喷施赤霉素和硝酸钾对烤烟上部叶同步成熟和烤后质量的影响

杨 浩, 吴润生, 张永辉, 郭仕平, 夏 春, 雷 晓, 刘 雷, 刘雅洁, 曾淑华

(1.四川农业大学农学院，成都 611130；2.四川省烟草公司泸州市公司，四川 泸州 646000；3.四川省烟草专卖局，成都 610041)

【研究意义】烤烟是我国重要的经济作物之一，在国民经济中占有重要地位,其中烤烟上部叶占单株烟叶的1/3，约占总产量的40%，品质仅次于中部叶[1-2]。目前国内上部烟叶普遍存在烤后烟叶青筋、浮青烟多、烟碱偏高、刺激性强、烟叶品质差等问题[3-4]。研究表明，上部6片叶的一次性采收可提升上部叶烤后质量和经济性状[5-6]。然而在烤烟上部叶的一次性采烤过程中，叶片间成熟差异大，导致烤后烟叶质量下降，出现烤后颜色不均匀、厚薄差异大等问题[7-14]。因此，改善上部6片烟叶同步成熟成为亟待解决的问题。【前人研究进展】目前，关于促进烤烟上部叶同步成熟方面的研究鲜有报道，但关于使用乙烯利、赤霉素、钾肥等来延缓上部从上往下第4～6片烟叶衰老或促进上部从上往下第1～3片烟叶成熟已有较多报道。任志广等[15]研究表明赤霉素和钾肥互作可促进上部烟叶开片，SOD、POD活性显著高于CK，两者互作有效增强上部叶的抗衰老能力。周颖[16]研究认为，外施赤霉素、硝普钠、油菜素内酯、亚精胺处理的烟叶叶绿素含量、SPAD值、细胞膜稳定性明显高于对照，可有效提高烟叶耐熟性，其中以赤霉素、硝普钠、油菜素内酯处理效果较好。刘华山等[17]指出，喷施生长素IAA和赤霉素GA对打顶后烟叶的烟碱含量具有降低作用。刘中阳等[18]研究表明，植物生长调节剂对烟草植株的株高、茎围、最大叶面积、节距、根体积、根鲜重、倒二叶叶面积均有促进作用，其中以BR和GA3的影响最大。K+作为多种酶(如NAD激酶、ATP合酶等)的激活剂，在一定程度上提高了多种代谢酶的活性，同时参与诱导植物体内生长促进性激素(如生长素、赤霉素)的生物合成及其活性调控[19]，其中硝酸钾价格低廉，适合在烤烟栽培中推广应用。温心怡等[20]研究指出，外施钾肥可以促进烟草生成长发育，提高光和效率和抗逆性，从而提高耐熟性。【本研究切入点】以烤烟中川208为试验研究对象，通过对烟株顶部从上往下的第4～6(T下)片叶合理配施赤霉素和硝酸钾，延缓其衰老，提高耐熟性，达到调控与烟株从上往下第1～3(T上)片烟叶成熟一致的目的。【拟解决的关键问题】本研究通过赤霉素和硝酸钾调控上部烟叶生长，达到一致成熟，为上部叶一次性采烤和提高上部烟叶质量提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验于2019—2020年在泸州市古蔺县大寨苗族乡进行，平均海拔 1021 m，属亚热带高原气候区；年平均气温15.9 ℃，无霜期在260 d以上，适宜作物生长。试验地为沙壤土，基础理化性质：pH 5.03，有机质含量41.67 g/kg，全氮含量0.8 g/kg，碱解氮含量129.97 mg/kg，全磷含量0.97 g/kg，有效磷含量12.73 mg/kg，全钾含量16.77 g/kg，速效钾含量96.18 mg/kg。

供试烤烟品种为中川208，试验使用的硝酸钾由河北百禾丰化肥有限公司生产，赤霉素由北京索拉博科技有限公司生产。

1.2 试验设计

本试验设计3个因素，每个因素3个水平，因素X1：赤霉素(0、15、30 μmol/L)，因素X2：硝酸钾(0、0.5、1.0 g/L)，因素X3：喷施时间(打顶后 20、25、30 d)。利用软件Design Expert 8.0.6中的 Box-Behnken响应面优化设计法，对各试验因素及水平进行编码设计，得到 16 个水平组合，如表 1～2所示。

