何仲秋 劉洋 王藝 王曉琳 解夢(mèng)凡 閆慧峰

摘要 [目的]分析缺氮條件下烤煙葉片性狀變化特征，明確葉片性狀與葉綠素含量的關(guān)系，為優(yōu)化烤煙氮肥管理策略提供理論依據(jù)。[方法]采用大田試驗(yàn)，以云煙87為材料，設(shè)置對(duì)照施肥和不施氮肥2個(gè)處理，在移栽90 d后比較不同處理葉片性狀特征（包括葉片干重、葉面積、比葉重、葉片厚度、葉片密度、葉長(zhǎng)、葉寬）和葉綠素含量的差異，分析葉片性狀和單位面積葉綠素含量以及單位質(zhì)量葉綠素含量間的關(guān)系。[結(jié)果]在缺氮條件下，烤煙中、上部葉的葉片干重、葉面積、比葉重、葉長(zhǎng)、葉寬和單位面積葉綠素含量減小，葉片厚度無(wú)顯著變化。下部葉的葉面積和葉片厚度顯著減小。單位葉面積葉綠素含量與比葉重和葉片厚度呈極顯著正相關(guān)，單位質(zhì)量葉綠素與葉片厚度呈極顯著正相關(guān)。[結(jié)論]不施氮肥影響了烤煙葉片性狀，烤煙通過(guò)減小葉面積保持葉片厚度來(lái)提高葉綠素含量。

關(guān)鍵詞 烤煙;氮;葉片性狀;葉綠素含量

中圖分類號(hào) S572文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）10-0149-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.10.040

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effects of Nitrogen Deficiency on Leaf Traits and Chlorophyll Content of Flue-cured Tobacco

HE Zhong-qiu1，LIU Yang2，WANG Yi2et al （1.Tobacco Research Institute of CAAS/Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Qingdao，Shandong 266101;2.Linqu Tobacco Branch of Weifang Tobacco Corporation，Linqu，Shandong262600）

Abstract [Objective] To provide theoretical basis for optimizing nitrogen management strategy of flue-cured tobacco，the change characteristics of leaf traits under nitrogen deficiency were analyzed and the relationship between leaf traits and chlorophyll content was established.[Method]In field experiment，Yunyan 87 was used as the material，and two treatments of control fertilization and nitrogen-deficiency fertilization were set up.After 90 days of transplanting，the differences of leaftraits （including leaf dry weight，leaf area，specific leaf weight，leaf thickness，leaf density，leaf length and leaf width） and chlorophyll content of different treatments were compared，the relationship between leaf traits and chlorophyll content per unit area and unit mass of chlorophyll content were analyzed.[Result]Under the condition of nitrogen deficiency，leaf dry weight，leaf area，specific leaf weight，leaf length，leaf width and chlorophyll content per unit area of middle and upper leaves of flue-cured tobacco decreased，but there was no significant change in leaf thickness.The leaf area and thickness of the lower leaves decreased significantly.Chlorophyll content per unit leaf area was significantly positively correlated with specific leaf weight and leaf thickness，and chlorophyll content per unit mass was significantly positively correlated with leaf thickness.[Conclusion]The lack of nitrogen fertilizer affects the traits of flue-cured tobacco leaves.Leaf chlorophyll content was increased by reducing leaf area and maintaining leaf thickness.

Key words Flue-cured tobacco;Nitrogen;Leaf characters;Chlorophyll content

氮素是植物生長(zhǎng)必需的元素之一，氮肥的大量使用已經(jīng)引起越來(lái)越嚴(yán)重的環(huán)境和生態(tài)問(wèn)題[1]。與主要糧食作物不同，煙草以葉片為收獲器官，產(chǎn)量和品質(zhì)是實(shí)現(xiàn)煙草生產(chǎn)最大經(jīng)濟(jì)效益的2個(gè)決定性因素，而葉片的產(chǎn)量和品質(zhì)分別受到氮肥用量的正負(fù)調(diào)控[2]。葉片是煙草進(jìn)行光合作用的主要器官，煙草產(chǎn)量和品質(zhì)的形成依賴于煙葉光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)[3] 。

葉片性狀是決定烤煙品質(zhì)的重要因素，主要包括葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積、比葉重、葉片密度、葉片厚度等[4]。比葉重是表示單位葉面積的葉片干重，葉片厚度和葉片密度是影響比葉重的主要因素[5-7]。葉苗[8]研究發(fā)現(xiàn)水稻葉片密度隨著葉片厚度的增加而下降;范晶等[9]研究發(fā)現(xiàn)白樺、水曲柳、蒙古櫟和紅松各自的葉面積與葉干重具有顯著的相關(guān)關(guān)系;徐肇友等[10]研究發(fā)現(xiàn)秀麗四照花的葉長(zhǎng)、葉寬與葉面積呈顯著正相關(guān)。

