不同施氮水平對(duì)烤煙葉片光合與熒光特性的影響

魏永濤 母明新 史洪濤

摘要 ? ?采用大田試驗(yàn)，以云煙87為試驗(yàn)材料，研究了不同施氮水平對(duì)烤煙葉片生長期間的光合與熒光特性的影響，探索出適合實(shí)際生產(chǎn)的氮素水平，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，隨著氮素水平的不斷提高，烤煙葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度都是逐漸升高的趨勢，在施氮水平為60.0 kg/hm2時(shí)達(dá)到最大，繼續(xù)提高氮素水平會(huì)對(duì)烤煙的正常生長起到一定的抑制作用;在烤煙植株正常生長的氮素水平內(nèi)，胞間CO2濃度隨著氮素的升高呈現(xiàn)降低趨勢。在一定范圍內(nèi)，隨著氮素水平的升高，暗適應(yīng)后的最小熒光強(qiáng)度（F0）、烤煙葉片的最大熒光（Fm）和PSⅡ的最大光化學(xué)量子產(chǎn)率（Fv /Fm）都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，而非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ）表現(xiàn)為先降后升的趨勢，都在施氮水平為60.0 kg/hm2時(shí)達(dá)到最大值和最小值。因此，氮素水平為60.0 kg/hm2時(shí)是烤煙正常生長的最佳供氮水平。

關(guān)鍵詞 ? ?煙草;施氮水平;光合特性;葉綠素?zé)晒?/p>

中圖分類號(hào) ? ?S572;S147.5 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2019）21-0008-04 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

Abstract ? ?Taking Yunyan 87 as the experimental material，the field experiments were conducted to study the effects of different nitrogen levels on photosynthesis and fluorescence characteristics of flue-cured tobacco leaves during their growth period in order to find out the suitable nitrogen level for actual production and provide theoretical basis for agricultural production.The results showed that with the continuous increase of nitrogen levels，the net photosynthetic rate，transpiration rate，and stomata conductance of flue-cured tobacco leaves were gradually increasing，reaching a maximum at a concentration of 60.0 kg/hm2，and continuing to increase nitrogen level would inhibit the normal growth of flue-cured tobacco. In the normal growth of flue-cured tobacco，the intercellular CO2 concentration decreased with the increase of nitrogen. Within a certain range，with the increase of nitrogen level，the minimum fluorescence intensity（F0）after dark adaptation，the maximum fluorescence（Fm）of flue-cured tobacco leaves，and the maximum photochemical quantum yield（Fv /Fm）of PSII presented the trend of rising first and then decreasing，and the non-photochemical quenching coefficient（NPQ）showed the trend of falling first and then rising，both reaching the maximum and the minimum at the concentration of 60.0 kg/hm2.Based on the comprehensive analysis，the nitrogen concentration of 60.0 kg/hm2 was the optimal nitrogen supply level for normal growth of flue-cured tobacco.

Key words ? ?tobacco;nitrogen level;photosynthetic characteristic;chlorophyll fluorescence

植物的生長發(fā)育與氮素的作用有著密不可分的關(guān)聯(lián)。在煙草生長過程中，氮素的影響至關(guān)重要，而氮素的用法用量將直接關(guān)系到煙葉的品質(zhì)和產(chǎn)量[1-5]。在給予煙株充分的氮素供應(yīng)時(shí)，煙葉的光合作用機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)加快，CO2同化速率加強(qiáng)，致使光合作用的速率提高;當(dāng)烤煙植株氮素供應(yīng)不足時(shí)，煙葉的光合速率受到了一定的限制[6-13]。針對(duì)目前烤煙種植存在的問題，圍繞氮素在烤煙植株生長中的作用，從而設(shè)定不同的供氮水平，研究田間不同施氮水平對(duì)烤煙葉片光合、熒光特性的影響，探討烤煙種植生產(chǎn)中最適宜的供氮水平，對(duì)進(jìn)一步提高烤煙種植的經(jīng)濟(jì)效益和煙葉品質(zhì)都有著重要的意義。

1 ? ?材料與方法

1.1 ? ?試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2018年在河南科技大學(xué)開元校區(qū)農(nóng)場進(jìn)行。試驗(yàn)田氣候?qū)儆跍貛О敫珊蛋霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候，年均降水量約600 mm，年均氣溫（13.5±0.5）℃，年均輻射量為491.5 kJ/cm2，年均無霜期217 d左右，年均日照時(shí)數(shù)2 450 h左右，煙苗移栽前0～20 cm土層中有機(jī)質(zhì)含量為14.6 g/kg、速效氮含量為74.8 mg/kg、速效磷含量為4.6 mg/kg、速效鉀含量為120.9 mg/kg，pH值為7.5。

