皖南砂壤土和水稻土烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)發(fā)育規(guī)律研究

張 國，時向東，季學(xué)軍，沈思燈，馬稱心

（1.安徽皖南煙葉有限責(zé)任公司，安徽 宣城 242000；2.國家煙草栽培生理生化研究基地，鄭州 450002）

烤煙葉片的組織結(jié)構(gòu)形態(tài)直接反映了烤煙的營養(yǎng)狀況和成熟特征[1]。研究發(fā)現(xiàn)，適熟煙葉柵欄組織和海綿組織內(nèi)所含有的代謝產(chǎn)物和品質(zhì)成分存在明顯差異，而這些品質(zhì)成分和產(chǎn)物正是葉肉細(xì)胞在發(fā)育過程中一步步代謝而來，因此，葉片細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)的發(fā)育變化必然對煙葉的最終品質(zhì)有重要影響[2]。在影響烤煙香氣質(zhì)量的主要因素包括生態(tài)因素、基因型和栽培技術(shù)中，生態(tài)因素的權(quán)重就達(dá)56%[3]。前人對于煙葉組織結(jié)構(gòu)的研究主要集中在基因型[4-6]和栽培技術(shù)[7-10]等方面，而且多注重成熟期[11-13]的研究，對生態(tài)因素尤其是不同土壤質(zhì)地條件下煙葉組織結(jié)構(gòu)的發(fā)育規(guī)律鮮見報道。

皖南煙葉具有獨(dú)特的焦甜香風(fēng)格特征，但不同土壤質(zhì)地間特色風(fēng)格強(qiáng)弱存在一定差異。本研究探討皖南砂壤土和水稻土煙葉組織結(jié)構(gòu)的發(fā)育規(guī)律，旨在為探索皖南焦甜香特殊香氣風(fēng)格的形成機(jī)理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計

試驗(yàn)于 2007—2008年在安徽省宣城市文昌鎮(zhèn)進(jìn)行。供試品種為云煙87，采用常規(guī)栽培。選取2個有代表性的試驗(yàn)田取樣，取樣地為砂壤土（北緯30°50′，東經(jīng) 118°29′，海拔 17.1 m）和水稻土（北緯 30°53′，東經(jīng) 118°35′，海拔 43 m）。

1.2 試驗(yàn)方法

還苗后，選擇試驗(yàn)田中生長發(fā)育一致的 90株煙，掛牌標(biāo)記，按上部葉（第15片可收葉）、中部葉（第10片可收葉）和下部葉（第5片可收葉）3個部位分別在葉長0.5、1、3、5、10、15、20、30、40、50、60、70 cm和成熟采收時取樣（下部葉未取70 cm）。

取樣標(biāo)準(zhǔn)：5 cm前取整片葉，從10 cm起取葉片第6～8條側(cè)脈間的葉肉組織。

取樣大小：0.5 cm×1 cm，含有一個小支脈，每次取3株煙。取樣后立即用FAA固定液固定并保存。后期用石蠟制片法制片，切片厚度10 μm ，番紅-固綠對染，Olympus攝影顯微鏡觀察并拍照，通過Image-Pro Plus 6.0專業(yè)圖像分析軟件測量組織厚度和單位長度柵欄組織細(xì)胞個數(shù)。每個處理分別制片15～20張。

柵欄組織細(xì)胞密度D = m/d，其中D為單位長度柵欄細(xì)胞個數(shù)（個/cm），m為柵欄組織細(xì)胞個數(shù)（個），d為長度（cm）。

2 結(jié) 果

2.1 砂壤土和水稻土烤煙葉片葉齡變化

由表1可知，水稻土煙葉成熟時葉齡較大，造成葉齡差異主要是在葉長60 cm以后的葉肉細(xì)胞腔隙擴(kuò)展期和成熟期，而其他相鄰葉長之間的葉齡在兩種土壤質(zhì)地間差異不大，說明在葉長60 cm以前，兩種土壤質(zhì)地上烤煙葉片生長到一定長度需要的時間大致相當(dāng)，也就是說葉長的生長速率差異不大，但成熟期水稻土需要的時間較長，便于煙葉落黃。