葉片光合能力是煙草產(chǎn)量的最主要決定因素，葉綠素是綠色植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，是葉片的主要光合色素，葉綠素含量是衡量植物光合作用、營(yíng)養(yǎng)狀況和生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)的重要指標(biāo)[11-12]。葉綠素作為植物進(jìn)行光合作用的主要色素，其含量與葉片結(jié)構(gòu)性狀密切相關(guān)，二者的協(xié)同變異關(guān)系對(duì)于優(yōu)化植物的光合收益和生存策略具有重要意義[13]。

氮素是調(diào)控烤煙生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)質(zhì)量形成的最重要營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)影響極為顯著[14]。氮素供應(yīng)不足，會(huì)造成煙葉產(chǎn)量降低且品質(zhì)不高;氮肥施用過(guò)量往往引起煙葉貪青晚熟，煙葉品質(zhì)下降[15]。在一定范圍內(nèi)，隨著氮肥用量的增加，烤煙葉長(zhǎng)、葉寬、葉片厚度和各器官干物質(zhì)積累量明顯增加[16-17]?？竞鬅熑~顏色隨施氮量增加而逐漸加深，葉片厚度由稍薄到適中，單葉重增大[18]。研究發(fā)現(xiàn)，水稻葉片厚度隨著施氮量的增大而減小[19];苜?，F(xiàn)蕾期的比葉重隨著施氮量的增大而增大[20]。氮素是葉綠素的主要組成成分，對(duì)植物葉綠素含量有明顯的影響。適當(dāng)增施氮肥有利于烤煙葉綠素的合成，提高烤煙葉片的光合速率[21-22]。

煙草合理施用氮肥以實(shí)現(xiàn)煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)協(xié)調(diào)是煙草栽培的關(guān)鍵。研究不同供氮條件下烤煙葉片性狀特征與葉綠素含量的變化以及葉片性狀特征與葉綠素含量的關(guān)系，有助于優(yōu)化烤煙葉片性狀與光合能力協(xié)同的氮肥管理策略，為實(shí)現(xiàn)煙草提質(zhì)增效的氮肥高效管理提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 供試烤煙品種為云煙87。

1.2 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)于2019年在山東省濰坊市臨朐縣寺頭鎮(zhèn)長(zhǎng)達(dá)裕村進(jìn)行，海拔290.2 m，地理坐標(biāo)為118°29′59.34″E、36°18′58.56″N。供試土壤為棕壤，土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)：pH 6.42，有機(jī)質(zhì)19.3 g/kg，堿解氮51.66 mg/kg，有效磷16.25 mg/kg，速效鉀212.84 mg/kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)2個(gè)處理，分別為常規(guī)對(duì)照處理和不施氮肥處理，CK為常規(guī)對(duì)照處理：75 kg N/hm2、75 kg P2O5/hm2和225 kg K2O/hm2; -N為不施氮肥處理：0 kg N/hm2、75 kg P2O5/hm2和225 kg K2O/hm2。行距1.2 m，株距0.5 m，每個(gè)處理3次重復(fù)，每小區(qū)面積為57.6 m2（4行×12 m），隨機(jī)區(qū)組排列。其他田間管理措施均參照當(dāng)?shù)厣a(chǎn)方案執(zhí)行。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法 移栽90 d后（平頂期）取樣，試驗(yàn)將整株煙草葉片分為下部無(wú)效葉、上部無(wú)效葉和有效葉片，有效葉片共20片，從下往上分別編號(hào)為1～20。取樣時(shí)每個(gè)處理選擇3株長(zhǎng)勢(shì)一致的煙株，取有效葉片的第2～3、10～11、18～19片葉分別表示下部葉、中部葉和上部葉，測(cè)定其葉面積、葉長(zhǎng)、葉寬、葉片厚度、葉綠素含量及葉片干重。

葉面積、葉長(zhǎng)、葉寬測(cè)定：以5 cm×5 cm的綠色方塊為對(duì)照，對(duì)葉片進(jìn)行數(shù)字圖像采集，采集的數(shù)字圖像使用ImageJ軟件分析獲得葉面積、葉長(zhǎng)和葉寬。葉片厚度測(cè)定：使用葉片厚度計(jì)測(cè)定。葉綠素含量測(cè)定：參考 Arnon[23]的方法并作改進(jìn)，在測(cè)定葉面積及葉片厚度后，用打孔器（直徑 6 mm）取樣，隨機(jī)取4個(gè)葉圓片，浸泡在 80 %丙酮中，振蕩使圓片完全浸泡在丙酮中，定容至10 mL，暗處理 48 h，至葉片完全變白，暗處理期間，每隔 8 h 振蕩一次。用紫外分光光度計(jì)（UV-2600）分別在 663和646 nm 的波長(zhǎng)下測(cè)定 OD 值，并計(jì)算葉綠素含量。葉綠素含量以單位質(zhì)量（mg/g）與單位面積（mg/dm2）2種方式表示。

