王亞虹, 韓 丹, 高 森, 曹麗君, 王曉麗, 牛桂言, 任志廣, 許自成**

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表面活性劑輔助鉀肥噴施對烤煙葉片潤濕性能、生理指標(biāo)及品質(zhì)的影響*

王亞虹1, 韓 丹1, 高 森1, 曹麗君2, 王曉麗2, 牛桂言1, 任志廣1, 許自成1**

(1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院 鄭州 450002; 2. 湖北省煙草公司襄陽市公司 襄陽 441003)

為提高煙葉鉀肥利用率及改善煙葉品質(zhì), 以烤煙品種‘K326’為材料, 利用接觸角法測定了煙葉的臨界表面張力; 選取蔗糖脂肪酸酯、茶皂素、洗衣粉3種表面活性劑, 利用表面張力法確定其臨界膠束濃度; 以噴施清水和單獨(dú)噴施鉀肥為對照, 分別在鉀肥中加入3種表面活性劑進(jìn)行大田噴施試驗(CK: 噴施清水; CK1: 噴施鉀肥; T1: 噴施鉀肥+蔗糖脂肪酸酯; T2: 噴施鉀肥+茶皂素; T3: 噴施鉀肥+洗衣粉), 測定不同生育期不同處理煙葉鉀含量、抗氧化酶活性以及質(zhì)體色素含量, 并對烤后煙葉進(jìn)行化學(xué)成分測定, 研究了表面活性劑輔助鉀肥噴施對烤煙潤濕性能、生理指標(biāo)及烤后煙葉品質(zhì)的影響。結(jié)果表明: 1)煙葉臨界表面張力為30.41 mN×m-1, 屬于臨界表面張力較低的葉片, 較難被液體潤濕。表面活性劑蔗糖脂肪酸酯和茶皂素的臨界膠束濃度為1 000 mg×L-1、5 000 mg×L-1, 對應(yīng)的表面張力值為32.64 mN×m-1、40.33 mN×m-1, 而洗衣粉濃度2 000mg×L-1時的表面張力最接近煙葉的臨界表面張力, 對應(yīng)的表面張力值為30.30 mN×m-1。加入表面活性劑后, 鉀肥溶液表面張力顯著降低, 潤濕性能增加。2)表面活性劑促進(jìn)了煙葉對鉀肥的吸收。與單獨(dú)噴施鉀肥相比, 加入表面活性劑后, 煙葉生長過程中鉀含量提高, 其中T1、T2處理4個生育期煙葉鉀含量均高于CK1處理。表面活性劑輔助鉀肥噴施不同程度提高了煙葉SOD、POD酶活性, 降低了MDA含量, 煙葉抗氧化能力增強(qiáng), 膜脂過氧化程度降低, 煙株抗逆性增強(qiáng)。此外, 加入表面活性劑后, 煙葉功能盛期葉綠素含量、類胡蘿卜素含量提高, 進(jìn)而增強(qiáng)了煙葉的光合作用, 有利于光合產(chǎn)物的合成和積累。3)加入表面活性劑后, 烤后煙葉總氮和煙堿含量降低, 鉀含量和總糖、還原糖含量升高, 化學(xué)成分更協(xié)調(diào), 煙葉品質(zhì)更加優(yōu)異。綜合來看, 添加蔗糖脂肪酸酯處理在提高煙葉潤濕性能、促進(jìn)鉀肥吸收以及改善煙葉生理指標(biāo)、提升品質(zhì)方面效果最佳。

表面活性劑; 鉀肥; 烤煙; 潤濕性能; 生理指標(biāo); 品質(zhì)

在所有營養(yǎng)元素中, 煙草(L.)對鉀元素的吸收量最大[1]。鉀不僅是多種酶的催化劑, 與煙株光合作用、呼吸作用等生理活動密切相關(guān), 并且對煙株的抗逆性也有積極作用[2]。研究指出, 施用鉀肥可以顯著增加作物葉綠素含量、可溶性蛋白含量, 提高SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性, 降低MDA含量, 減輕葉片膜脂過氧化程度, 提高植株抗氧化能力、延緩衰老[3]。此外, 鉀含量高的煙葉成熟度好, 化學(xué)成分協(xié)調(diào), 燃燒性佳, 且香氣量足、焦油量少[1]。生產(chǎn)上通常采用增施鉀肥的方法來提高烤后煙葉的品質(zhì)。與根部傳統(tǒng)施肥不同, 葉面肥具有針對性強(qiáng)、養(yǎng)分吸收快、養(yǎng)分利用率高、施用方法簡單、對環(huán)境污染小等特點, 已在煙草等需鉀作物生產(chǎn)中作為補(bǔ)鉀措施廣泛使用[4-5]。

