42%～0.94%。在移栽后60 d，各处理烟叶中钾含量由高到低的顺序表现为：T2>T4>T5>T3>T6>T1，T2钾含量达2.65%，显著高于其他处理。

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)Note: Different small letters mean significant difference among treatments (P<0.05). 图3 不同处理对烟叶钾、氯离子含量的影响Fig.3 Effects of different treatments on potassium and chlorine content of tobacco leaves

不同处理移栽后45 d和60 d中部烟叶中Cl-含量见图3B。在雨养烟区移栽后45 d，与对照T1相比，T2、T3和T5均显著降低了烟叶中Cl-含量；移栽后60 d，T5处理的叶片Cl-含量最高，达0.94%，说明施用该生物菌剂提高了烟叶Cl-含量；以T3和T4处理烟叶Cl-含量最低，显著低于其他处理，其中T3处理Cl-含量为0.61%。在旱作烟区，移栽后45 d，对照T1叶片中氯离子含量显著高于其他处理，T2、T3、T5处理氯离子含量较低且三者之间差异不显著；在移栽后60 d，以T3处理烟叶氯离子含量最低，但与T2处理差异不显著。

2.4 不同生物菌剂处理对烤烟经济性状的影响

不同处理对烤烟经济性状的影响见表2。在雨养烟区，与常规对照T1处理相比，施用生物菌剂处理产量提高幅度为99～447 kg·hm-2，T4处理产量最高，达2 753 kg·hm-2，T3处理和T4处理间产量差异不显著；产值由高到低的顺序为：T3>T4>T5>T6>T2>T1，T3产值显著高于其他处理；各处理均价和上等烟比例均以T3最高，分别为22.25元·kg-1和54.2%。在旱作烟区，与常规对照处理相比，施用生物菌剂处理产量提高幅度为19～171 kg·hm-2，T3产量最高，达2 585 kg·hm-2，T3和T2产量均显著高于对照处理；与对照处理相比，除T6外，各处理均显著提高了烟叶产值，以T2处理产值最高，达63 214元·hm-2，除T4外与其他处理产值差异均达显著水平；各处理均价和上等烟比例均以T2最高，分别为24.82元·kg-1和61.8%。

表2 不同处理对烤烟经济性状的影响

2.5 不同生物菌剂处理对烤后烟叶化学成分的影响

从表3可以看出，在雨养烟区，与对照T1处理相比，除T6处理外的其他施用生物菌剂处理均降低了中部叶和上部叶总糖、还原糖和烟碱含量，上部叶总氮含量也均有所降低，各施用生物菌剂处理对烟叶钾含量均有所提高，中部和上部叶钾含量均以T3处理最高，分别达1.84%和1.76%。Cl-含量分析结果表明，与对照处理相比，上部叶除T3处理有所增加外，其余处理均降低了上部烟叶Cl-含量。在旱作烟区，与对照处理相比，施用生物菌剂处理均提高了中部叶总糖和还原糖含量，上部叶除T6处理外，各处理总糖含量均有一定降低。从总氮含量比较，施用生物菌剂处理中部叶总氮含量均有一定上升。与对照处理相比，T2处理和T5处理中部叶烟碱含量有一定降低。施用生物菌剂处理均明显提高烟叶钾含量，中部叶提高0.25%～0.84%，上部叶提高0.18%～0.31%，不同生物菌剂处理间相比，中部叶钾含量以T2处理和T4处理较高，均为1.94%。各处理烟叶氯离子含量均在小于0.8%的适宜范围[21]。

表3 不同处理对烤后烟叶化学成分的影响

3 讨论与结论

可溶性糖是原烟重要品质指标之一，在一定范围内，可溶性总糖含量越高，烟叶品质越好[25]。本试验结果表明，与对照处理(T1)相比，施用生物菌剂处理均提高了烟叶叶片中可溶性糖的含量，不同处理间相比，雨养烟区以T3处理最高，旱作烟区以T2处理最高。MDA含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度，最直接的特征在于叶片的快速衰老[26]，从本试验看，MDA含量均表现为旱作烟区大于雨养烟区，施用生物菌剂处理均降低了叶片中MDA含量。生物体内各种代谢途径都是由酶来催化和调控的，特别是一些起调控作用的抗氧化酶[27]。研究表明，向土壤中添加有机物料能够明显改善土壤理化性质和植物叶片的抗氧化酶活性[28]，孙运杰等[29]试验结果表明，施用生物有机肥使蓝莓叶片的过氧化氢酶活性显著提高，提高了蓝莓的抗逆能力。本研究结果表明，与对照处理相比，除雨养烟区T5处理外，其他施用生物菌剂处理均提高了烤烟叶片CAT、SOD、POD活性，说明施用生物菌剂提高了烟叶清除活性氧分子的能力，减轻了逆境对细胞膜系统的伤害，增强烟株的抗逆能力和环境适应能力。

本试验研究结果表明，施用生物菌剂处理(除雨养烟区T5外)中部叶钾含量均高于对照处理，在移栽后60 d，雨养烟区以T3中部叶全钾含量显著高于其他处理，旱作烟区则以T2钾含量最高。从烟叶中Cl-含量分析，与对照T1相比，在移栽后45 d，除雨养烟区T4处理外，其他施用生物菌剂处理Cl-含量均有所降低，在移栽后60 d，雨养烟区T3和T4烟叶Cl-含量较低，旱作烟区以T3和T2烟叶Cl-含量较低。弓新国等[30]研究表明，微生物菌剂在苗期和大田期施用均可促进烤烟生长，减少病害发生，提高烟叶产量、质量。张良等[31]试验结果显示，复合菌剂与有机无机肥配施可以显著提高烤烟上等烟比例和均价。从本试验经济性状来看，与对照T1相比，施用生物菌剂处理提高了烤烟产量、产值、均价和上等烟比例，各生物菌剂处理间相比，雨养烟区以T3最佳，旱作烟区则以T2表现最佳。从烤后烟叶化学成分来看，在雨养烟区，与对照T1相比，除T6处理外，其他施用生物菌剂处理均降低了中部叶和上部叶总糖、还原糖和烟碱含量，而在旱作烟区，施用生物菌剂处理均提高了中部叶总糖和还原糖含量，并且烟叶钾含量均有所提高，在雨养烟区和旱作烟区分别以T3和T2表现较好。Cl-含量除雨养烟区T5处理外，其他处理烟叶Cl-含量均在小于0.8%的适宜范围。

综合来看，与常规施肥相比，施用生物菌剂能提高烤烟叶片中可溶性糖的含量，降低叶片中MDA含量，提高抗氧化酶活性，增强烟株的抗逆能力，提高烟叶的产量和产值，促进烤后烟叶化学成分更加协调。在雨养烟区和旱作烟区，分别以T3处理(生物菌剂B，用量30.0 kg·hm-2，施用方式为穴施)和T2处理(生物菌剂A，用量30.0 kg·hm-2，施用方式为兑水300倍浇施)较果较好。