1.2 ? ?試驗(yàn)材料

供試烤煙品種為云煙87。

1.3 ? ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用大田試驗(yàn)，設(shè)置6個(gè)氮素水平處理，分別為不施氮肥作空白對(duì)照（CK）、低氮水平15.0 kg/hm2（N1）、中低氮水平30.0 kg/hm2（N2）、中氮水平45.0 kg/hm2（N3）、中高氮水平60.0 kg/hm2（N4）、高氮水平75.0 kg/hm2（N5）。3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積30.0 m2左右。于2018年5月9日移栽煙苗至大田，行距1.2 m，株距50 cm左右。同時(shí)，為了防止氮、磷、鉀肥料配比的失衡，均按照同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即以處理N3的施氮水平為標(biāo)準(zhǔn)（N∶P2O5∶K2O=1∶2∶3），在其他栽培管理上均保持一致，定期灌溉，噴灑殺蟲劑等。

1.4 ? ?測定指標(biāo)與方法

1.4.1 ? ?光合指標(biāo)測定。選擇在晴朗無風(fēng)天的9：00—11：00，用美國LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400型便攜式光合測定儀，分別在移栽后30、45、60、75、90 d進(jìn)行5次測定，測定時(shí)選掛牌煙株向陽的功能性葉片（即代謝最旺盛的葉片，一般指從煙株頂端向下5 cm起第3片或第4片煙葉）進(jìn)行測量，測定參數(shù)包括凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）等，每1個(gè)葉片測定10個(gè)重復(fù)數(shù)據(jù)，最后取其平均值。

1.4.2 ? ?葉綠素?zé)晒鉁y定。在測定光合指標(biāo)的同時(shí)也同步測定掛牌煙株功能葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)，用MINI-PAM-II超便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x，先在烤煙植株正常生長的情況下測定烤煙功能葉片的光反應(yīng)熒光參數(shù)，然后在同一葉片的相同部位給葉片暗適應(yīng)處理大約30 min，再用熒光儀測定暗反應(yīng)的熒光參數(shù)。測定時(shí)期與測光合指標(biāo)一致，同樣在5個(gè)生長時(shí)期進(jìn)行了5次測定，測定參數(shù)包括暗適應(yīng)后的最小熒光強(qiáng)度（F0）、最大熒光值（Fm）、PSⅡ的最大光化學(xué)量子產(chǎn)率（Fv /Fm）、非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ）等，每個(gè)待測葉片測定10個(gè)重復(fù)數(shù)據(jù)，最后取其平均值。

1.5 ? ?數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2010和IBM SPSS進(jìn)行分析，使用Graph Pad Prism 5生成數(shù)據(jù)并繪制圖表。

2 ? ?結(jié)果與分析

2.1 ? ?不同施氮水平處理對(duì)烤煙葉片光合特性的影響

2.1.1 ? ?凈光合速率。由圖1可知，施氮肥和不施氮肥對(duì)烤煙植株的凈光合作用存在顯著性差異，隨著氮素濃度的不斷增加，煙葉的凈光合速率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，并在移栽60 d左右達(dá)到最大值，以處理N3、N4達(dá)到凈光合速率的最大值，而處理N5凈光合速率有明顯降低，表明過量的氮素水平會(huì)抑制烤煙葉片的凈光合速率，而氮素的提升在本質(zhì)上提高了葉綠素的含量，從而影響煙葉干物質(zhì)的積累，對(duì)研究烤煙葉片內(nèi)煙堿和蛋白的積累有一定的指向作用。雖然在不同的時(shí)期，處理N3、N4的凈光合速率時(shí)高時(shí)低，但經(jīng)過LSD法檢驗(yàn)差異顯著性分析，在凈光合速率上2個(gè)處理之間差異不顯著。

2.1.2 ? ?氣孔導(dǎo)度。氣孔導(dǎo)度能表示植物葉片與外界O2、CO2、水蒸氣的交換速率[9]。由圖2可知，在移栽30 d時(shí)施氮肥與不施氮肥對(duì)烤煙葉片的氣孔導(dǎo)度影響存在顯著差異，處理N4達(dá)最大值，較CK增長19.6%;移栽45、60、75 d這3個(gè)時(shí)期，氣孔導(dǎo)度大小表現(xiàn)為處理N3>處理N4>處理N2，增長量為12.26%～30.49%，并存在顯著性差異。移栽60、75 d這2個(gè)時(shí)期處理N3氣孔導(dǎo)度達(dá)到最大值，而處理N2、N4所達(dá)到的氣孔導(dǎo)度水平均略低于處理N3，并且兩者之間不存在顯著性差異，說明處理N4的施氮水平已經(jīng)略高于烤煙正常生長所需要的最佳氮素濃度，開始抑制烤煙葉片的氣孔導(dǎo)度，影響了煙葉與外界的氣體交換，從而在一定程度上影響了烤煙葉片的光合作用。

