田間盆栽條件下復合鹽對洛陽煙區烤煙生長發育及光合特性的影響

張 振，馬 靜，盧 劍，葉協鋒，荊永鋒，徐 亮，李雪利，高 峻

1. 河南農業大學煙草學院 國家煙草栽培生理生化研究基地 煙草行業煙草栽培重點實驗室，鄭州市文化路95號 450002

2. 四川省涼山州煙草公司西昌市公司，四川西昌市東城街道北碧府路66 號 615000

3. 湖南中煙工業有限責任公司，長沙市萬家麗路188 號 410000

4. 中國煙草總公司職工進修學院，鄭州市金水區鑫苑路7 號 450008

5. 四川省涼山州煙草公司，四川西昌市三岔口東路478 號 615000

土壤鹽漬化一直都是困擾全球農業可持續發展的重要問題之一［1］。世界約有4.5×107hm2耕地受到鹽漬化威脅［2-3］，其中我國鹽漬土面積約3.6×107hm2，占國土面積的3.7%［4-5］。土壤鹽分含量過高可導致土壤理化性質惡化，影響植物生長發育，造成農作物減產甚至絕收，因此鹽漬化治理迫在眉睫［6］。大量研究表明，鹽脅迫通常是以造成植物生命活動代謝紊亂方式而影響植物光合特性［7］，進而影響植物生長發育及品質［8-9］。通常將鹽對植物光合作用造成的影響劃分為非氣孔限制的范疇［10］，鹽脅迫是通過破壞相關光合器官，酶、光合色素等物質從而影響光合作用的正常進行，進而影響植物的凈光合速率，最終使植物的產量和品質下降［11］。有研究表明，鹽脅迫使植物葉片膜脂過氧化加劇，造成細胞膜系統損壞［12］，進而對植物組織造成傷害。Farshidi M 等［13］提出鹽分可以顯著降低植物根、莖和葉的鮮質量；李學孚等［14］研究表明，低濃度（NaCl≤0.4%）鹽處理的葡萄能夠正常生長，高濃度鹽處理后葡萄的光合作用參數均發生顯著變化；龔理等［15］研究認為，0～50 mmol/L NaCl 的鹽環境適宜烤煙幼苗生長，但隨著鹽濃度增加烤煙幼苗的生長會受到嚴重影響。因此，明確鹽脅迫對烤煙光合系統及生長發育的影響對煙葉生產至關重要。近年來洛陽植煙土壤鹽分表現出明顯的表聚和低聚現象，部分地區交換性鈣、鎂和有效硫已超過適宜植煙土壤的臨界值［16-18］。通常鹽脅迫會對植物光合結構、光合色素和細胞滲透壓造成一系列不良影響［19-20］。張曉帆［21］研究表明，鹽脅迫可以使煙株幼苗發生滲透脅迫及膜脂過氧化，造成煙株細胞膜、葉綠素和根系等損傷，進而影響煙株的生長發育。目前，大多數研究集中在單一鹽分NaCl、Na2SO4或其復合鹽對植物生長發育的影響，而對不同濃度多種復合鹽離子對植物生長的影響研究較少［22-23］。因此，通過盆栽模擬煙田土壤環境的方式，設置土壤中主要7 種鹽離子的鹽分梯度，進行復合鹽脅迫對烤煙生長狀況和光合作用的影響試驗，旨在為提高作物對鹽化土壤的適應性及優化洛陽煙區烤煙栽培技術提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

于2017 年5 月在河南省洛陽市汝陽縣內埠村煙田進行盆栽試驗。汝陽縣屬于暖溫帶大陸性季風氣候，半濕潤易旱區，光照充足，降雨量偏少，海拔296 m，年平均氣溫14.4 ℃，年總降水量673.2 mm，年日照時數1 849.1 h［24］。供試烤煙品種為中煙100。選擇當地煙田鹽含量較低的黃壤土，pH 7.52、堿解氮81.41 mg·kg-1、速效磷8.55 mg·kg-1、速效鉀169.23 mg·kg-1、有機質16.38 g·kg-1。供試土壤鹽離子濃度分別為Ca2+3.393 2 mmol·kg-1、Mg2+0.201 6 mmol·kg-1、K+2.509 0 mmol·kg-1、Na+0.839 5 mmol·kg-1、HCO3-0.290 1 mmol·kg-1、SO42-5.933 8 mmol·kg-1和Cl-0.076 2 mmol·kg-1。

選用底端無孔的塑料盆（直徑25 cm、深30 cm）進行盆栽試驗。按120 cm×55 cm 的行株距將塑料盆埋于土壤中，并使盆中土壤平面與煙田土壤平面保持一致，每盆裝土25 kg。每盆施純氮4.0 g，N ∶P2O5∶K2O=1 ∶2 ∶3，肥 料 選 用NH4NO3、KNO3和KH2PO4。根據2017 年洛陽主要煙區耕層土壤的鹽分狀況［16］，稱取CaCl20.008 7 g/kg、Ca（HCO3）20.344 8 g/kg、MgSO40.164 4 g/kg、K2SO40.133 6 g/kg、Na2SO40.317 9 g/kg，模擬實際土壤鹽分狀況并將其標記為A。試驗設置5 個處理，見表1。每處理30 株。試驗于移栽前將土、肥料和鹽混合均勻，一次性施入。于2017 年5 月14 日選取長勢一致的煙苗進行移栽，其他管理措施按照當地優質煙葉生產技術規范執行。

