不同育苗基質配方對煙苗生長及若干生理代謝的影響

白 霜,平原野,曾文龍,蔡海洋*

(1.福建農林大學 資源與環境學院,福建 福州 350000;2.福建省龍巖煙草公司,福建 龍巖 364000)

在煙葉的生產過程中最基礎最重要的一步就是育苗工作,而育苗成功的關鍵就在于栽培基質[1-3]。自我國大力推廣烤煙濕潤育苗技術以來,對育苗基質的數量要求也不斷擴大[4]。在煙苗的生長過程中,育苗基質不僅可以固定煙苗,同時還可為煙苗提供必要的水分和營養物質,因此優良的育苗基質決定了所育煙苗的品質。然而,在推廣漂浮育苗過程中仍然存在一些缺陷,如育苗成本高、對干旱脅迫的抗性差以及苗期長等問題[5-7],因此,挑選出價格低廉、來源容易、性能優良并滿足環保要求的育苗基質,已成為當今基質研究的熱點[8-14]。

當前龍巖煙區采用的育苗基質是炭化谷殼型基質(炭化谷殼+紅泥土),其環保廉價且通透性好,但是在實際應用中炭化谷殼易碎,顆粒小,使得基質通透性降低,進而影響烤煙種子的萌發和幼苗的生長[15-17]。本次研究以龍巖市現有的基質配方為基礎,并借鑒前人在基質配方技術方面的研究成果,選擇龍巖煙區價格低廉、取材容易的炭化谷殼、膨脹珍珠巖、炭化竹屑、椰糠(廣東)、炭化木屑、椰糠(海南)、炭化煙稈和紅泥土等材料,研究了不同基質配方(體積比)對煙苗生長情況的影響,以期選擇出適合龍巖煙區煙苗生長的最佳基質配方,為龍巖煙區烤煙育苗技術的發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試烤煙品種為云煙87,包衣種子和營養液由福建省煙草農業科學研究所龍巖分所提供;育苗盤選用江西尋烏福華秧盤廠生產的100孔的塑料托盤(規格為60.0 cm×33.5 cm)。

1.2 試驗設計

烤煙育苗培育試驗于福建農林大學資源與環境學院盆栽房進行。以龍巖市目前常規生產使用的基質配方為對照(CK),選用8種基質材料并且按照不同的體積比配組得16個配方處理(C1～C16處理)(表1)。采用濕潤育苗方法進行育苗操作,將配得的基質裝進塑料托盤并放入育苗池中。每個處理重復3次,共51盤。為了保證全盤烤煙種子出苗一致,每孔播種兩顆包衣種子,以便進行間苗和定苗工作。營養池水位高度在整個育苗期間保持在8 cm左右；共施肥4次。分別于烤煙種子播種45 d(出苗)和62 d(成苗)后測定各處理煙苗的養分(氮、磷和鉀)含量,于播種62 d(成苗)后測定煙苗根系生長狀況；在烤煙種子出苗40 d后和移栽前,取出整株煙苗測定生理生化指標(包括葉綠素含量、根系活力和酶活性)。

表1 烤煙育苗基質材料配方(體積比)處理設置

1.3 測定方法

依據煙草農藝性狀調查方法YC/T 142─1998(國家煙草專賣局，1998), 用卷尺測量烤煙的莖高、莖粗等地上部分農藝性狀。使用H2SO4-H2O2消煮法,分別采用釩鉬黃比色法、凱氏定氮法和火焰光度計法測定煙葉的全磷、全氮和全鉀含量。采用丙酮提取煙苗葉片的葉綠素,并用UV-1801型紫外分光光度計(北京瑞利分析儀器有限責任公司)測定其含量。采用根系掃描儀測定煙根的總表面積、總體積和總根長。采用氯化三苯基四氮唑法測定根系活力。依照試劑盒(北京索萊寶科技有限公司)說明書中的方法測定煙葉的超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、過氧化氫酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量。

1.4 統計與分析

采用SPSS 19、Microsoft Excel軟件對試驗數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同基質配方對烤煙種子出苗率及煙苗生育進程的影響