植物葉表皮細(xì)胞外壁覆蓋有蠟質(zhì)層和角質(zhì)層[4], 對葉面肥吸收具有阻礙作用。已有研究指出, 煙葉表面蠟質(zhì)主要是烷烴類物質(zhì), 蠟質(zhì)層雖然平滑、無裂痕, 屬于薄膜狀蠟質(zhì)[6], 但其臨界表面張力仍較低, 屬于低能表面, 較難被水潤濕[7]。因此, 許多葉面肥、農(nóng)藥不能很好地在煙葉表面潤濕, 從而影響了吸收效率。表面活性劑作為農(nóng)藥、葉面肥中的常用助劑, 在濃度較低時即可顯著降低噴施液的表面張力, 有效改變植物葉片的潤濕性能, 具有很好的助吸功能[4]。例如, 表面活性劑TBP、DESU、DES對小麥(L.)葉片吸收赤霉素有顯著的促進(jìn)作用[8]。表面活性劑SAA能增進(jìn)芥藍(lán)(L. H. Bailey)葉片對甲硫氨酸的吸收效果, 促進(jìn)脂肪族芥子油苷的合成和積累[9]。早在20世紀(jì)90年代已有研究指出, 在抑芽敏中添加表面活性劑洗衣粉, 可以提高烤煙的抑芽效果并起到增產(chǎn)作用[10]。雖然表面活性劑在葉面肥、農(nóng)藥中的應(yīng)用已有大量研究, 但目前有關(guān)表面活性劑對煙葉鉀肥的吸收效果鮮有報道。本研究選取3種不同表面活性劑輔助鉀肥噴施, 研究了其對煙葉潤濕性能、鉀元素吸收、生理指標(biāo)以及烤后煙葉品質(zhì)的影響, 旨在為提高煙草葉面營養(yǎng)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用鉀肥為磷酸二氫鉀, 3種表面活性劑分別為蔗糖脂肪酸酯、茶皂素和洗衣粉, 供試烤煙品種為‘K326’。田間試驗于2016年在湖北省襄陽市南漳縣薛坪鎮(zhèn)(111°39′E, 31°42′N, 海拔677.37 m)試驗田進(jìn)行。試驗田為壤土, pH為7.58, 堿解氮為121.53 mg×kg-1, 速效鉀為182 mg×kg-1, 有效磷為29.95 mg×kg-1, 有機(jī)質(zhì)為33.57 g×kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機(jī)區(qū)組試驗設(shè)計, 共設(shè)置5個處理: CK, 噴施清水; CK1, 噴施鉀肥; T1, 鉀肥+蔗糖脂肪酸酯; T2, 鉀肥+茶皂素; T3, 鉀肥+洗衣粉。鉀肥選擇KH2PO4, 濃度5 000 mg×L-1, 蔗糖脂肪酸酯、茶皂素的濃度均為各自的臨界膠束濃度1 000 mg×L-1、5 000 mg×L-1, 洗衣粉濃度為最接近煙葉臨界表面張力時的濃度2 000 mg×L-1。每個處理設(shè)3次重復(fù), 每小區(qū)面積130 m2, 四周設(shè)保護(hù)行。田間種植行距110 cm, 株距55 cm, 留葉數(shù)18~19片。各處理于團(tuán)棵期(移栽后30 d)進(jìn)行第1次噴施, 以后每隔15 d噴施1次, 共噴施4次。每次分別在煙葉正反面噴施, 以葉面濕露不滴水為準(zhǔn)。5月10日移栽, 9月15日采烤結(jié)束。

試驗區(qū)施肥情況為: 純氮52.5 kg×hm-2, N∶P2O5∶K2O為1∶1.5∶5。田間管理措施均按當(dāng)?shù)乜緹熒a(chǎn)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行。

1.3 測試樣品的采集

選取團(tuán)棵期未進(jìn)行處理的中部葉片進(jìn)行煙葉臨界表面張力的測定。分別于每次處理后15 d(移栽后45 d、60 d、75 d、90 d)進(jìn)行取樣, 取樣結(jié)束后當(dāng)天進(jìn)行下一次的葉面噴施處理。每個處理選取3株代表煙株, 采集中部煙葉6片, 用清水沖洗數(shù)遍, 每片葉去除主側(cè)脈后取1/2混合用錫箔紙包裹, 迅速放置于液氮罐中帶回實驗室進(jìn)行生理指標(biāo)測定, 剩余1/2葉殺青烘干后, 過60目篩用于鉀含量測定。各處理取烤后C3F原煙1.5 kg, 用于煙葉常規(guī)化學(xué)成分分析。

