不同氮形态处理对烤烟生长及烟碱合成的影响

张海伟 王念磊 骆海明 李亮生何宽信 梁洪波 许 娜*

（1江西省烟草科学研究所，江西南昌 330025；2江苏中烟工业有限责任公司，江苏南京 210015；3龙岩市烟草公司连城分公司，福建龙岩 366200；4中国农业科学院烟草研究所，山东青岛266101）

烟碱是烟草特有的生物碱，占烟叶总植物碱的95%左右[1-2]。烟碱是影响烟叶品质的重要因素之一，优质烟叶烟碱含量要求在1.5%～3.5%之间。烟碱含量过低，则劲头小、刺激性小、吃味平淡；烟碱含量过高，则劲头大、刺激性强、吃味辛辣[3-4]。烟草种子不含烟碱，发芽生根后，在根冠处合成烟碱，然后通过木质部运输到地上叶片及其他器官，烟株叶片中烟碱含量最高，茎部含量最低[5]。烟碱分子由一个吡咯烷环和一个吡啶环构成，吡咯烷环由氮代谢中形成的腐胺合成。腐胺可通过鸟氨酸脱羧酶（ODC，ornithine decarboxylase）催化鸟氨酸脱羧形成，在腐胺N-甲基转移酶（PMT，putrescine-N-methyltransferase）作用下获得由S-腺苷蛋氨酸（SAM，S-adenosyl-L-methionine）提供的甲基形成 N-甲基腐胺，随后与提供吡啶环部分的烟酸衍生物发生缩合反应形成烟碱[6-10]。

在烟草农业栽培措施中，打顶对烟碱积累所起的促进作用最大。研究表明，早打顶的烟株烟碱含量高于晚打顶的烟株，打顶时增加留叶数可降低烟碱含量[11]。打顶能够促进烟株根系的生长，增加根系活力，进而增强烟碱合成[12-13]。此外，打顶还可以诱导与烟碱合成密切相关的酶（PMT、ODC等）在根系中表达并提高其活性，促进烟碱的合成并抑制其降解，导致烟叶中烟碱含量显著提高[14]。肥料是影响烟碱含量最重要的因素，其中又以氮肥最为关键，氮肥施用量、施用时期和施用形态是影响烟叶中烟碱含量的3个主要因素。氮素是烟碱的重要组成成分，对烟叶中烟碱累积的影响最大，烟碱分子中约含氮17.30%[15]。烤烟在移栽后约2个月即达到对氮素吸收的高峰，此时烟株尚未打顶；烟碱积累的高峰发生在打顶之后，表明烟碱的积累与氮素的吸收并不同步[16]。增加硝态氮施用比例可促进烟株对氮素的前期吸收，一定程度降低上部叶烟碱含量[17]。目前，不同氮形态条件下打顶后烟碱合成关键酶及烟碱积累相关研究较少，本研究将对不同氮形态处理条件下，打顶前后烟株合成关键酶PMT和ODC活性及中、上部叶的烟碱含量进行研究，旨在为烟草生产过程中采取适宜的铵硝比提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在中国农业科学院烟草研究所即墨试验基地进行，试验地位于北纬 36°26′54″，东经 120°34′38″，海拔高度为75 m。试验地土壤类型为棕壤，理化性状为碱解氮52.69 mg/kg、有效磷10.60 mg/kg、速效钾105.25 mg/kg、有机质 11.66 g/kg，pH 值 5.56。

1.2 供试材料

供试烤烟品种为K326。

供试氮肥肥源为硫酸铵与硝酸钾，磷肥肥源为钙镁磷肥（0-12-0），钾肥肥源为硫酸钾（0-0-50）。

1.3 试验设计

试验设置3个不同氮形态的处理，即铵硝比分别为0/100、50/50、97/3，3次重复。 每个处理的磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）用量均分别为 135、405 kg/hm2，所有肥料作基肥一次性施入。

1.4 调查内容与方法

1.4.1 农艺性状调查。参照中华人民共和国行业标准《烟草农艺性状调查测量方法》（YC/T 142—2010）[18]，用卷尺测定旺长期和平顶期烟株株高、叶片数、茎围、节距、最大叶长和最大叶宽。

1.4.2 烟碱含量测定。在打顶前、打顶后7 d取中部叶、上部叶，采用王丽丽等[19]的方法测定烟草叶片烟碱含量。

1.4.3 PMT和ODC活性测定。在打顶前、打顶后7 d取中部叶、上部叶，采用试剂盒测定PMT和ODC活性，烟叶前处理参照罗 斐等[20]的测定方法。

2 结果与分析

2.1 不同氮形态对烤烟旺长期主要农艺性状的影响

由表1可知，旺长期铵硝比50/150和97/3处理株高显著大于0/100处理，与0/100处理相比，增幅分别为66.32%和21.54%。不同氮形态对烤烟旺长期叶片数、茎围、节距、最大叶长和最大叶宽没有显著性影响。

表1 不同氮形态对旺长期主要农艺性状的影响

2.2 不同氮形态对烤烟平顶期主要农艺性状的影响

由表2可知，平顶期铵硝比50/50和97/3处理株高显著大于0/100处理，与0/100处理相比，增幅分别为20.11%和16.96%。铵硝比50/50处理最大叶长显著大于0/100和97/3处理，与0/100和97/3处理相比，增幅分别为29.44%和18.29%。不同氮形态对烤烟平顶期叶片数、茎围、节距和最大叶宽没有显著性影响。

