?鎂、錳對烤煙IPP質(zhì)體途徑中間產(chǎn)物及腺毛密度與石油醚浸提物含量的影響

摘 要：烤煙IPP質(zhì)體途徑中間產(chǎn)物直接影響烤煙萜類前體物的生成。通過不同化學(xué)調(diào)控措施（施用Mn2+、Mg2+作為基肥）研究烤煙（云煙87）關(guān)鍵中間產(chǎn)物1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸、異戊烯焦磷酸（IPP）的變化，及其對烤煙腺毛密度與石油醚浸提物含量的影響。結(jié)果表明：施用Mn2+、Mg2+可顯著提高IPP質(zhì)體途徑中間產(chǎn)物的相對含量、腺毛密度及石油醚浸提物含量，施Mn2+更有利于烤煙IPP質(zhì)體途徑關(guān)鍵中間產(chǎn)物生成和腺毛生長，可促進(jìn)烤煙油分及香氣物質(zhì)生成，提高煙葉品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：鎂;錳;異戊烯焦磷酸;質(zhì)體途徑

中圖分類號：S572 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）11-0029-04

Effects of Magnesium and Manganese on Intermediatess of IPP Plastid Pathway， Glandular Trichomes Density and Content of Petroleum Ether Extracts in Tobacco

LIU Jing1，LIAO Heng2，MENG Yuan1，LU Yin-gang2，ZHANG Zhi-fan1，HAN Xiao-bin1

（1. Zunyi Tobacco Branch Company of Guizhou Tobacco Company ，Zunyi 563000; 2. Agricultural College， Guizhou University，

Guiyang 550025）

Abstract： The intermediate products of the IPP plastid pathway of flue-cured tobacco directly affect the production of terpenoid precursors in tobacco.This experiment through different chemical control measures （using Mn2+ and Mg2+ as base fertilizers） was to study the changes of 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate and IPP （isopentene pyrophosphate）， key intermediate products of flue-cured tobacco （Yunyan 87）， and their effects on glandular trichomes density and the content of petroleum ether extracts. The results showed that the application of Mn2+ and Mg2+ can significantly increase the relative content of intermediates of IPP plastid pathway， glandular trichomes density， and petroleum ether extracts. Mn2+ was more conducive to the formation of key intermediates in IPP pathway and growth of tobacco glandular trichome， which promoted the production of flue-cured tobacco oil and aroma substances and improved the quality of tobacco leaves.

Key words： magnesium; manganese; isopentenyl pyrophosphate; plastid pathway

異戊烯焦磷酸（IPP）作為植物萜類物質(zhì)（單萜、雙萜、四萜化合物及其衍生物）代謝的關(guān)鍵中間產(chǎn)物，直接影響烤煙的油分含量和香氣含量。一直以來，甲羥戊酸（MVA）途徑是學(xué)術(shù)界公認(rèn)的IPP合成的唯一途徑，該途徑在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)進(jìn)行，也稱為細(xì)胞質(zhì)途徑[1]，直至1993年，脫氧木酮糖磷酸（DXP）途徑在有色體、葉綠體等質(zhì)體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)，此后DXP途徑也稱為IPP的質(zhì)體途徑[2-3]。鎂、錳作為烤煙第三類必需的營養(yǎng)元素，主要起到平衡陰離子、激活酶類、并作為反應(yīng)物的橋梁的作用，還具有控制膜的滲透性以及電化學(xué)勢等生理生化功能[4]。鎂、錳作為二價金屬離子還參與IPP質(zhì)體途徑中關(guān)于DXPS的反應(yīng)，例如3-磷酸甘油醛與丙酮酸反應(yīng)需要鎂、錳離子的催化，同時釋放出5-磷酸脫氧木酮糖[5]。煙葉表面分泌物，主要包括腺毛分泌物和葉表細(xì)胞分泌物，其成分包括醇類、脂類、酚類、醛類、西柏烷類、賴百當(dāng)類和類胡蘿卜素等，影響烤煙的油分含量和香氣物質(zhì)的含量，從一定程度上反映了烤煙的品質(zhì)，一般認(rèn)為石油醚浸提物包含了大部分的烤煙表面分泌物，可作為衡量烤煙油分含量及煙葉品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)之一[6-9]。