表1 試驗設計Tab.1 Experimental design

1.2 測定方法

1.2.1 農藝性狀

于移栽后30、60 和90 d，每處理選擇長勢長相均勻一致、能夠代表各處理生長狀況的烤煙3 株，按照標準YC/T 142—2010［25］測量株高、莖圍、最大葉長、最大葉寬和有效葉片數。

1.2.2 葉片光合特性和生理指標

煙株移栽后30、60 和90 d，葉片由下往上數，分別選擇煙株的第5 片、第8 片和第10 片展開葉測定光合特性和部分生理指標。采用LI-6400XT便攜式光合測定系統（美國LI-COR 公司）測量凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導度（Gs）等指標。測定時間為上午9：00—11：00。采用硫代巴比妥酸法測定MDA 含量（質量分數）［23］，采用酸性茚三酮比色法測定Pro 含量（質量分數）［26］。

1.2.3 干物質積累量

于移栽后30、60 和90 d，測定烤煙干物質積累量。每處理選取3 株，用去離子水沖洗干凈后將煙株根、莖、葉分開，分別置于105 ℃下殺青15 min，而后在60 ℃烘干至恒質量，稱量。

1.3 數據處理

數據以平均值±標準誤表示。采用Microsoft Excel 2013 和SPSS 24.0 軟件進行統計分析，運用Duncan’s 新復極差法進行處理間差異的顯著性檢驗，用Microsoft Excel 2013 作圖。

2 結果與分析

2.1 復合鹽濃度對烤煙農藝性狀的影響

由表2 可知，鹽處理對烤煙有效葉數影響不顯著，而對株高、莖圍、最大葉長及最大葉寬有顯著影響。在同一生長發育時期，莖圍、最大葉長、最大葉寬隨著鹽濃度增加呈先增加后降低的趨勢，而株高則顯著降低（P＜0.05）。與CK 相比，在移栽后90 d 時，T4 處理株高、莖圍、最大葉長及最大葉寬分別降低14.03%、11.31%、6.11%和12.56%。T1處理各農藝性狀指標與CK 間差異不顯著（P＞0.05），在移栽后90 d，莖圍、最大葉長及最大葉寬分別比CK 增加5.36%、2.73%和1.01%，而株高比CK 降低0.32%，這表明0.068 3 mol·kg-1鹽濃度處理未對烤煙產生脅迫效應。

表2 不同鹽濃度處理的烤煙農藝性狀比較①Tab.2 Agronomic traits of flue-cured tobacco treated under different salt concentrations

2.2 復合鹽濃度對烤煙干物質積累量的影響

由圖1 可知，烤煙根、莖、葉及總干物質積累量在同一生長發育時期隨著鹽濃度的增加均呈現先升高后降低的趨勢，以處理T1（3A）達最大值。與CK 相比，在移栽后90 d 時，T1 處理根、莖、葉和總干物質積累量顯著增加（P＜0.05），分別為21.67%、13.25%、19.78%和17.86%。而T2 處理的根、莖、葉和總干物質積累量與CK 相比差異不顯著（P＞0.05）。隨著鹽濃度的增加，烤煙根、莖、葉和總干物質積累量受到顯著抑制（P＜0.05）。各生長發育時期，處理T3、T4 烤煙各部位干物質積累量與CK相比均顯著降低（P＜0.05）。在移栽90 d 時，T3 處理根、莖、葉和總干物質積累量較CK 分別降低15.64%、25.08%、25.12%和22.15%，T4 處理根、莖、葉和總干物質積累量較CK 分別降低27.15%、41.74%、38.77%和37.25%。

圖1 不同鹽濃度處理的烤煙干物質積累量比較Fig.1 Dry matter accumulation of flue-cured tobacco treated under different salt concentrations

2.3 復合鹽濃度對烤煙光合特性的影響

由圖2 可知，在同一生長發育時期煙株Pn、Tr和Gs隨著鹽濃度的升高均呈現先升高后降低的趨勢，處理T1 達到最大值（3A），Ci則先降低后升高。在移栽后90 d，與CK 相比，處理T1 Pn、Tr和Gs分別增加65.72%、14.93%和30.13%，且Pn和Gs與CK 間差異顯著（P＜0.05）。移栽后90 d，處理T2 葉片Pn、Gs、Tr分 別 比CK 降 低22.58%、27.18%和26.84%；處 理T3 葉 片Pn、Gs、Tr分 別 比CK 降 低24.81%、37.57%和33.95%；處理T4 葉片Pn、Gs、Tr分別比CK 降低48.79%、49.17%和53.13%（P＜0.05），說明鹽脅迫對烤煙的光合特性指標影響顯著。鹽濃度增加至0.178 5 mol·kg-1時，烤煙葉片Ci增加，這可能是由于葉肉細胞的光合活性降低所致［27］。