表2 不同氮形态对平顶期主要农艺性状的影响

2.3 不同氮形态对烤烟打顶前后烟碱分配的影响

由图1可知，中部叶烟碱含量打顶前和打顶后均低于上部叶打顶前和打顶后对应处理的烟碱含量。在上部叶打顶前后各处理烟碱含量趋势不变，均为铵硝比97/3>铵硝比0/100>铵硝比50/50，打顶后上部叶烟碱含量高于打顶前对应各处理烟碱含量；铵硝比97/3处理烟碱含量显著大于0/100和50/50处理，与0/100和50/50处理相比，增幅分别为85.48%和130.00%；上部叶打顶后铵硝比97/3处理烟碱含量显著大于0/100和50/50处理，与0/100和50/50处理相比，增幅分别为85.71%和136.36%。在中部叶打顶前后各处理烟碱含量趋势基本不变，打顶后上部叶烟碱含量高于打顶前对应各处理烟碱含量；铵硝比97/3处理烟碱含量显著大于0/100和50/50处理，与0/100和50/50处理相比，增幅分别为123.68%和183.33%。上部叶打顶后铵硝比97/3处理烟碱含量显著大于0/100和50/50处理，与0/100和50/50处理相比，增幅分别为67.27%和58.62%。

2.4 不同氮素形态对烤烟打顶前后根系PMT和ODC活性的影响

由图2可知，打顶前和打顶后PMT和ODC活性均随铵硝比升高而呈现增高趋势。打顶前铵硝比50/50和97/3处理PMT活性显著大于0/100处理，增幅分别为29.76%和36.96%；打顶后铵硝比97/3处理PMT活性显著大于0/100和50/50处理，增幅分别为20.20%和14.45%。打顶前铵硝比97/3处理ODC活性显著大于0/100和50/50处理，增幅分别为62.61%和50.81%；打顶后铵硝比97/3处理ODC活性显著大于0/100和50/50处理，增幅分别为53.15%和29.24%。

3 结论与讨论

张 伟等[21]研究表明，氮素形态对旺长期和成熟期烟株节距、茎围、叶片数和叶面积指数均有显著影响。本研究结果表明，不同氮素形态仅对烟株旺长期株高、平顶期株高和最大叶长有显著影响，与张 伟等研究结果不一致。这可能是由于试验地区气候不同，不同烤烟品种在不同气候条件下，对氮形态的响应不同造成的，氮形态对烟株发育的影响需要因地制宜，根据实际情况具体分析[22]。同一烟株不同部位烟叶烟碱含量为上部叶＞中部叶＞下部叶[23-24]，本研究结果表明，打顶前、打顶后，不同氮形态处理条件下烟碱含量均为上部叶大于中部叶，与前人研究结果一致，可见打顶及不同氮形态并不改变此规律。上部叶、中部叶各处理打顶后烟碱含量均高于打顶前，这与洪丽芳等[25]的研究结果一致，因为打顶消除了烤烟的顶端优势，刺激了根系生长和养分吸收，改变了烟株的库源关系，促进了烟碱的积累[26-27]。上部叶打顶前、打顶后叶片烟碱含量均表现为铵硝比97/3>铵硝比0/100>铵硝比50/50，可见氮形态是决定烟碱含量的主要因素。中部叶打顶前叶片烟碱含量表现为铵硝比97/3>铵硝比0/100>铵硝比50/50，打顶后铵硝比50/50处理烟碱含量增幅高于其他处理，可能是由于铵硝比50/50处理通过某个途径刺激了烟碱的合成。本研究打顶前、后，上、中部叶烟碱含量均为铵硝比97/3处理最高，铵态氮更利于烟碱合成，这与前人[15，28]的研究结果一致。

本研究结果表明，打顶前、后PMT和ODC活性均表现为铵硝比97/3>铵硝比50/50>铵硝比0/100，表明铵态氮有助于促进烟碱合成。各处理PMT和ODC活性均为打顶后高于打顶前，与代晓燕等[29]研究一致，可见打顶可以通过PMT和ODC促进烟碱合成。烟碱生物合成是代谢途径中多基因共同作用的结果，目前为烟碱合成提供吡咯烷环的主要途径为鸟氨酸通过鸟氨酸脱羧酶（ODC）作用合成腐胺，再由PMT和MPO酶的作用合成N-甲基吡咯啉，这也是烟碱合成的主要途径[30]。因此，各处理上部叶打顶前、后及中部叶打顶前烟碱含量趋势和PMT、ODC活性趋势不一致可能是由于不同氮形态处理通过其他合成途径影响烟碱合成。

铵硝比增高可以显著促进旺长期和成熟期烤烟株高。铵硝比不改变上部叶烟碱含量大于中部叶烟碱含量的规律，也不改变打顶促使烟碱含量升高的规律，铵硝比为97/3处理可以显著增高打顶前、后烤烟中、上部叶烟碱含量。铵硝比为97/3处理可以显著增高烤烟根系打顶前、后烟碱合成关键酶PMT和ODC活性。因此，铵硝比的升高可能通过烟碱合成关键酶PMT和ODC活性促进烟碱合成，进而提升烟草叶片烟碱含量。