不同基質配方的物理化學性狀不同,對烤煙種子的出苗率會產生一定的影響。從圖1可以看出：在17個基質配方處理中,以C5(炭化木屑∶紅泥土=6∶4)、C12(炭化煙稈∶紅泥土=5∶5)處理的烤煙種子出苗率居前2位,分別達92.63%、92.85%; C16處理(炭化谷殼∶椰糠(廣東)∶紅泥土=4∶4∶2)的烤煙種子出苗率最低,僅78.34 %；對照CK(炭化谷殼∶膨脹珍珠巖∶紅泥土=4∶2∶4)的出苗率為85.67%；C2、C3、C4、C7、C13、C14、C15和C16處理的烤煙種子出苗率明顯低于CK,低3.00～7.33個百分點；C5、C6、C8、C9、C10、C11和C12處理的出苗率均大于85.67%,高于CK。本試驗結果說明,炭化木屑∶紅泥土=6∶4、炭化煙稈∶紅泥土=5∶5的基質配方有利于烤煙種子的萌發和出苗。

圖1 不同基質配方對烤煙種子出苗率的影響

從表2可以看出：C1、C5、C10和C12處理的出苗時間較早,比CK均提前了2 d,可見在育苗基質中加入一定比例的生物質炭可以促進煙苗種子的萌發；其余處理的出苗時間均晚于CK,其中C2、C3處理的出苗較晚,比CK晚3～4 d；從出苗到小十字期期間,C15處理煙苗的生長速度最快，歷時只有7 d; C5、C12處理的煙苗生育期最短,與CK相比縮短了1 d。可見,炭化谷殼∶紅泥土=6∶4、炭化木屑∶紅泥土=6∶4和炭化煙稈∶紅泥土=5∶5的基質配方可以促進烤煙種子的萌發,但對煙苗整體生長期的影響較小。

表2 不同基質配方對煙苗生長期的影響

2.2 不同基質配方對煙苗農藝性狀的影響

在播種60 d后對煙苗的農藝性狀進行測定,結果如表3所示,C12處理的煙苗植株最高,為 33.47 cm,明顯高于CK；C2處理的煙苗植株最矮,為17.00 cm;不同處理煙苗的莖高表現為C11>C9>C10>C5>C12>C4>C15>C1>CK;在莖圍方面各處理與CK相比差異不顯著;在有效葉片數方面，C5、C12處理顯著高于CK,但在其余各處理間差異不顯著。總體來看，C5、C11以及C12處理的各項農藝性狀均高于CK,C2處理的各項農藝性狀分別比CK低19.80%、45.00%、34.58%。因此C5(炭化木屑∶紅泥土=6∶4)、C11(炭化煙稈∶紅泥土=6∶4)、C12(炭化煙稈∶紅泥土=5∶5)處理的煙苗素質較好,苗高、莖高較高,莖圍較粗,煙苗生長發育良好。

表3 不同處理在播種后60 d的煙苗農藝性狀

2.3 不同基質配方對煙苗根系生長的影響

植物的健壯生長與根系發達緊密相關,而根系的健康狀況可以由根系的形態特征直觀表現出來[18]。評價煙苗根系生長的重要指標有總根長、分支數、根體積等。由表4可知,與CK相比,除總根體積外,各處理的總根表面積、總根長和分支數均有不同程度的增加,其中,C11處理的總根表面積最大,為82.35 cm2；C5處理的總根體積最高,達到0.96 cm3；平均根直徑最大的是C11和C12處理,均為0.40 mm；總根長最長的是C10處理,為818.79 cm,比CK長210.59%；分支數最多的是C12處理,比CK多159.54%；C12(炭化煙稈∶紅泥土=5∶5)處理的總根表面積、總根體積、總根長和分支數較CK分別提高了195.33%、146.34%、215.00%和159.54%,顯著高于CK。從總體來看,在各個育苗基質上煙株根系均比CK更加健壯與發達,說明對現有基質進行合理調整可以促進煙苗根系的生長。