2.2 烤煙葉片發(fā)育過程中柵欄組織細(xì)胞密度變化

由圖1可知，柵欄組織細(xì)胞密度隨著葉長的增長呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，上、中部葉在葉長20 cm 時候達(dá)到最大，這與高致明等[14]的研究一致；下部葉在葉長10 cm時達(dá)到最大，葉位間的差異可能與定長葉的長度不同有關(guān)。說明上、中部葉在葉長20 cm和下部葉在葉長10 cm之前柵欄組織細(xì)胞以分裂生長為主，而后隨著葉片的生長，柵欄組織細(xì)胞逐漸加粗，胞間隙逐步增大。

砂壤土和水稻土煙葉柵欄組織細(xì)胞分裂結(jié)束時的細(xì)胞密度差異不大，但在分裂期間和細(xì)胞伸長生長期存在差別。水稻土煙葉柵欄組織細(xì)胞分裂速度相對均衡，但砂壤土上部葉柵欄組織細(xì)胞快速分裂出現(xiàn)在3 cm到15 cm之間，中部葉則在葉長10 cm時才出現(xiàn)，而砂壤土下部葉快速分裂則在葉長0.5 cm便開始出現(xiàn)。水稻土上部葉在葉長30 cm到50 cm時的柵欄組織細(xì)胞密度大于砂壤土，但在其他葉位之間這種差異不明顯。由此可知，土壤類型影響細(xì)胞快速分裂時期和增粗生長，并不影響柵欄組織細(xì)胞總數(shù)。砂壤土上、中部煙葉柵欄組織快速分裂的較晚，下部葉較早，水稻土煙葉的分裂速度相對均衡，而且砂壤土上部葉柵欄組織細(xì)胞快速橫向生長較早，中、下部葉土壤類型間的這種差異不明顯。另外，同一葉位在成熟采收時土壤類型間煙葉柵欄組織細(xì)胞密度差別不大。

表1 砂壤土和水稻土烤煙葉片葉齡變化 dTable1 The change of flue-cured tobacco leaf age in sandy loam and clay loam

圖1 各部位煙葉發(fā)育過程中柵欄組織細(xì)胞密度變化Fig.1 The change on cell density of palisade tissue of upper leaves

2.3 烤煙葉片柵欄組織和海綿組織厚度變化

煙草葉肉組織由柵欄組織和海綿組織組成，柵欄組織細(xì)胞排列整齊，含有大量葉綠體，是葉片進(jìn)行光合作用的主要組成部分，而海綿組織空隙較大，細(xì)胞排列疏松，是葉肉干物質(zhì)的主要貯存場所[15]。煙葉柵欄組織和海綿組織發(fā)育與煙葉的品質(zhì)有一定關(guān)系。由圖2可以看出，任何葉位，葉片柵欄組織厚度和海綿組織厚度隨著葉長的增加呈現(xiàn)先緩慢后快速增加的趨勢，這與張貴峰等[16]的研究一致。上、中部葉葉長20 cm，下部葉葉長10 cm以前，柵欄組織厚度和海綿組織厚度增幅較小，因?yàn)檫@個時期葉肉細(xì)胞以分裂生長為主，隨后細(xì)胞進(jìn)入伸長生長階段，柵欄組織厚度迅速增加，直到葉片定長，葉長60 cm后的第2次快速增加可能與打頂有關(guān)。在上、中部葉長30 cm、下部葉長15 cm后，海綿組織厚度迅速增加，這是海綿組織的胞間隙逐步增大的結(jié)果。

由圖2可知，砂壤土和水稻土烤煙上部葉柵欄組織厚度在葉長30 cm之前差異不明顯，其后砂壤土烤煙柵欄組織厚度快速增加，直到葉長40 cm。而水稻土烤煙柵欄組織厚度在葉長40 cm后快速增加，到葉長50 cm，且在成熟期又有一定程度的增加，這可能與水稻土較強(qiáng)的保肥能力和后期的梅雨有關(guān)；而在葉長30 cm后，砂壤土烤煙上部葉海綿組織厚度迅速增加，超過了水稻土，直到葉長60 cm后兩者才保持了相當(dāng)?shù)乃健D2表明，中部葉葉長30 cm后，柵欄組織厚度迅速增加。砂壤土烤煙中部葉柵欄組織細(xì)胞在葉長40 cm時伸長生長速度超過水稻土，但水稻土烤煙柵欄組織在葉長50 cm后快速增加，直到葉長60 cm，使其柵欄組織厚度超過砂壤土；兩種土壤類型下中部葉海綿組織厚度的差異也從葉長30 cm后開始出現(xiàn)，水稻土烤煙海綿組織厚度在葉長30 cm后明顯大于砂壤土。由圖2還可以看出，自下部葉葉長20 cm以后，砂壤土烤煙柵欄組織伸長生長速度超過水稻土，使得其厚度保持在較高水平，但葉長50 cm后，水稻土柵欄組織厚度又迅速增加，其厚度又超過砂壤土；而水稻土海綿組織厚度在葉長50 cm后也快速增加，超過砂壤土。