表1 试验因素与水平编码

将打顶后烟株顶部从上往下第1～3片叶记为T上叶，从上往下第4～6片叶记做T下叶。在打顶后20、25、30 d，对T下部位烟叶进行喷施处理，采用双面混合喷施法，单株喷施量为50 mL。喷施时间为9:00之前或17:00之后，喷施后12 h内遭遇下雨，重新喷施。试验地施用纯N、P2O5、K2O分别为132.15、217.50、402.00 kg/hm2，其他田间管理按照当地常规措施进行。

表2 Box-Behnken方案设计及因素水平组合

1.3 样品采集

鲜样采集：喷施处理过后的第14 天，各小区选取5株具有代表性的烟株，对T上和T下叶片进行采摘，一部分烟叶剔除主脉和支脉，称重后立即放入液氮罐中暂时保存，之后放在-80 ℃超低温冰箱保存，用于测试叶绿素、脯氨酸、SOD、丙二醛、可溶性蛋白含量；另一部分烟叶在115 ℃下杀青30 min，然后在85 ℃下烘干至恒重，测定淀粉含量。

初烤烟叶采集：喷施处理后14 d对各小区烟株的T上与T下烟叶进行一次性采收，按照泸州当地优质烤烟烘烤加工步骤进行烘烤，之后每个处理选取烤后烟叶3 kg，进行外观质量评价和化学成分测定。

1.4 鲜烟叶SPAD、生理指标测定

使用SPAD-520 Plus分别测量每个处理打顶后14 d的 T上与T下部位烟叶叶基、中、尖3个部位的SPAD值，最后计算所得平均值即为该片烟叶SPAD值。

叶绿素含量测定利用乙醇—丙酮混合浸提法[21]；丙二醛含量测定采用硫代巴比妥酸法[21]；脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮比色法[21]；超氧化物歧化酶活性测定根据黄嘌呤氧化酶法(羟胺法)，采用南京建成生物工程研究所生产的试剂盒进行测定；可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250法[21]；淀粉含量测定采用碘显色法[22]。

1.5 鲜烟叶同步成熟状态评价方法

同步成熟的量化以每个处理鲜烟叶SPAD值、叶绿素、淀粉、脯氨酸、丙二醛、SOD酶活力、可溶性蛋白的|T上-T下|总和(同步成熟值)来衡量。

1.6 烤后烟叶质量评价

烟叶外观质量评价按照GB/T18771.4—2015标准进行；烟叶常规化学成分测定参照王瑞新等[23]的方法。烤后烟叶综合评价得分为：烤后烟叶综合得分=外观质量评价得分×0.375+化学成分评价得分×0.625。

1.7 数据统计与分析方法

利用软件Excel 2010对数据进行整理分析；使用SPSS 25.0对颜色指标和生理指标进行方差分析，使用软件Design-Expert 8.0.6对因素水平进行编码设计和响应曲面分析。

2 结果与分析

2.1 喷施赤霉素和硝酸钾对上部烟叶同步成熟的影响

由表3可知，处理T2(0.16)、T9(0.16)、T16(0.17)、T5(0.31)的同步成熟值最小，最有利于实现上部叶的同步成熟，对照T4(4.01)的同步成熟值最大，上部叶片之间的成熟状态最差，原因是喷施赤霉素和硝酸钾后，钾素和氮素对T2、T5、T9、T16的T下部叶的碳代谢具有促进作用，延缓了成熟衰老，使叶绿素含量、脯氨酸含量、SOD酶活力等上升，故而达到与T上部位烟叶成熟状态一致。此外，处理T6的同步成熟值与对照相比较小，说明打顶后20 d喷施15 μmol/L赤霉素和1.0 g/L硝酸钾对同步成熟也有促进作用。