1.4 測定方法

表面活性劑臨界膠束濃度利用表面張力法測定: 分別配制蔗糖脂肪酸酯、茶皂素、洗衣粉的水溶液, 使其濃度分別為10 mg×L-1、20 mg×L-1、50 mg×L-1、100 mg×L-1、200 mg×L-1、500 mg×L-1、1 000 mg×L-1、2 000 mg×L-1、5 000 mg×L-1和10 000 mg×L-1。利用全自動表面張力儀(QBZY-2), 測定不同濃度下3種溶液的表面張力, 同一濃度平行測定3次取平均值, 用表面張力與濃度的對數(shù)作圖, 在表面吸附達(dá)到飽和時, 曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點, 該點的濃度即為表面活性劑的臨界膠束濃度。此外, 利用全自動表面張力儀測定大田不同噴施溶液的表面張力值。

煙葉臨界表面張力的測定: 煙葉臨界表面張力采用接觸角法測定[11]。采集團(tuán)棵期新鮮煙葉, 剪成1 cm2左右的小方塊, 固定于載玻片上并放置于接觸角測定儀(JCY系列)載物臺上, 不接觸待測葉片表面, 避免破壞煙葉表面結(jié)構(gòu)。分別選取不同濃度的蔗糖脂肪酸酯水溶液(蔗糖脂肪酸酯濃度分別為10 mg×L-1、20 mg×L-1、50 mg×L-1、100 mg×L-1、200 mg×L-1, 對應(yīng)的表面張力為70.15 mN×m-1、66.84 mN×m-1、53.22 mN×m-1、42.97 mN×m-1、37.66 mN×m-1), 將相同體積的不同液體滴到葉片表面形成液滴, 通過與接觸角測定儀連接的電腦分析軟件得到不同的接觸角數(shù)據(jù), 每種溶液平行測定5次。通過不同溶液在煙葉表面的接觸角, 用cos對溶液表面張力作圖, 當(dāng)接觸角=0即cos=1時對應(yīng)的表面張力值即為煙葉的臨界表面張力值。

煙葉生理指標(biāo)測定: 鮮煙葉葉綠素和類胡蘿卜素含量采用乙醇浸提比色法測定[12], 超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑法測定[13], 過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測定[13], 丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸加熱顯色法測定[12], 煙葉鉀含量采用火焰光度法測定[14]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel 2016, 方差分析采用SPSS 23.0, 多重比較選用最小顯著差異法(LSD)。

2 結(jié)果與分析

2.1 表面活性劑對烤煙葉片潤濕性能的影響

2.1.1 烤煙葉片臨界表面張力

不同表面張力的液體在烤煙葉片上的接觸角度數(shù)及其對應(yīng)的cos測定結(jié)果見表1。可以看出, 隨著液體表面張力的減小, 接觸角隨之減小。根據(jù)cos和溶液的表面張力做圖1, 所得直線為=-0.018 2+1.553 4, 令cos=1, 求得表面張力為30.41mN×m-1, 該值即為烤煙葉片的臨界表面張力值。

表1 不同表面張力的液體在烤煙葉片表面的接觸角

圖1 不同表面張力的液體在烤煙葉片表面的接觸角余弦值

2.1.2 表面活性劑臨界膠束濃度

3種表面活性劑在10個濃度下的表面張力值見表2?？梢钥闯? 隨著表面活性劑溶液濃度的增加, 表面張力逐漸下降, 當(dāng)蔗糖脂肪酸酯、茶皂素濃度達(dá)到一定值時, 表面吸附達(dá)到飽和, 表面張力值出現(xiàn)拐點。洗衣粉溶液在所測定的濃度范圍內(nèi), 表面張力值隨著濃度的增加持續(xù)下降, 未出現(xiàn)明顯拐點, 說明其臨界膠束濃度并未在所測定的10個濃度內(nèi)。結(jié)果表明, 蔗糖脂肪酸酯臨界膠束濃度為1 000 mg×L-1, 對應(yīng)的表面張力值為32.64 mN×m-1; 茶皂素臨界膠束濃度為5 000 mg×L-1, 對應(yīng)的表面張力值為40.33 mN×m-1; 而洗衣粉溶液濃度為2 000mg×L-1時的表面張力最接近煙葉的臨界表面張力, 為30.30 mN×m-1。