由此可知，砂壤土和水稻土煙葉柵欄組織厚度和海綿組織厚度的差異主要體現(xiàn)在葉肉細(xì)胞伸長期。砂壤土烤煙葉片柵欄組織快速增厚的較早，水稻土雖晚，但最終其柵欄組織厚度達(dá)到或者超過砂壤土水平。砂壤土和水稻土煙葉海綿組織厚度發(fā)育差異在葉位間規(guī)律不一，但葉片定長時水稻土海綿組織厚度也達(dá)到或者超過砂壤土水平。

2.4 烤煙葉片厚度變化

由圖3看出，葉片厚度受柵欄組織和海綿組織厚度的影響，上、中部葉葉長20 cm，下部葉葉長15 cm之前，葉厚變化不明顯，而后迅速增加，這與張貴峰等[16]的研究一致。不同土壤類型下烤煙葉片厚度的差異也主要體現(xiàn)在細(xì)胞伸長生長階段。上部葉葉厚的發(fā)育規(guī)律差異與柵欄組織一致；水稻土烤煙中部葉葉厚自葉長20 cm后超過砂壤土；水稻土烤煙下部葉葉厚在葉長50 cm后也超過砂壤土。但無論哪個葉位，成熟采收期水稻土烤煙葉片厚度均比砂壤土大。由此可見，砂壤土烤煙僅上部葉葉厚有快速早發(fā)之勢，而且最終無論任何葉位，水稻土的葉厚在成熟期均達(dá)到較高水平。

2.5 烤煙葉片發(fā)育過程中柵欄組織厚度與葉厚比值和柵欄組織與海綿組織厚度比值變化

由圖4看出，無論砂壤土還是水稻土，烤煙葉片柵欄組織厚度和葉厚的比值都呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢；而柵欄組織厚度和海綿組織厚度的比值也呈現(xiàn)波浪式增加的趨勢，在細(xì)胞分裂結(jié)束后開始出現(xiàn)大幅度的升高，這與趙光偉[17]的研究結(jié)論無明顯變化規(guī)律不一致。

無論任何葉位，砂壤土烤煙煙葉柵欄組織厚度與葉厚的比值和烤煙柵欄組織厚度與海綿組織厚度比值在其他葉長時差別不明顯，僅在葉長30 cm到50 cm之間大于水稻土，這是砂壤土煙葉柵欄組織細(xì)胞伸長期及早快速增加的結(jié)果。成熟采收期，除了水稻土烤煙上部葉柵欄組織厚度和葉厚的比值大于砂壤土外，其他無論任何葉位，不同土壤類型煙葉柵欄組織厚度和葉厚的比值以及柵欄組織厚度和海綿組織厚度的比值差異均不明顯。

圖2 各部位煙葉柵欄組織和海綿組織厚度變化Fig.2 The variation on thickness of palisade tissue and sponge tissue of upper leaves

圖3 砂壤土和水稻土烤煙各部位煙葉厚度變化Fig.3 The change on thickness of upper leaves in sandy loam soil and paddy soil

圖4 砂壤土和水稻土烤煙各部位柵葉比和組織比Fig.4 The ratios on both palisade tissue to leaf and palisade tissue to sponge tissue in sandy loam soil and paddy soil

3 討 論

砂壤土質(zhì)地偏輕，土壤透氣性好，肥效較快，而水稻土質(zhì)地偏黏，肥勁穩(wěn)，肥效長。在葉肉細(xì)胞進(jìn)入伸長生長以后，砂壤土煙葉柵欄組織較早的快速發(fā)育，而水稻土相對較晚，但到葉片定長時，其柵欄組織厚度也達(dá)到或者超過砂壤土煙葉的水平，這可能與土壤質(zhì)地之間的肥效尤其是氮素的供應(yīng)差異有關(guān)，這與徐光輝等[18]、朱英華等[19]的研究結(jié)果一致。海綿組織在葉肉細(xì)胞伸長生長期后出現(xiàn)胞間隙，其厚度的增加主要受胞間隙的增大影響，土壤質(zhì)地所造成的肥效差異在此時的影響相對較小，因此，土壤質(zhì)地所引起的海綿組織厚度差異規(guī)律與柵欄組織的規(guī)律在葉位間表現(xiàn)不太一致。由于葉厚主要受海綿組織厚度和柵欄組織厚度共同影響，也由此使土壤質(zhì)地造成葉厚的差異規(guī)律與柵欄組織的規(guī)律在葉位之間表現(xiàn)也不一致，與時向東等[20-21]、邱立友等[22]的研究規(guī)律吻合。