表3 各处理烟叶生理指标的同步成熟值

2.2 不同喷施处理对烤后烟叶质量影响

2.2.1 不同喷施处理对烤后烟叶外观质量比较分析 由表4可知，4个处理T2、T5、T9、T16(打顶后25 d喷施15 μmol/L赤霉素和0.5 g/L硝酸钾)的颜色、成熟度、身份等各项外观质量指标得分较高，其总分分别为79.5、80.2、80.0、79.3，平均为79.8，说明其烤后烟叶颜色、成熟度、身份、油分等外观质量较好。对照T4总分最低(63.0)，外观质量最差。从赤霉素来看，T3、T7、T8、T11(喷施赤霉素浓度为30 μmol/L)的外观质量平均得分77.7，相较于处理T2、T5、T9、T16(喷施15 μmol/L赤霉素)得分较低；没有喷施赤霉素的T4、T12、T13、T15外观质量平均得分67.5，相较于T2、T5、T9、T16明显降低；T1、T6、T10、T14(喷施15 μmol/L的赤霉素)的平均得分72.4相对偏低。喷施硝酸钾浓度为1 g/L的T6、T7、T12、T14，未喷施硝酸钾的T1、T8、T10和喷施浓度为0.5 g/L的T3、T11、T13、T15平均得分分别为75.9、71.0和72.7，相较于T2、T5、T9、T16，得分均有所下降。硝酸钾、赤霉素均有促进烟叶细胞分裂生长，加速碳氮代谢的作用，浓度过高时则不利于烟株生长。因此，只有适宜的喷施浓度配合适宜的喷施时间，才能促进烟株发育，提高外观质量。

表4 不同喷施处理烟叶外观质量得分

2.2.2 不同喷施处理对烤后烟叶化学成分比较分析 由表5可知，T2(80.4)、T5(81.7)、T9(80.9)、T16(80.7)处理得分最高，平均分为80.9，对照T4得分最低(66.6)。喷施赤霉素浓度为30 μmol/L 的T3、T7、T8、T11和未喷施赤霉素的T12、T13、T15的化学成分平均得分分别为76.9和72.3，相较于T2、T5、T9、T16，其得分较低，原因是喷施赤霉素浓度不适宜，导致烤后烟叶全氮、烟碱、淀粉等偏高或偏低，协调性差；T1、T6、T10、T14(喷施15 μmol/L的赤霉素)的平均得分相对较低(74.9)，原因是硝酸钾浓度过高或过低和喷施时间不适。喷施硝酸钾浓度为1 g/L的T6、T7、T12、T14和未喷施硝酸钾的T1、T8、T10平均得分分别为78.4和74.3，相比T2、T5、T9、T16，其得分降低，原因是硝酸钾浓度和喷施时间不适；处理T3、T11、T13、T15(喷施0.5 g/L的硝酸钾)的平均得分相对较低(71.79)，原因是赤霉素浓度过高或未喷施赤霉素，导致烤后烟叶化学成分总体得分偏低。

表5 不同喷施处理烤后烟叶化学成分得分

2.3 硝酸钾、赤霉素喷施浓度及喷施时间三因素回归分析

2.3.1 综合得分(Y)回归模型的建立 将2.2的烤后烟叶外观质量、化学成分的总分按1.6中的公式进行赋权得到烤后烟叶综合得分(表6)，以综合得分(Y)为响应值，分别对各因素自变量(X1-赤霉素、X2-硝酸钾、X3-喷施时间)进行二元线性回归分析，建立二次回归模型方程：

表6 赋权后烤后烟叶综合得分

(1)

对二次方程进行逐步回归，剔除不显著项，将式(1)优化为(2)。依据回归方程的一次项系数X1(赤霉素)为3.71，X2(硝酸钾)为3.11，X3(喷施时间)为-2.99，影响作用排序为赤霉素>硝酸钾>喷施时间。

(2)

表7 方差分析

图1 烤后烟叶综合得分试验值与预测值对比

2.3.2 各因素对烤后烟叶综合得分影响关系分析 由图2可以看出，X1(赤霉素)、X2(硝酸钾)的影响曲线相互靠拢，说明XI、X2对烤后烟叶综合得分影响作用相似，而X3(喷施时间)的影响曲线偏离X1、X2。此外，可以看出X1、X2两个因素对综合得分的影响极为相似，都是先增加后降低，而喷施时间则是先小幅度增加后下降。

图2 各因素对烤后烟叶综合得分的影响曲线

2.3.3 响应面结果分析 由图3可以看出，当赤霉素喷施浓度21 μmol/L、硝酸钾浓度0.6 g/L、喷施时间约24 d时，烤后烟叶综合得分最高。当赤霉素浓度由0 μmol/L逐渐增加到21 μmol/L，硝酸钾浓度由0 g/L逐渐增加到0.8 g/L，喷施时间从打顶后20 d增加到25 d时，烤后烟叶综合得分逐渐增加，而后得分降低，原因可能是由于喷施浓度过高导致烟株生长受抑，出现生理干旱所致。