表2 3種表面活性劑不同濃度下的表面張力值

2.1.3 表面活性劑對噴施液表面張力的影響

表3為各噴施液表面張力值, 可以看出, 5 000 mg×L-1鉀肥溶液(CK1)表面張力明顯超過烤煙葉片的臨界表面張力(30.41mN×m-1), 潤濕性能較差。加入表面活性劑后可以明顯降低鉀肥溶液的表面張力, T1、T2、T3處理噴施液表面張力值與CK1差異顯著, 分別比CK1降低60.77%、41.84%、61.58%, 潤濕性能得到極大改善。其中T1、T3處理的表面張力已降低到煙葉的臨界表面張力以下, 理論上已可以完全潤濕煙葉。

表3 大田各處理噴施液表面張力值差異比較

CK: 噴施清水; CK1: 噴施鉀肥; T1: 噴施鉀肥+蔗糖脂肪酸酯; T2: 噴施鉀肥+茶皂素; T3: 噴施鉀肥+洗衣粉。同列數(shù)值后不同小寫字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平。CK: spraying water; CK1: spraying potassium fertilizer; T1: spraying potassium fertilizer + sucrose fatty acid ester; T2: spraying potassium fertilizer + tea saponin; T3: spraying potassium fertilizer + washing powder. Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at< 0.05 level.

2.2 表面活性劑對烤煙葉片鉀吸收的影響

添加3種表面活性劑后噴施鉀肥對不同時期煙葉鉀吸收均有促進(jìn)作用(表4)。4個時期煙葉鉀含量均表現(xiàn)為CK顯著最低, 說明噴施鉀肥對提高煙葉鉀含量有顯著作用。T1處理在4個時期煙葉鉀含量均顯著高于CK1處理, 分別增加5.15%、15.89%、5.56%和5.85%。T2處理在不同時期煙葉鉀含量雖高于CK1處理, 但未達(dá)到顯著水平。除移栽后75 d外, T3處理煙葉鉀含量也高于CK1處理, 其中在移栽后45 d時, 差異顯著。另外, 隨著烤煙生育期的推進(jìn), 煙葉鉀含量呈下降趨勢。

表4 不同噴施處理對不同時期烤煙葉鉀含量的影響

CK: 噴施清水; CK1: 噴施鉀肥; T1: 噴施鉀肥+蔗糖脂肪酸酯; T2: 噴施鉀肥+茶皂素; T3: 噴施鉀肥+洗衣粉。同列數(shù)值后不同小寫字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平。CK: spraying water; CK1: spraying potassium fertilizer; T1: spraying potassium fertilizer + sucrose fatty acid ester; T2: spraying potassium fertilizer + tea saponin; T3: spraying potassium fertilizer + washing powder. Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at< 0.05 level.

2.3 表面活性劑對烤煙葉片生理指標(biāo)的影響

2.3.1 對SOD活性的影響

各處理煙葉SOD酶活性均高于對照CK, 且T1、T2、T3處理又不同程度高于單獨(dú)噴施鉀肥的CK1處理(圖2)。不同處理相比, 以T1的酶活性最高。不同生育期T1比CK1分別增加33.54 U×g-1、42.16 U×g-1、72.67 U×g-1和54.28 U×g-1, 提高幅度為14.22%、12.81%、23.91%和16.54%。T2、T3處理煙葉SOD酶活性在不同生育期雖然高于CK1處理, 但只有移栽后90 d的T2處理與CK1差異達(dá)顯著水平。從整個生育期來看, 移栽后45 d煙葉SOD活性最低, 移栽后60 d SOD活性升高隨后趨于穩(wěn)定。

2.3.2 對POD活性的影響

烤煙葉片POD活性隨著煙株生長呈現(xiàn)不斷上升趨勢(圖2)。與對照CK相比, 單獨(dú)噴施鉀肥CK1處理可以不同程度提高葉片POD活性。移栽后45 d, 3種表面活性劑酶促作用差異不顯著, 但均顯著高于CK1處理; 移栽后60 d, T2處理酶活性最高, 幾乎可達(dá)CK1處理的2倍; 移栽后75 d, T1、T2、T3處理POD活性顯著高于CK1處理, 分別高出25.11%、21.31%和14.14%; 移栽后90 d, 只有T1處理與CK1差異顯著。

2.3.3 對MDA含量的影響

各生育期煙葉MDA含量均表現(xiàn)為對照CK最高, 按4個時期MDA含量平均值大小排序, 表現(xiàn)為: CK>CK1>T2>T3>T1(圖2)。MDA含量最高的時期為移栽后90 d, 說明此時期煙葉已經(jīng)進(jìn)入成熟期, 衰老程度加劇, 膜脂過氧化程度也相應(yīng)增加?？梢钥闯? 噴施鉀肥可以在煙株成熟期顯著降低葉片MDA含量, 其中T1處理MDA含量顯著低于CK1處理, 而T2、T3處理略低于CK1, 差異不顯著。