試驗擬對烤煙分別施用鎂、錳，通過分析烤煙IPP途徑關(guān)鍵中間產(chǎn)物的變化狀況，烤煙腺毛的形態(tài)和數(shù)量，初步探究其運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理。同時研究相應(yīng)協(xié)調(diào)的化學(xué)調(diào)控措施，以達(dá)到提高烤煙的油分含量、香氣含量，優(yōu)化烤煙品質(zhì)的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗時間及地點(diǎn)

試驗于2017年4月至2017年10月在貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院盆栽廠進(jìn)行。

1.2 供試材料

1.2.1 供試品種 云煙87，由貴州省煙草公司遵義市公司提供。

1.2.2 肥 料 煙草專用基肥（N∶P2O5∶K2O=10∶10∶25，

湖北香青化肥有限公司），煙草專用追肥（N∶P2O5∶K2O=

13∶10∶26，湖北香青化肥有限公司）;MgSO4·7H2SO4（分析純，成都金山化學(xué)試劑有限公司），MnSO4（分析純，成都金山化學(xué)試劑有限公司）。

1.2.3 土 壤 試驗土壤為黃壤。其背景值為：全氮1.39 g/kg，堿解氮78.73 mg/kg，有效磷33.13 mg/kg，速效鉀139.33 mg/kg，有機(jī)質(zhì)26.20 g/kg，pH值5.54。將其充分混勻，過1 cm孔徑篩網(wǎng)備用。

1.3 試驗設(shè)計

以Mn2+、Mg2+施用為影響因子設(shè)計單因素盆栽試驗，根據(jù)施用元素不同分別記作K1、K2、K3（表1），采取隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，分為2個時期取樣，共18盆。4月20日取健壯、整齊煙苗進(jìn)行移栽，移栽前1 d每盆施煙草專用基肥136.6 g及硫酸鎂（硫酸錳）20 g，烤煙移栽35 d再施入煙草專用追肥41 g，每2～3 d澆1次水（約1 500 mL），并進(jìn)行日常管理。待到烤煙旺長期、成熟期取其中部葉，測定烤煙IPP質(zhì)體途徑關(guān)鍵中間產(chǎn)物、腺毛密度以及石油醚浸提物含量。

1.4 指標(biāo)測定及方法

1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸、異戊烯焦磷酸均采用GC-MS測定;腺毛密度采用掃描電鏡測定;石油醚浸提物采用索氏提取法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和DPS7.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用鎂、錳對烤煙IPP質(zhì)體途徑關(guān)鍵中間產(chǎn)物的影響

將煙樣通過GC-MS分析，通過檢索得到2種中間產(chǎn)物的目標(biāo)色譜圖（圖1僅列出施Mg2+處理煙樣檢測結(jié)果），通過其峰面積比較其相對含量。圖2表明，與K1（CK）相比，不同化學(xué)調(diào)控措施（施用Mg2+、Mn2+處理）下烤煙IPP質(zhì)體途徑關(guān)鍵中間產(chǎn)物峰面積的差異均達(dá)到顯著水平（P<0.05），其中旺長期，K2、K3處理烤煙中DXP峰面積較K1分別增加17.6%、27.9%，IPP峰面積分別增加14.4%、21.9%;成熟期，K2、K3處理烤煙中DXP峰面積較K1分別增加24.2%、32.0%，IPP峰面積分別增加18.0%、17.8%。與施Mg2+相比，施Mn2+對烤煙旺長期和成熟期DXP峰面積的影響均達(dá)顯著水平（P<0.05）;施Mn2+對烤煙旺長期IPP峰面積的影響達(dá)顯著水平（P<0.05），但對成熟期IPP峰面積未達(dá)到顯著水平;不同時期中間產(chǎn)物峰面積表現(xiàn)為：成熟期>旺長期。綜上所述，施用Mg2+、Mn2+處理均可提高烤煙IPP質(zhì)體途徑關(guān)鍵中間產(chǎn)物含量，施用Mn2+更有利于其中間產(chǎn)物含量的積累;成熟期烤煙的中間產(chǎn)物合成量更大。