图3 各因素对烤后烟叶综合得分的交互影响

2.3.4 因素水平优化 基于建立的回归模型(1)和响应曲面图3对三因素三水平进行优化。为了获得较高的烤后烟叶综合得分，在本文因素水平范围内，使用Design-Expert的Numerical部分，以烤后烟叶综合得分(Y)最大为条件，优化得到几组满意度最高的因素水平组合，并抽取部分组合进行第2年验证。由表8可以看出，各组综合得分预测值与真实值接近。因此，在赤霉素喷施浓度为(21±1)μmol/L、硝酸钾为(0.5±0.1)g/L、喷施时间为(24±1)d时，烤后烟叶综合得分最高。

3 讨 论

烟叶的生理特性是指烟叶在生长发育过程中内部各种生理生化成分的变化特性，通过分析这些成分的变化特点，可以判定出烟叶生长和成熟的状态。本研究发现，相比较于对照，打顶后25 d喷施15 μmol/L赤霉素和0.5 g/L硝酸钾处理后的T下部位烟叶叶绿素、脯氨酸含量增加，颜色加深，同时SOD酶活力上升，说明内含物质增多，烟叶衰老程度减弱，这与已有研究结论一致[15,24]。原因是赤霉素能够促进烟株节间伸长和生长、细胞分裂分化和伸长等，也能抑制IAA氧化酶活性[25]，进而使得赤霉素能够达到延缓衰老作用。同时，氮素、钾素是烟叶质量良好的保证，可以提高烟草的根系活力，增强烟叶对地下养分的吸收和运输效率[26]，促进叶片生长，因而能延缓T下部位烟叶的衰老，达到与T上部位烟叶成熟一致。

烟叶外观质量、化学成分的协调性对烟叶烟气特征、吸食质量具有较大影响，提高外观质量和协调化学成分是提高烤后烟叶质量的重要措施[27]。罗定棋等[28]认为，打顶抹芽后上部叶喷施赤霉素能有效促进烟叶生长，使叶面积增加，提高烟叶光合强度，促进烤烟上部叶片干物质积累，叶片结构疏松，烘烤特性提高，显著提高烟草外观品质，同时上部烟叶钾含量增加8.1%，烟碱含量降低10%左右，烟叶的耐烤性和耐熟性增加，提高了烟叶内在质量。王林等[29]研究表明，赤霉素对烟叶理化性质具有明显改善作用，能提高钾水平含量并显著降低淀粉。许自成等[30]认为在烟叶茎断面涂抹生长素并追施钾肥，烤后烟叶烟碱适中，钾含量上升。李健忠等[31]研究表明，打顶当天喷施赤霉素可促进烟株后期发育，一定程度上使烟叶碳氮代谢改变。本研究中，喷施赤霉素和硝酸钾后，T下部位烟叶色度、成熟度、结构等与T上部位烟叶接近一致，上部叶总体颜色更偏向于橘黄，其中打顶后25 d喷施15 μmol/L赤霉素和0.5 g/L硝酸钾的烟叶外观质量平均得分明显高于对照，有利于烤后烟叶外观质量改善，这与前人研究结果一致[32-33]。各喷施处理烟叶钾、可溶性总糖、还原糖呈上升趋势，氯离子、淀粉含量相较于对照有所下降，打顶后25 d喷施15 μmol/L赤霉素和0.5 g/L硝酸钾的烟叶化学成分平均得分最高且明显高于对照，说明喷施处理后内在化学成分更协调，结论与已有研究一致[34-35]。叶面喷施赤霉素和钾肥后，上部烟叶叶面积增大，厚度降低，内含物质淀粉、总氮等转化更为彻底，同时较高的赤霉素可向根系传达停止烟碱合成的信号，并增强对其他矿质元素的吸收，因而内在化学成分更协调。

4 结 论

喷施赤霉素和硝酸钾能延缓T下部位烟叶的成熟，各处理同步成熟值明显小于对照，烤后烟叶外观质量、化学成分总分高于对照，以打顶后25 d喷施15 μmol/L赤霉素和0.5 g/L硝酸钾(T2、T5、T9、T16)处理的同步成熟状态最好，外观质量总分、化学成分总分最高。响应曲面结果显示赤霉素、硝酸钾对综合得分具有极显著影响，且影响曲线相似，喷施时间同样具有极显著性影响。模型验证及优化结果显示，烤后烟叶综合得分与预测值接近，说明所建模型可靠，可以较好预测烤后烟叶综合得分随各因素水平的变化规律。