砂壤土烤煙柵欄組織快速增厚的時期較早，以便合成和儲存較多光合物質(zhì)以盡早供給煙株生長需要和細(xì)胞內(nèi)部的生理生化代謝活動，雖然水稻土烤煙葉片柵欄組織厚度、海綿組織厚度和葉厚最終也達(dá)到甚至超過了砂壤土水平，但此時葉片即將進(jìn)入成熟階段，成熟期是煙葉進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要階段，若光合產(chǎn)物太多，降解不充分，不利于煙葉品質(zhì)[23-26]。由此推測，砂壤土煙葉柵欄組織厚度及早快速增厚，和水稻土煙葉葉片組織結(jié)構(gòu)后期較厚，以及他們所引起的細(xì)胞內(nèi)部生理生化代謝差異，可能是這兩種土壤類型烤煙形成不同香氣風(fēng)格的原因之一。

隨著葉長的增長，烤煙葉片柵欄組織厚度與葉厚比值和柵欄組織厚度與海綿組織厚度比值都大體呈現(xiàn)增加的趨勢，說明在皖南煙葉在發(fā)育過程中，煙葉柵欄組織厚度增加幅度比海綿組織大，柵欄組織對葉厚的貢獻(xiàn)度比海綿組織高。另外，皖南煙葉柵欄組織厚度與海綿組織厚度比值比云南[4]、黑龍江[6]和湖南[10]的云煙87都大，說明皖南生態(tài)條件下烤煙葉片柵欄組織相對發(fā)達(dá)，有助于光合產(chǎn)物的合成和積累，可能是皖南煙葉能夠形成焦甜香風(fēng)格的前提。

4 結(jié) 論

（1）柵欄組織細(xì)胞密度隨葉長的增長呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，土壤類型影響烤煙葉片柵欄組織細(xì)胞快速分裂時期和增粗生長，并不影響柵欄組織細(xì)胞總數(shù)。砂壤土上、中部煙葉柵欄組織快速分裂的較晚，下部葉較早；水稻土煙葉的分裂速度相對均衡，而且砂壤土上部葉柵欄組織細(xì)胞快速橫向生長較早，中、下部葉土壤類型間的這種差異不明顯。

（2）葉片柵欄組織厚度、海綿組織厚度和葉厚均隨著葉長的增加呈現(xiàn)先緩慢后快速增加的趨勢，兩種土壤類型下柵欄組織厚度和海綿組織厚度在葉肉細(xì)胞分裂期差異不大，其差異主要體現(xiàn)在葉肉細(xì)胞伸長期。砂壤土烤煙葉片柵欄組織快速增厚的較早，而不同土壤類型煙葉海綿組織厚度和葉厚的發(fā)育差異規(guī)律在葉位之間表現(xiàn)不一，且最終葉片定長時水稻土煙葉的柵欄組織厚度、海綿組織厚度和葉厚都達(dá)到或者超過砂壤土水平。

（3）隨著葉長的增長，皖南烤煙葉片柵欄組織厚度與葉厚比值和柵欄組織厚度與海綿組織厚度比值都大體呈現(xiàn)增加的趨勢。在葉肉細(xì)胞伸長前期，柵欄組織厚度與葉厚的比值和柵欄組織厚度與海綿組織厚度比值也較大。

[1]劉衛(wèi)群，郭紅祥，石永春，等.配施餅肥對烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，37（增刊）：6-10.

[2]黃勇，周冀衡，劉建利，等.不同部位煙葉海綿與柵欄細(xì)胞中主要化學(xué)成分研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40（10）：2289-2295.

[3]黃勇.煙葉結(jié)構(gòu)與代謝產(chǎn)物差異及光因素影響的研究[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007：1-3.