葉片干重的測(cè)定及比葉重與葉片密度的計(jì)算：采集的煙葉在105 ℃下殺青30 min，80 ℃烘干分別測(cè)定干重。根據(jù)葉片干重、葉面積及葉片厚度計(jì)算比葉重和葉片密度，比葉重=葉片干重/葉面積，葉片密度=比葉重/葉片厚度。

1.5 數(shù)據(jù)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2019、SPSS 26.0 軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 缺氮條件下不同部位烤煙葉片性狀特征變化

缺氮條件下烤煙不同部位葉片性狀特征的變化見(jiàn)表1。由表1可知，對(duì)照處理烤煙相同葉位葉片的單葉重、葉面積、比葉重、葉長(zhǎng)和葉寬均高于缺氮處理。與對(duì)照處理相比，缺氮處理烤煙中、上部葉的單葉重和葉面積以及下部葉的葉片厚度顯著減小。缺氮處理與對(duì)照處理下部葉除葉片厚度外的葉片性狀無(wú)顯著差異。

同一處理不同葉位的單葉重、葉面積、葉長(zhǎng)和葉寬無(wú)顯著差異。對(duì)照處理上部葉單葉重顯著大于缺氮處理葉片單葉重，對(duì)照處理下部葉與中部葉單葉重顯著大于缺氮處理中部葉單葉重。對(duì)照處理葉面積顯著大于缺氮處理中部葉與上部葉的葉面積，與缺氮處理下部葉葉面積無(wú)顯著差異。對(duì)照處理各部位葉片比葉重?zé)o顯著差異，對(duì)照處理與缺氮處理上部葉的比葉重顯著高于缺氮處理下部葉和中部葉。2個(gè)處理上部葉的葉片厚度顯著高于下部葉，對(duì)照處理下部葉厚度顯著高于缺氮處理下部葉，缺氮處理各部位葉片厚度隨著葉位的升高而增厚，且差異顯著。對(duì)照處理各部位葉片密度無(wú)顯著差異，缺氮處理各部位葉片密度為上部葉>下部葉>中部葉，且差異顯著。缺氮處理上部葉葉片密度顯著高于對(duì)照處理各部位葉片。

通過(guò)雙因素分析發(fā)現(xiàn)，葉片密度存在不同處理與葉位的交互效應(yīng)，而葉片單葉重、葉面積、比葉重、葉片厚度、葉長(zhǎng)、葉寬無(wú)交互效應(yīng)。不同處理間，烤煙葉片的單葉重和葉面積有顯著差異;不同葉位間，烤煙葉片的比葉重、葉片厚度和葉片密度有顯著差異。

2.2 缺氮條件下不同部位烤煙葉片葉綠素含量變化

由圖1可知，單位面積葉綠素a含量與葉綠素含量表現(xiàn)為上部葉>中部葉>下部葉，各部位葉片之間差異顯著。上部葉與中部葉的單位面積葉綠素b含量顯著大于下部葉。單位質(zhì)量葉綠素a含量為上部葉>中部葉>下部葉，各部位葉片之間差異顯著。上部葉與中部葉的單位質(zhì)量葉綠素b含量與單位質(zhì)量葉綠素含量無(wú)顯著差異，但兩者均顯著高于下部葉。

缺氮處理烤煙不同部位的葉片葉綠素a含量與葉綠素含量均小于對(duì)照，而存在顯著差異的僅有上部葉的單位面積葉綠素a含量和中部葉的單位面積葉綠素a含量與單位面積葉綠素含量。葉綠素b含量在中部葉與下部葉為對(duì)照處理大于缺氮處理，而在上部葉為缺氮處理大于對(duì)照處理，各處理間均無(wú)顯著差異。

2.3 各部位烤煙葉片性狀特征相關(guān)性

由表2可知，葉片單葉重與葉面積、比葉重、葉長(zhǎng)和葉寬呈顯著正相關(guān)，與葉片厚度、葉片密度無(wú)顯著相關(guān)性。此外，葉面積與葉長(zhǎng)和葉寬呈顯著正相關(guān)，葉長(zhǎng)與葉寬呈顯著正相關(guān)。結(jié)果表明，煙草葉片的單葉重與葉面積、葉長(zhǎng)和葉寬關(guān)系密切，與葉片厚度無(wú)相關(guān)性。比葉重與葉片厚度和葉片密度呈顯著正相關(guān)，葉片厚度與葉片密度不相關(guān)。