2.1.3 ? ?胞間CO2濃度。胞間CO2濃度是衡量光合作用的一個(gè)重要參數(shù)[13-14]。由圖3可知，氮素水平的升高會(huì)導(dǎo)致烤煙葉片胞間CO2濃度逐漸降低，光合作用固定的CO2量越多，胞間CO2濃度則越低，表明烤煙葉片的光合作用隨著氮素水平的升高不斷增加，并且在施用氮素和不施用氮素之間存在著明顯的顯著性差異。移栽60、75 d這2個(gè)時(shí)期，差異達(dá)到最大值，增幅分別為18.67%和16.51%，而移栽60 d的增長量大于移栽75 d的增長量，表明烤煙植株在移栽60 d時(shí)干物質(zhì)積累和光合效率要高于移栽75 d的階段。在除移栽45 d的其他4個(gè)階段，均表現(xiàn)為CK>處理N1>處理N2>處理N3≈處理N4，處理N3、N4之間差異性不大，但仍能看出處理N4的胞間CO2濃度要較處理N3的低，變化幅度為1.38%～5.62%，表明在處理N3、N4的氮素水平下光合作用達(dá)到最大，并且處理N4的光合作用略微大于處理N3的光合作用。而引起處理N5胞間CO2濃度的變化原因可能是由于該小區(qū)在整塊田的最末端，靠近用磚砌的圍墻，導(dǎo)致氣體流通性較差，周圍植物的光合作用降低了空氣中CO2含量。鄒振華等[6]研究表明，隨著氮素濃度的增高，光合作用逐漸增強(qiáng)，Ci會(huì)逐漸降低，這也為本試驗(yàn)中處理N4的光合強(qiáng)度大于處理N3提供了一定的依據(jù)。

2.1.4 ? ?蒸騰速率。植物的蒸騰作用是指葉片光合作用過程中會(huì)把葉片內(nèi)的水蒸氣通過氣孔、皮孔、角質(zhì)層等途徑散失掉。而蒸騰速率是一定時(shí)間內(nèi)單位面積的葉片通過蒸騰作用所散失的水分，其是表征烤煙葉片光合作用的一個(gè)重要因素，而烤煙葉片氣孔的開合是影響蒸騰速率的一個(gè)重要因素。

由圖4可知，在移栽后30、75、90 d這3個(gè)時(shí)期，烤煙葉片蒸騰速率都是在處理N3時(shí)達(dá)到最大值，呈現(xiàn)出處理N3>處理N2和處理N3>處理N4的趨勢，增幅范圍為14.41%～20.84%，并且存在顯著差異，在移栽后45、60 d時(shí)所表現(xiàn)的是處理N4葉片的蒸騰速率達(dá)到最大，且處理N4>處理N3>處理N2>處理N1≈處理N5，處理N4與處理N5、CK均存在顯著性差異，增幅分別為16.32%和20.6%，表明蒸騰速率的變化確實(shí)與氮素水平存在一定的關(guān)系，而過高的氮素含量也會(huì)影響葉片蒸騰速率，從而抑制煙葉的正常光合速率。但移栽后90 d時(shí)烤煙的生理指標(biāo)已接近成熟期，干物質(zhì)積累相對(duì)緩慢，而圖中表現(xiàn)處理N5>處理N2>處理N4的原因可能是該煙株成熟相對(duì)較晚，其他煙株表現(xiàn)成熟期時(shí)該煙株還在打頂后期。