圖2 不同噴施處理對不同時期烤煙葉片SOD、POD活性及MDA含量的影響

CK: 噴施清水; CK1: 噴施鉀肥; T1: 噴施鉀肥+蔗糖脂肪酸酯; T2: 噴施鉀肥+茶皂素; T3: 噴施鉀肥+洗衣粉。不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。CK: spraying water; CK1: spraying potassium fertilizer; T1: spraying potassium fertilizer + sucrose fatty acid ester; T2: spraying potassium fertilizer + tea saponin; T3: spraying potassium fertilizer + washing powder. Different lowercase letters indicate significant differences at< 0.05 level.

2.3.4 對質(zhì)體色素含量的影響

移栽后45~90 d, 隨著煙葉的生長發(fā)育, 葉綠素含量呈下降趨勢, 從移栽后60 d開始, 葉綠素含量下降迅速而后期下降緩慢(圖3)。在移栽后45 d, 各處理間葉綠素含量差異較大, T1、T2、T3處理明顯高于CK、CK1處理, 具體表現(xiàn)為T2>T1>T3>CK1>CK。而在移栽75 d后, 各處理間葉綠素含量差異逐漸縮小, 移栽后90 d, 各處理間幾乎無差異。同樣, 類胡蘿卜素含量的變化趨勢與葉綠素相一致, 隨著葉片成熟, 類胡蘿卜素含量不斷下降(圖3)。在移栽60 d之前, 以T2處理葉片類胡蘿卜素含量最高, 隨后T2處理類胡蘿卜素含量迅速下降, 在75 d時含量略低于T1、T3處理。

圖3 不同噴施處理對不同時期烤煙葉片葉綠素、類胡蘿卜素含量的影響

CK: 噴施清水; CK1: 噴施鉀肥; T1: 噴施鉀肥+蔗糖脂肪酸酯; T2: 噴施鉀肥+茶皂素; T3: 噴施鉀肥+洗衣粉。CK: spraying water; CK1: spraying potassium fertilizer; T1: spraying potassium fertilizer + sucrose fatty acid ester; T2: spraying potassium fertilizer + tea saponin; T3: spraying potassium fertilizer + washing powder.

2.4 不同處理對烤后煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響

由表5可知, 與CK相比, 各噴施處理均提高了烤后煙葉鉀含量, 其中T1、T2處理鉀含量顯著高于單獨(dú)噴施鉀肥的CK1, 分別增加9.50%、5.59%。國際型優(yōu)質(zhì)煙葉還原糖含量范圍為16%~22%、總糖含量范圍為18%~24%[15], 除T3處理外, 其余處理還原糖含量、總糖含量均在適宜范圍內(nèi)。與對照相比, 不同處理提高了煙葉糖含量, 其中T1、T2處理均與CK1處理差異顯著。此外, 各處理煙堿和總氮含量均不同程度低于對照, 但都處于優(yōu)質(zhì)煙葉煙堿、總氮含量范圍內(nèi)。對于烤后煙葉氯含量而言, 各處理間差異不顯著。

烤煙香吃味的優(yōu)劣不僅與單一的化學(xué)成分相關(guān), 更取決于各化學(xué)成分之間的比例是否協(xié)調(diào)[16]。煙葉吃味和刺激性的協(xié)調(diào)程度常用糖堿比來衡量[17]。優(yōu)質(zhì)煙葉糖堿比一般在8~12[15], 可以看出各處理糖堿比均較適宜, 其中鉀肥處理后可以顯著提高糖堿比, 加入表面活性劑后比值較單獨(dú)噴施鉀肥處理又有明顯提高。除T3處理外, 各處理兩糖比較對照有所提高, 煙葉化學(xué)成分更趨于協(xié)調(diào)。鉀氯比與煙葉的燃燒性密切相關(guān), 各處理鉀氯比均較對照有所提高, 其中T1處理又顯著高于單獨(dú)噴施鉀肥的CK1處理, 增加了18.31%。

表5 不同處理間烤后煙葉化學(xué)成分的差異比較

CK: 噴施清水; CK1: 噴施鉀肥; T1: 噴施鉀肥+蔗糖脂肪酸酯; T2: 噴施鉀肥+茶皂素; T3: 噴施鉀肥+洗衣粉。同列數(shù)值后不同小寫字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平。CK: spraying water; CK1: spraying potassium fertilizer; T1: spraying potassium fertilizer + sucrose fatty acid ester; T2: spraying potassium fertilizer + tea saponin; T3: spraying potassium fertilizer + washing powder. Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at< 0.05 level. Rs: reducing sugar; Ts: total sugar; Nic: nicotine; Tn: total nitrogen; Pot: potassium; Chl: chloride.