表4 不同基質配方處理對煙草根系參數的影響

2.4 不同基質配方對煙苗生物量的影響

煙苗的地上部和地下部生物量可以反映煙苗的生長勢,是煙苗素質優劣的重要表現[19]。從表5可以看出：在播種45 d后, C5處理煙苗的地上部鮮重和干重均最高,分別比CK高55.51%、74.37%；C7處理煙苗的地上部鮮重和干重均最低,分別比CK降低了90.81%、160.00%;C4處理煙苗的地下部鮮重最高,達到0.380 g,但與CK差異不顯著；C11的地下部干重最高,為0.034 g,但也與CK沒有顯著性差異。

表5 烤煙種子播后45 d的煙苗生物量 g/株

由表6可知：在播種60 d后,C12處理煙苗的地上部和地下部鮮干重均為最高；同時處理C4、C5、C9、C10和C11的煙苗依舊保持著較強的生長勢,尤其是C12處理,與播種后45 d相比其生物量增加了93.67%,增長幅度最大;C10、C11和C12的地下部干重和鮮重均顯著高于CK的?？偟膩碚f。C12(炭化煙稈∶紅泥土=5∶5)處理的煙苗在整個生長期都表現出了良好的生長勢。

表6 烤煙種子播后60 d的煙苗生物量 g/株

2.5 不同基質配方對煙苗氮、磷、鉀含量的影響

氮元素是烤煙體內蛋白質、酶、葉綠素、煙堿和各種氨基酸等有機化合物的組成成分;磷元素是烤煙中一系列重要化合物的組成成分,并且維持細胞結構穩定,是植物細胞分裂和能量代謝的必需元素;煙葉的含鉀量是評價其品質的重要指標之一;鉀元素在植株體內起著維持細胞膨壓、促進生長和光合作用等重要作用,并且可以增強對低溫、干旱、鹽堿和病蟲害的抗性。由表7可知：在播種45 d和62 d后,煙苗氮含量均維持在2.50%～4.26%；在播種后62 d時，C5處理煙苗的氮含量最高,為4.07%,較45 d時有所降低,而C10處理的氮含量最低,為3.02%,較45 d時有所提高。C9和C10處理的磷含量較高,在播種后45 d時比CK分別高137.93%、56.90%,在播種后62 d時比CK分別高67.44%、9.30%,表明C9和C10處理相比于其他處理更有利于磷的積累。在播種后45 d時C10處理的鉀含量最大,達4.27%,C8處理的鉀含量最低，僅有3.16%;在播種后62 d時C13處理的鉀含量最高,達到4.16%,其次是C11和C10,分別為4.06%和4.07%,而C7處理的鉀含量最低，只有3.37%。總體來看,C10(炭化煙稈∶紅泥土=7∶3)可以提高基質中的氮磷鉀含量,改善基質理化性質,從而改良煙株的生長環境。

表7 不同基質配方對煙苗氮、磷、鉀含量的影響

2.6 不同基質配方對煙苗葉片葉綠素含量及根系活力的影響

葉綠素是植物進行光合作用的基礎,其結構和含量會直接影響作物葉片的光合速率[20,21]。煙苗根系活力是衡量幼苗是否健壯和根系吸收能力的重要指標之一,同時也是衡量植株是否具有較強的潛在生長能力的標準之一。從表8可以看出,除C10、C11、C12處理外,其他處理煙苗葉片的葉綠素含量均低于CK；C12處理的葉綠素含量最高,比對照CK高出7.41%,差異達到了顯著水平;C3處理的葉綠素含量和根系活力均最低,分別僅為1.194 mg/g、453.39 μg/(g·h),分別比CK低21.65%、19.36%?？傮w來看,處理C12在試驗中表現較好,處理C3則不能很好地支撐煙苗后續生長發育的進行。

表8 不同基質配方對煙苗葉綠素含量和根系活力的影響

2.7 不同基質配方對煙苗酶活性的影響

在成苗期對各個處理煙苗素質測定的結果表明C1、C4、C5、C9、C10、C11、C12和C15處理在各個方面均優于CK,因此對這8個處理煙苗的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量進行檢測,并與CK對比，結果如圖2所示。