2.4 烤煙葉片形態(tài)特征與葉綠素含量的關(guān)系

葉綠素含量與比葉重、葉片厚度及葉片密度的相關(guān)性見(jiàn)圖2。單位面積葉綠素含量與比葉重（r=0.612，P<0.01）和葉片厚度（r=0.823，P<0.01）呈極顯著正相關(guān)，與葉片密度無(wú)相關(guān)性。單位質(zhì)量葉綠素含量與葉片厚度（r=0.714，P<0.01）呈極顯著正相關(guān)，與葉片密度和比葉重?zé)o顯著相關(guān)性。

3 討論

氮素作為烤煙生長(zhǎng)發(fā)育最重要的限制因素之一，在氮素缺乏的條件下，烤煙葉片性狀及葉綠素含量的改變反映了其適應(yīng)對(duì)策。該研究結(jié)果顯示，缺氮處理中部葉與上部葉的單葉重和葉面積顯著減小，中部葉的葉片密度顯著減小，上部葉的葉片密度顯著增加，其余葉片性狀無(wú)顯著差異。雖然對(duì)照處理與缺氮處理相同葉位的比葉重、葉長(zhǎng)和葉寬無(wú)顯著差異，但對(duì)照處理的比葉重、葉長(zhǎng)和葉寬大于缺氮處理。這與之前多位學(xué)者的研究結(jié)果基本相符[24-27]，即隨著施氮量的降低，烤煙各部位葉片的葉片長(zhǎng)度、葉片寬度、葉面積、葉片干重、葉片厚度、比葉重隨之顯著降低。與之不同的是，該研究結(jié)果表明缺氮對(duì)烤煙下部葉的葉片性狀影響不大。

該試驗(yàn)條件下，烤煙葉片的葉綠素含量與葉綠素a含量隨葉位降低而降低，即葉綠素含量存在空間異質(zhì)性，這與前人的研究結(jié)果相符[28]。缺氮處理各部位葉片的葉綠素a含量與葉綠素含量均小于對(duì)照，但存在顯著差異的僅有中部葉的單位面積葉綠素a含量與單位面積葉綠素含量和上部葉的單位面積葉綠素a含量。對(duì)照處理的中部葉與下部葉的葉綠素b含量大于缺氮處理，各處理間均無(wú)顯著差異。對(duì)照處理上部葉的葉綠素含量和葉綠素a含量為各處理中最高值。這些結(jié)果與以往研究結(jié)果一致[28-33]，即煙葉內(nèi)葉綠素含量隨施氮量增加而增加。

該研究中烤煙同一葉位葉片中單位面積葉綠素含量缺氮處理與對(duì)照處理存在顯著差異，而單位質(zhì)量葉綠素含量無(wú)顯著差異，即氮素缺乏對(duì)單位質(zhì)量葉綠素含量影響較小。

比葉重是葉片生長(zhǎng)發(fā)育的重要表現(xiàn)形式之一[34]。比葉重由葉片的厚度和密度共同決定，而關(guān)于葉片厚度和密度對(duì)比葉重的貢獻(xiàn)至今仍沒(méi)有一致的結(jié)論。研究認(rèn)為厚度是決定物種間比葉重的主要因素[7]，另一些研究認(rèn)為密度更重要[5-6]。該研究結(jié)果顯示，比葉重與葉片厚度（r=0.715，P<0.01）及葉片密度（r=0.658，P<0.01）有相關(guān)關(guān)系，其中比葉重與葉片厚度的相關(guān)性更密切。此外，各葉片性狀特征的相關(guān)性表明，烤煙葉片的單葉重與葉面積、葉長(zhǎng)和葉寬關(guān)系密切，與葉片厚度、葉片密度沒(méi)有關(guān)聯(lián)。

單位面積葉綠素含量和單位質(zhì)量葉綠素含量皆與葉片厚度呈極顯著正相關(guān)，即葉片厚度越厚，葉綠素含量越高。與對(duì)照相比，缺氮處理中部葉與上部葉的葉面積顯著減少，而葉片厚度無(wú)顯著變化，說(shuō)明在氮素缺乏的條件下，烤煙通過(guò)減小葉面積保持葉片厚度來(lái)提高葉綠素含量，以維持正常的光合作用。

4 結(jié)論

在不施氮肥條件下，烤煙選擇小而厚的葉片來(lái)適應(yīng)氮缺乏的環(huán)境?？緹熤?、上部葉的葉片干重、葉面積、比葉重、葉片密度、葉長(zhǎng)、葉寬和單位面積葉綠素含量減小;葉面積是葉片干重的決定因素;葉片厚度是決定比葉重的主要因素，葉片厚度同時(shí)是決定單位質(zhì)量葉綠素含量的主要因素。比葉重和葉片厚度共同決定了單位葉面積的葉綠素含量。

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