3 討論

3.1 表面活性劑與煙葉潤濕性

臨界表面張力是表征固體表面潤濕性能的參數(shù)。液體與固體的接觸角為零時, 液體的表面張力即為固定的臨界表面張力。只有當(dāng)液體的表面張力小于固體的臨界表面張力時, 液體才可以在固體表面完全潤濕[18]。臨界表面張力越低的葉片, 水溶性葉面肥、農(nóng)藥越不容易在其表面鋪展和潤濕[19]。煙葉表面有一層蠟質(zhì), 具有疏水性。陳海濤等[7]測出‘云煙87’葉片的臨界表面張力為29.46 mN×m-1, 本研究選擇的煙葉品種是‘K326’, 測定的臨界表面張力為30.41 mN×m-1, 雖然測定結(jié)果略有差異, 但都遠(yuǎn)低于100 mN×m-1, 屬于臨界表面張力較低的葉片, 較難被液體潤濕。

表面活性劑由疏水親油的非極性基和親水疏油的極性基組成, 可以降低液體的表面張力、提高潤濕性能。當(dāng)鉀肥溶液中加入表面活性劑后, 一方面降低了溶液的表面張力, 另一方面表面活性劑的疏水碳?xì)滏溚ㄟ^色散力吸附于煙葉表面, 親水基深入噴施液內(nèi)形成了定向吸附膜, 可降低鉀肥溶液與煙葉之間的界面張力, 從而使得接觸角變小, 提高了鉀肥的潤濕性能[20]。有研究指出, 疏水碳?xì)滏湹慕Y(jié)構(gòu)和表面活性劑的類型會影響吸附、潤濕性性能[21]。本研究選擇3種表面活性劑, 其中蔗糖脂肪酸酯是一種非離子表面活性劑, 其降低表面張力的能力優(yōu)于天然表面活性劑茶皂素。洗衣粉中的十二烷基苯磺酸鈉, 作為離子型表面活性劑, 降低表面張力的能力最強(qiáng), 在測試濃度范圍內(nèi), 隨著濃度的增加表面張力持續(xù)下降, 未出現(xiàn)明顯拐點。

3.2 表面活性劑與煙葉鉀吸收

葉面肥中加入表面活性劑后, 可以有效促進(jìn)葉面肥的吸收進(jìn)而提高作物葉片營養(yǎng)元素的含量。Howard等[22]曾研究指出, 表面活性劑可以促進(jìn)棉花(spp.)葉片對硝酸鉀的吸收。蔗糖酯和茶皂素作為氮肥助劑, 可以顯著增強(qiáng)葉面噴施氮肥的效果, 增強(qiáng)大豆[(L.) Merr.]葉片的吸氮能力[23]。王強(qiáng)等[24]研究了表面活性劑PPJ對小麥(L.)葉片吸收營養(yǎng)物質(zhì)的影響, 結(jié)果表明, 低于臨界膠束濃度的PPJ以單體形式存在, 和小麥葉片發(fā)生相互作用, 可以顯著促進(jìn)硼、錳離子的吸收, 而當(dāng)PPJ濃度超過其臨界膠束濃度后, 多余分子形成膠束, 包裹了營養(yǎng)物質(zhì), 反而不利于元素的吸收。

表面活性劑促進(jìn)葉面肥吸收的作用不僅僅和其降低溶液表面張力的能力有關(guān)。Stevens等[25]研究表明, 表面活性劑可以調(diào)節(jié)葉片氣孔大小, 增加氣孔的透性。葉小利等[26]指出, 表面活性劑促進(jìn)大豆葉片氣孔打開的機(jī)理可能是因為增強(qiáng)了蔗糖酶活性, 蔗糖含量相應(yīng)提高, 保衛(wèi)細(xì)胞吸水, 增加了膨壓, 氣孔打開。柴凌燕等[27]指出, 表面活性劑可以調(diào)節(jié)葉片角質(zhì)膜的滲透性, 從而促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。表面活性劑烷基苯磺酸鈉可以溶解松樹(L.)針葉上的蠟質(zhì)[28]; 蔗糖脂肪酸酯在不同程度上可以溶解大豆葉片蠟質(zhì)層[26]。本試驗所用表面活性劑可能溶解了煙葉上、下表面的蠟質(zhì)層, 提高了煙葉角質(zhì)膜的滲透性, 減少了鉀肥進(jìn)入煙葉的阻礙作用。此外, 鉀肥溶液中加入了表面活性劑, 也在一定程度上減緩了淋溶作用, 提高了煙葉“抗淋”能力, 減少了鉀素的外排[29]。本研究所選擇的3種表面活性劑均達(dá)到了促進(jìn)鉀肥吸收的效果, 煙葉鉀含量在不同時期均高于單獨(dú)噴施鉀肥處理, 其中以T1處理即蔗糖脂肪酸酯增鉀效果最為顯著。