[4]段鳳云，張錦韜，李麗.不同烤煙品種葉片組織結(jié)構(gòu)的比較研究[J].昆明師范高等專科學(xué)校學(xué)報，2006，28（4）：38-41.

[5]黃勇，周冀衡，周義和，等.五個烤煙品種葉片柵欄組織和海綿組織化學(xué)成分研究[J].中國煙草學(xué)報，2007，13（3）：57-61.

[6]蔡敦江.不同烤煙品種之間葉片解剖結(jié)構(gòu)的差異[J].科技咨詢，2007（21）：169.

[7]趙光偉，孫廣玉.揭膜和不揭膜對烤煙葉片結(jié)構(gòu)的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2005，21（11）：110-113.

[8]劉國順，高致明，符云鵬，等.氮對烤煙葉片發(fā)育及結(jié)構(gòu)的影響[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1994，4（增刊）：71-75.

[9]時向東，劉國順，袁秀云，等.不同肥料對烤煙葉片組織結(jié)構(gòu)的影響[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1998，8（增刊）：101-106.

[10]李榮春，李佛琳，徐瓊?cè)A，等.鉀對烤煙葉片解剖結(jié)構(gòu)的效應(yīng)及其品種差異[J].中國煙草科學(xué)，2001，22（2）：39-41.

[11]夏凱，齊紹武，周冀衡.烤煙的成熟度與葉片組織結(jié)構(gòu)及葉綠素含量的關(guān)系[J].作物研究，2005，19（2）：102-106.

[12]張樹堂，楊雪彪，王亞輝，等.不同成熟度烤煙鮮煙葉的組織結(jié)構(gòu)比較[J].煙草科技，2005（1）：38-41.

[13]李躍武，陳朝陽，江豪.烤煙品種云煙85煙葉的成熟度I.成熟度與葉片組織結(jié)構(gòu)葉色、化學(xué)成分的關(guān)系[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報，2002，31（1）：16-21.

[14]高致明，劉國順.烤煙葉片結(jié)構(gòu)與葉長度關(guān)系的研究[J].煙草科技，1991（6）：32-37.

[15]郭月清，劉國順，汪耀富，等.氮素用量對烤煙生長發(fā)育和成熟度影響的研究[C]//河南省煙草優(yōu)質(zhì)高效益綜合技術(shù)研究總結(jié)及論文匯編，1987：136-147.

[16]張貴峰，李恒全，趙光偉，等.烤煙葉片柵欄組織與葉片厚度比值的變化[J].中國煙草科學(xué)，2006，27（4）；31-34.

[17]趙光偉.烤煙葉片生長發(fā)育的生物學(xué)和質(zhì)量特性研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2007：23-31.

[18]徐光輝，熊淑萍，李春明，等.氮素形態(tài)對烤煙成熟期葉片組織結(jié)構(gòu)及葉綠素含量的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2008，27（9）：233-236.

[19]朱英華，屠乃美，肖漢乾，等.酸性pH 條件對烤煙生理指標(biāo)及葉片組織結(jié)構(gòu)的影響[J].中國煙草科學(xué)，2011，32（4）：46-50.

[20]時向東，焦楓，范豪杰，等.烤煙葉片發(fā)育過程中柵欄細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化[J].煙草科技，2010（5）：46-50.

[21]時向東，焦楓，葉紅朝，等.黏土和砂壤土對煙葉發(fā)育過程中柵欄細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，44（3）：249-254.

[22]邱立友，李富欣，祖朝龍，等.皖南不同類型植煙土壤成熟期煙葉的基因差異表達(dá)和顯微結(jié)構(gòu)的比較[J].作物學(xué)報，2009，35（4）：749-754.

[23]時向東，方圓，楊雙劍，等.烤煙葉片發(fā)育過程中的組織學(xué)和細(xì)胞學(xué)研究[J].煙草科技，2009（7）：48-54.

[24]王程棟，王樹聲，申國明，等.不同成熟度煙草葉片細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)變化規(guī)律研究[J].中國煙草科學(xué)，2007，28（3）：30-34.

[25]黃勇，周冀衡，鄭明，等.不同成熟度煙葉結(jié)構(gòu)顯微分析[J].中國煙草科學(xué)，2008，29（2）：5-8.

[26]黃勇，周冀衡，楊虹琦，等.烤煙成熟過程中葉片和葉綠體的細(xì)胞學(xué)觀察[J].作物學(xué)報，2006，32（11）：1767-1770.