2.2 ? ?不同施氮水平處理對(duì)烤煙葉片葉綠素?zé)晒獾挠绊?/p>

葉綠素?zé)晒庾鳛楣夂献饔醚芯康奶结槪軌蛟诒ＷC植株正常生長的前提下測定，簡單快捷又方便，而植物光合作用的全過程基本都可以通過測定葉綠素?zé)晒獾姆绞絹碜匪荩蚨~綠素?zé)晒庠诤芏囝I(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。葉綠素?zé)晒饪梢员磉_(dá)的信息不但包括光合作用反應(yīng)過程中對(duì)光能的利用方向等，而且還與CO2的固定、ATP的合成、電子傳遞等過程都有重要的關(guān)聯(lián)[7]。光被烤煙葉片葉綠素分子吸收之后，有一部分被葉片進(jìn)行光合作用所消耗掉，另外一部分則通過放出熒光，回到基態(tài)，還有一部分能量將會(huì)以熱能的形式從植物葉片釋放，這部分能量就是葉綠素?zé)晒庵型ǔＬ岬降腘PQ[5]。NPQ能夠反映PSⅡ反應(yīng)中心對(duì)色素吸收過量光能后的熱耗散能力。由表1可知，在移栽30、45、60、75、90 d這5個(gè)生長階段，各處理的NPQ都是呈現(xiàn)出先降低再增長的趨勢，在移栽后30、60、75 d這3個(gè)時(shí)期均表現(xiàn)出處理N3<處理N4，說明這3個(gè)生育期以熱能形式散失的能量在處理N3時(shí)比較少，更多的能量則用于光合作用，而在其他2個(gè)生長階段的NPQ表現(xiàn)為處理N4<處理N3，說明處理N4散失的能量少。由多重比較結(jié)果可知，CK的NPQ值最大，達(dá)到了0.85;處理N4最小，僅為0.63，較CK降低25.9%。由此說明施用的氮肥在烤煙生長的正常范圍內(nèi)，能夠在一定程度上增加葉片對(duì)光能的利用，且以施氮量60.0 kg/hm2時(shí)表現(xiàn)的效果最佳。

在一定范圍內(nèi)，隨著氮素水平的不斷升高，F(xiàn)0、Fm、Fv /Fm均呈現(xiàn)伴隨增長的情況，并且在處理N3、N4時(shí)達(dá)到最大值，而當(dāng)?shù)厮嚼^續(xù)增加到處理N5時(shí)，則表現(xiàn)出一定的降低趨勢，說明氮素濃度達(dá)到處理N5時(shí)，會(huì)對(duì)煙葉的光合作用起到一定的抑制作用，在正常生育階段開始限制了煙葉干物質(zhì)量的積累，這與烤煙植株光合參數(shù)分析的變化趨勢一致。

從移栽后30 d測得的熒光數(shù)據(jù)分析，F(xiàn)0、Fm、Fv /Fm在CK及處理N1、N2、N3時(shí)，隨著氮素濃度的不斷提高，這3項(xiàng)指標(biāo)都是逐漸提升的過程，并且存在處理N3>處理N4;NPQ則逐漸降低，在處理N3時(shí)降到最低水平，說明此時(shí)散失的能量最少，烤煙葉片將吸收的光能更多地運(yùn)用到了光合作用中，說明在煙苗移栽后30 d處理N3更有利于烤煙葉片的正常生長。在移栽后45 d之后的各個(gè)生育時(shí)期F0、Fm、Fv /Fm的數(shù)值都是在處理N4時(shí)達(dá)到最大值，并且處理N4的NPQ基本達(dá)到各個(gè)時(shí)期的最小值，表明之后的時(shí)期各處理均與對(duì)照存在顯著差異，并且不同濃度的氮素水平差異能夠反映烤煙葉片的光合效率和對(duì)光能的利用。與CK相比，除處理N5外，其他處理的參數(shù)都顯著增加，說明施用適宜濃度的氮素能夠在一定程度上提高烤煙葉片PSⅡ反應(yīng)中心的電子活性，其中Fv /Fm值最大的仍是處理N4，為0.85，是CK的1.27倍，說明施氮量60.0 kg/hm2是提高烤煙葉片對(duì)光能利用效率的最適宜濃度。

3 ? ?結(jié)論與討論

烤煙的生長發(fā)育受水、肥、光照等各個(gè)方面的影響，而在各種影響因素中肥料又是人為調(diào)控的關(guān)鍵因素，其中氮肥對(duì)烤煙的作用至關(guān)重要。近年來，很多科研工作者在肥料用量的調(diào)控上多采用控制氮肥的形態(tài)和用量的方式[15-24]。

整體分析光合特性的測定參數(shù)，在施氮水平0～75 kg/hm2范圍內(nèi)，烤煙植株的凈光合速率隨施氮量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，施氮不足或施氮過量都會(huì)降低烤煙葉片的光合速率，這與氮對(duì)其他作物影響規(guī)律相似。施氮可以提高烤煙葉片的凈光合速率，其中在施氮量60 kg/hm2時(shí)達(dá)到最高水平。胞間CO2濃度與凈光合速率大體呈現(xiàn)相反趨勢，隨氮素水平的提高而降低。本研究通過對(duì)比5個(gè)氮素水平對(duì)烤煙葉片光合、熒光特性的影響，證明了氮素水平60.0 kg/hm2是適宜烤煙生長發(fā)育的最佳水平，為今后在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上推廣合理的氮素施肥提供理論依據(jù)。但也存在一定的局限性，因?yàn)榈厮皆?5～60 kg/hm2之間時(shí)具體生長情況還未確定，還有待于進(jìn)一步研究論證。

4 ? ?參考文獻(xiàn)

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