SOD是可以顯示植物生理狀況的一種保護酶,其活性與植物的抗逆性息息相關,反映植物的生長狀態[22-24]。由圖a可知：C12處理的SOD活性最高,達298.97 U/(min·g FW)；其次是C4、C5和C10處理；而C9處理的SOD活性最低,比CK降低了10%。處理C12、C4和C5均加入了適量體積的炭化煙稈和炭化木屑，提升了煙苗清除活性氧自由基的能力，促進了煙苗抵御不良環境的能力；而加入過多椰糠(海南)的處理則會促進煙苗葉片膜脂過氧化作用,導致煙株抗衰老的能力下降。

POD屬于血紅蛋白酶,是廣泛存在于植物體內的活性較高的一種酶,其與呼吸作用、光合作用和生長素的氧化都有關系。CAT活性與植物的抗逆性呈正相關。這兩種酶在烤煙遭受逆境脅迫時均能清出煙株體內過量的AOS,從而維持煙株的代謝平衡,在一定程度上可以讓煙株抵御和忍受逆境脅迫,因此兩者的活性均可以反映煙株的抗逆性強弱[25-26]。本試驗結果(見圖2b和圖2c)表明：C12處理的POD、CAT活性均最高,相較于CK分別增加了10%、8%；C9處理的POD、CAT活性均最低,與CK相比均降低了13%；C1和C11處理的CAT活性與CK無明顯差別。說明采用炭化煙稈∶紅泥土=5∶5的栽培基質可以提升煙苗的抗逆性。

MDA是植物在逆境環境下或器官開始衰老時發生膜脂過氧化的最終分解產物之一,其含量的高低可反映植物遭受逆境的傷害程度。如圖2d所示,C9處理的MDA含量最高,比CK提高了20%；C11處理次之,表明C9、C11處理的煙苗受逆境傷害較為嚴重；C5處理的MDA含量最低且顯著低于CK,表明采用炭化木屑∶紅泥土=6∶4的基質可以降低煙葉細胞膜脂的過氧化程度,使煙株在逆境條件下反應較弱。

3 結論與討論

眾多研究表明向土壤中加入適量的生物質炭可以修復土壤炭骨架,為植株生長提供充足的養分。在本研究中，C5、C10和C12處理在煙苗性狀和生理代謝方面均表現優良,可能與這幾種基質含有一定體積的炭化木屑或炭化煙稈有關。生物質炭可以促進土壤微生物的生長和繁衍,從而提高微生物對基質的利用效率和呼吸代謝,增強土壤肥力,促進煙株根系的發育,所以在本研究中向育苗基質加入一定體積的生物質炭可以顯著提高煙苗的總根表面積、總根長以及分支數。本研究還發現：C12處理煙苗的葉片葉綠素含量和根系活力均最高；C5、C10和C12處理煙苗的SOD、POD、CAT均表現出較高的活性,而C9處理的SOD、POD、CAT活性以及MDA含量均低于CK。本研究結果還表明,在基質配方中加入適當體積比的紅泥土可以提高基質的保水性,確?？緹熡鐣r所需的水分；但在育苗基質中紅泥土占比過多(C14、C16)或過少(C3、C9)均對煙苗發育有阻礙作用,甚至會導致煙苗死亡。

由于炭化谷殼顆粒小,易碎,作為育苗基質成分時通透性不好,從而影響煙株的生長發育；而炭化煙稈結構較堅硬耐壓,物理性質更穩定,可以促進植株的生長發育,所以C4、C6、C13、C15、C16處理基質雖然也含有一定體積的生物質炭,但是對煙苗的各項指標并沒有明顯改善。

綜上所述,炭化木屑和炭化煙稈是適合龍巖地區烤煙育苗的基質材料,其與紅泥土適當配比得到的基質配方C5、C10和C12處理可以提高烤煙的出苗率,提高煙苗的地上部農藝性狀和生物量，增強煙株的根系活力,提高煙苗的酶活性,促進煙株的健康生長。因此C5(炭化木屑∶紅泥土=6∶4)、C10(炭化煙稈∶紅泥土=7∶3)和C12(炭化煙稈∶紅泥土=5∶5)是適合龍巖烤煙幼苗生長的最佳配方。