2.2 施用鎂、錳對烤煙腺毛密度的影響

通過掃描電鏡可觀測煙葉表面的腺毛形態(tài)以及腺毛密度（圖3），結(jié)合表2可知，與K1（CK）相比，施用Mg2+、Mn2+處理均對烤煙長柄腺毛密度、短柄腺毛密度以及總密度差異達(dá)到顯著水平（P<0.05），其中旺長期，K3處理腺毛密度最高，其短柄腺毛、長柄腺毛以及總密度分別為7.75、20.87、28.62根/mm2，成熟期與旺長期趨勢表現(xiàn)一致，K3處理短柄腺毛、長柄腺毛以及總密度分別為5.99、19.48、25.47根/mm2;不同時期煙葉腺毛密度整體表現(xiàn)為：旺長期>成熟期。說明施用Mg2+、Mn2+可顯著提升烤煙旺長期、成熟期腺毛密度，施用Mn2+能進(jìn)一步促進(jìn)煙葉表面腺毛的生成，且旺長期煙葉腺毛密度整體大于成熟期煙葉腺毛密度。

2.3 施用鎂、錳對烤煙石油醚浸提物含量的影響

不同化學(xué)調(diào)控措施（施用Mg2+、Mn2+）對不同時期（旺長期、成熟期）烤煙石油醚浸提物含量的影響如圖4所示。與K1（CK）相比，施用Mg2+、Mn2+處理對烤煙石油醚浸提物含量差異均達(dá)到顯著水平（P<0.05），其中K2處理在旺長期、成熟期含量達(dá)到7.78%、8.98%;烤煙生長的中后期石油醚浸提物呈現(xiàn)出積累的趨勢，隨時間的增加而增加，從90～105 d，石油醚浸提物含量由6.86%～7.78%增加至7.83%～8.98%。綜上所述，施用Mg2+、Mn2+可提高烤煙石油醚浸提物含量，有利于烤煙油分和香氣物質(zhì)的形成，同時在烤煙生長中后期石油醚浸提物含量逐漸增加。

圖4 不同處理對烤煙石油醚浸提物含量的影響

3 結(jié)論與討論

（1）施用Mg2+、Mn2+可顯著提高烤煙旺長期、成熟期IPP質(zhì)體途徑關(guān)鍵中間產(chǎn)物1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸、IPP（異戊烯焦磷酸）含量，其中Mn2+處理與常規(guī)處理相比，旺長期1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸、IPP分別增加27.9%、21.9%，成熟期分別增加32.0%、17.8%。施用Mn2+可進(jìn)一步增加烤煙中間產(chǎn)物的合成量，提高萜類前體物的含量[10]，從一定程度上促進(jìn)烤煙油分以及香氣物質(zhì)的生成。

（2）施用Mg2+、Mn2+可顯著提高烤煙旺長期、成熟期煙葉腺毛密度，與施Mg2+處理相比，施Mn2+可進(jìn)一步促進(jìn)煙葉表面腺毛的生成，從而增加烤煙表面分泌物。不同生育時期腺毛密度整體表現(xiàn)為：旺長期>成熟期，這種現(xiàn)象可能是受到環(huán)境因素的影響，光照、降水均會影響腺毛的密度[11]。

（3）施用Mg2+、Mn2+可顯著提高烤煙旺長期、成熟期石油醚浸提物含量，其中K2處理在旺長期、成熟期石油醚浸提物含量分別達(dá)到7.78%、8.98%，說明施用Mg2+、Mn2+可提高石油醚浸提物含量，促進(jìn)烤煙油分及香氣物質(zhì)的生成，提升煙葉品質(zhì);從旺長期到成熟期其石油醚浸提物含量由6.86%～7.78%增加至7.83%～8.47%，說明該時間段，烤煙石油醚浸提物呈現(xiàn)出增加趨勢，即不同生育時期石油醚浸提物含量表現(xiàn)為：成熟期>旺長期，這與冷璐等[12]研究結(jié)果一致。

綜上所述，施用Mg2+、Mn2+可顯著提高烤煙旺長期、成熟期IPP質(zhì)體途徑關(guān)鍵中間產(chǎn)物1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸、IPP（異戊烯焦磷酸）含量，有利于煙葉表面腺毛的生長以及腺毛分泌物的合成，促進(jìn)烤煙油分及香氣物質(zhì)的生成，提高煙葉品質(zhì)。

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（責(zé)任編輯：夏亞男）