3.3 表面活性劑與煙葉生理特性

SOD、POD和MDA是評價植物抗逆性的重要指標(biāo)。SOD作為活性氧解毒過程中最重要的酶, 可以直接有效地催化超氧陰離子的歧化反應(yīng), 使其生成O2和H2O2。之后在POD的催化作用下, H2O2可以進(jìn)一步被轉(zhuǎn)化為水從而徹底地清除活性氧, 使得細(xì)胞免受傷害[30]。MDA作為膜脂過氧化產(chǎn)物, 含量越高說明植物抗逆能力越差。MDA含量的積累還可以加劇膜脂過氧化程度[31], 進(jìn)一步增大對植物細(xì)胞的傷害。有研究表明, 在大豆開花期和結(jié)莢期噴施蔗糖脂肪酸酯, 在短時間內(nèi)就可以顯著提高大豆葉片SOD酶活性, 延緩大豆的衰老[23]。茶皂素具有較強(qiáng)的抗氧化作用, 可以很大程度上清除超氧陰離子自由基和羥自由基[32]。本研究表明, 3種表面活性劑輔助的鉀肥噴施均可以不同程度提高煙葉SOD、POD酶活性, 降低MDA含量。其中, T1、T2處理SOD、POD活性要高于T3處理, 說明蔗糖脂肪酸酯、茶皂素清除活性氧的能力優(yōu)于洗衣粉。T1處理煙葉MDA含量最低, 膜脂過氧化程度最小, 抗逆性最強(qiáng)。

煙草中質(zhì)體色素(葉綠素和類胡蘿卜素)是光傳導(dǎo)和光反應(yīng)中心的重要構(gòu)成物質(zhì), 不僅影響光合作用的強(qiáng)度, 而且是煙葉重要的香氣前體物質(zhì), 其降解產(chǎn)物與烤后煙葉香氣品質(zhì)密切相互[33]。有研究指出, 用尿素溶液噴施大豆葉片, 葉綠素含量有一定提高, 但提高效果并不顯著。尿素溶液中加入蔗糖脂肪酸酯后, 大豆葉片葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量均大大提高[23]。孫燕[34]的研究表明混合噴施表面活性劑皂苷, 植株的葉綠素含量、光合速率、蒸騰速率顯著提高。本研究表明, 加入表面活性劑后, 煙葉功能盛期的葉綠素、類胡蘿卜素含量得到提高, 進(jìn)而加強(qiáng)了光合作用產(chǎn)物的合成和積累, 而在成熟期, 葉綠素和類胡蘿卜素得到充分降解, 有利于烤后煙葉香氣物質(zhì)的形成。加入表面活性劑后, 煙葉品質(zhì)比單獨(dú)噴施鉀肥處理更為優(yōu)異。一方面表面活性劑對鉀肥的吸收有促進(jìn)作用進(jìn)而提升了煙葉品質(zhì); 另一方面可能所選用的蔗糖酯、茶皂素以及洗衣粉本身對煙葉的品質(zhì)有一定影響, 但具體機(jī)理尚不清楚, 還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本研究認(rèn)為, 試驗所選3種表面活性劑對煙葉的潤濕性能有很好的改善作用。表面活性劑輔助的鉀肥噴施可以有效提高煙株生長過程中煙葉鉀含量、抗氧化能力以及質(zhì)體色素含量, 使烤后煙葉化學(xué)成分更為協(xié)調(diào)。3種表面活性劑相比, 蔗糖脂肪酸酯和洗衣粉的潤濕性能優(yōu)于茶皂素。但從煙葉生理指標(biāo)和烤后煙葉品質(zhì)方面來看, 蔗糖脂肪酸酯和茶皂素優(yōu)于洗衣粉。此外, 蔗糖脂肪酸酯作為一種食品添加劑, 成本低、無毒、易降解, 無環(huán)境安全的問題。綜合考慮, 鉀肥溶液中添加表面活性劑蔗糖脂肪酸酯效果最好, 可用于大田生產(chǎn)。