2.4 復合鹽濃度對烤煙MDA 和Pro 含量的影響

由圖3 可知，在同一生長發育期，烤煙MDA 含量隨著鹽濃度的增加而升高，在高鹽濃度（T4）脅迫下達到最大值。移栽后90 d 時，處理T1、T2、T3和T4 的MDA 含量與CK 相比分別增加8.00%、15.05%、18.50%和31.56%。隨著鹽濃度的增加，烤煙MDA 含量在整個生育期呈升高趨勢，說明在鹽脅迫下的烤煙細胞膜損傷程度逐步增加。在同一生長發育期，烤煙Pro 含量隨著鹽濃度的增加先升高后降低，T2 處理達到最大值。在移栽后30、60和90 d，T2 處理烤煙Pro 含量分別為2.565、0.500和0.478 μ g·kg-1FW。T4 處 理Pro 含 量 分 別 為2.058、0.313 和0.208 μg·kg-1FW，始終為最小，且與CK 間差異不顯著（P＞0.05，移栽后90 d 除外）。

圖2 不同鹽濃度處理的烤煙光合參數比較Fig.2 Photosynthetic parameters of flue-cured tobacco treated under different salt concentrations

圖3 不同鹽濃度處理的烤煙MDA 和Pro 含量Fig.3 MDA and Pro contents in tobacco treated under different salt concentrations

3 討論

膜脂過氧化是鹽脅迫下膜損傷和滲漏的表征［28］。MDA 是膜質氧化分解產物，其含量的大小可代表質膜受損傷程度［29］。MDA 在植物中變化規律通常與植物的耐鹽能力有關，耐鹽能力較弱的植物葉片的MDA 含量隨著鹽濃度的增加而升高，而較強耐鹽植物的MDA 含量隨著鹽脅迫增強先降后升［30］。本研究中，烤煙MDA 含量提高，在低鹽（0.068 3 mol·kg-1復合鹽濃度）條件下，烤煙MDA 含量總體變化不顯著。這可能是烤煙開啟了自身的滲透調節保護機制而減輕了鹽分脅迫的影響［31］。鹽分與Pro 關系密切，Pro 在植物細胞中的積累可作為逆境脅迫信號，具有調節滲透及保護細胞膜結構穩定的作用 。Pro 是通過維持滲透調節，穩定蛋白質，保護細胞膜和胞質酶等來抵抗鹽脅迫［34］，進而保證植物正常生長發育。本試驗中發現，同一生長發育期，0.068 3 mol·kg-1復合鹽濃度處理的烤煙Pro 含量顯著增加，這可能是烤煙通過提高Pro 含量維持滲透壓來減輕鹽脅迫的影響［35］。大于0.123 4 mol·kg-1復合鹽濃度處理的烤煙Pro 含量呈下降趨勢，說明植物滲透調節能力是有限的，與李子英等［36］研究復合鹽處理下柳樹幼苗Pro 含量的變化規律一致。這可能是鹽脅迫強度過高時影響了Pro 的合成［37］。

農藝性狀和干物質積累量是分析鹽脅迫下植物響應環境變化的綜合性指標［38］。當鹽脅迫程度較高時，植物會吸收過多鹽離子，造成細胞內環境紊亂，引起滲透脅迫、離子毒害、營養失衡等，間接抑制植物光合作用［39-40］。本試驗中0.068 3 mol·kg-1鹽濃度處理的烤煙Pn、Gs、Tr及干物質積累量均有升高。當鹽濃度為0.123 4～0.233 6 mol·kg-1時，烤煙Pn、Gs、Tr顯著下降，各器官干物質積累量也顯著下降，烤煙生長受到抑制。鹽濃度較高時，Ci顯著上升，說明烤煙Pn下降并非CO2不足所引起，可能是植物體非氣孔因素所致，也可能是烤煙通過減少或停止干物質積累的方式來減少能耗以抵抗逆境脅迫［41］，因此鹽脅迫下的烤煙個體相對矮小。與地上部相比，鹽脅迫環境下烤煙根系雖最先遭受逆境，但在相同生長發育期根系的干物質積累量降低最少，這可能是由于不同器官對鹽分的敏感程度不同，而導致烤煙莖、葉和根系干物質積累分配存在差異，與米永偉等［42］研究鹽脅迫下菘藍幼苗的結果一致。

4 結論

①在鹽脅迫的環境下，烤煙可通過調節干物質積累量和提高Pro 含量等方式來適應不同的鹽濃度環境。②土壤鹽濃度在0.068 3 mol·kg-1以下時能夠提高烤煙的光合速率，促進干物質積累及生長發育，對烤煙生長無抑制現象。鹽濃度為0.123 4～0.233 6 mol·kg-1時烤煙生長發育受到顯著抑制。