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Effects of spraying potassium fertilizer with surfactant on wettability, physiology and quality indexes of flue-cured tobacco*

WANG Yahong1, HAN Dan1, GAO Sen1, CAO Lijun2, WANG Xiaoli2, NIU Guiyan1, REN Zhiguang1, XU Zicheng1**

(1. College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2. Xiangyang Branch Station, Hubei Provincial Tobacco Company, Xiangyang 441003, China)

The ‘K326’ flue-cured tobacco variety was used to investigate the improvement of potassium fertilizer utilization and quality of tobacco leaf under combined application of surfactant and potassium fertilizer. While in the study the contact angle method was used to determine critical surface tension of tobacco leaf, the study critical micelle concentrations of surfactants of sucrose fatty acid ester, tea saponin and washing powder were measured by using surface tension method. By spraying water and potassium fertilizer as the control, the 3 surfactants were added to potassium fertilizer in the field spraying test. In the experiment, CK was the control involving water, CK1 was the control involving potassium fertilizer, T1 was the treatment involving potassium fertilizer plus sucrose fatty acid ester, T2 was the treatment involving potassium fertilizer plus tea saponin, and T3 was the treatment involving potassium fertilizer plus washing powder. The potassium content, antioxidant enzymes activities and plastid pigments contents of tobacco leaves in 5 treatments in different times were measured, and the chemical constituents of flue-cured tobacco leaf were determined. The effects of spraying potassium fertilizer with surfactant on the wettability, physiology and quality indexes of flue-cured tobacco leaf were determined. The results indicated that: 1) critical surface tension of tobacco leaf was 30.41 mN×m-1indicating lower wettability of tobacco leaf. The critical micelle concentrations (CMC) of sucrose fatty acid ester and tea saponin were 1 000 mg×L-1and 5 000 mg×L-1, with corresponding surface tensions of 32.64 mN×m-1and 40.33 mN×m-1, respectively. When washing powder concentration was 2 000mg×L-1, its surface tension (30.30 mN×m-1) was close to the critical surface tension of tobacco leaf. Under the addition of surfactant, the surface tension of potassium fertilizer solution decreased significantly while the wettability increased. 2) Surfactants promoted the absorption of potassium in tobacco leaf. Potassium contents under T1 and T2 treatments were higher than under CK1 during the growth period of tobacco. Application of potassium fertilizer with surfactant increased the activities of SOD and POD and decreased MDA content in tobacco leaf. This increased antioxidant capacity of tobacco leaf and reduced membrane lipid peroxidation. Also after the addition of surfactant, chlorophyll and carotenoid contents of tobacco leaf increased at the peak function stage. This enhanced photosynthesis of tobacco leaf which in turn was conducive for the synthesis and accumulation of photosynthetic products. 3) With the addition of surfactant, the contents of total nitrogen and nicotine decreased, while those of potassium, total sugar and reducing sugar increased in flue-cured tobacco leaf. The chemical constituents were more harmonious and the quality of tobacco leaf better. In summary, the addition of sucrose fatty acid ester had the best effect in terms of improving wettability of tobacco leaf, absorption of potassium fertilizer, physiology of tobacco and quality of tobacco leaf.

Surfactant; Potassium fertilizer; Flue-cured tobacco; Leaf wettability; Physiology; Quality

, E-mail: zichengxu@126.com

Jun. 25, 2018;

Jul. 16, 2018

S572

A

1671-3990(2018)11-1663-09

10.13930/j.cnki.cjea.180585

* 中國煙草總公司湖北省公司重點科技攻關(guān)項目(027Y2016-007)資助

許自成, 主要從事煙草品質(zhì)生態(tài)學(xué)研究。E-mail: zichengxu@126.com

王亞虹, 主要從事煙草品質(zhì)生態(tài)與質(zhì)量評價研究。E-mail: yhwang30@126.com

2018-06-25

2018-07-16

* This work was supported by the Scientific Program of Hubei Province Corp. of China National Tobacco Corp. (027Y2016-007).

王亞虹, 韓丹, 高森, 曹麗君, 王曉麗, 牛桂言, 任志廣, 許自成. 表面活性劑輔助鉀肥噴施對烤煙葉片潤濕性能、生理指標(biāo)及品質(zhì)的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2018, 26(11): 1663-1671

WANG Y H, HAN D, GAO S, CAO L J, WANG X L, NIU G Y, REN Z G, XU Z C. Effects of spraying potassium fertilizer with surfactant on wettability, physiology and quality indexes of flue-cured tobacco[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 26(11): 1663-1671