顏 侃, 陳宗瑜, 王 娟, 譚淑文,3, 吳瀟瀟

1 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院, 昆明 650201 2 四川省渠縣中學(xué), 達(dá)州 635200 3 云南農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系, 昆明 650212

不同生態(tài)區(qū)烤煙葉片穩(wěn)定碳同位素組成特征

顏 侃1,2, 陳宗瑜1,*, 王 娟1, 譚淑文1,3, 吳瀟瀟1

1 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院, 昆明 650201 2 四川省渠縣中學(xué), 達(dá)州 635200 3 云南農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系, 昆明 650212

在河南、福建和云南3個生態(tài)區(qū)大田種植烤煙K326，采集不同葉位生理成熟的煙葉，測定δ13C值、總碳、全氮及比葉重，探討了不同生態(tài)區(qū)煙葉δ13C值組成特征。結(jié)果表明：河南煙葉δ13C值分布范圍為-31.2%—-27.3 ‰，平均值-29.7 ‰；福建煙葉δ13C值分布范圍為-28.6%—-24.6 ‰，平均值-26.3 ‰；云南煙葉δ13C值分布在-27.1—-24.0 ‰之間，平均值-25.6 ‰；河南煙葉全氮含量最高，其總碳、碳氮比和比葉重均顯著低于其余兩地；福建和云南煙葉各生理指標(biāo)值較為接近；各生態(tài)區(qū)煙葉δ13C值均與全氮含量呈負(fù)相關(guān)，與碳氮比及比葉重呈正相關(guān)。河南與其余兩地烤煙生理特征的差異性，以及福建與云南烤煙生理特征的相似性表明，δ13C值可能與烤煙的品質(zhì)存在關(guān)聯(lián)。

烤煙; 生態(tài)區(qū);δ13C; 碳氮比; 比葉重

對穩(wěn)定碳同位素組成(δ13C)的量化為研究植物與環(huán)境之間的相互作用和植物對環(huán)境變化的響應(yīng)提供了有效的手段。植物δ13C值受環(huán)境條件的影響，同時又與自身的生理特征密切相關(guān)，因此，δ13C可以作為聯(lián)系環(huán)境條件與生理特征的紐帶。許多研究確定了δ13C值在環(huán)境條件梯度下的變化規(guī)律，特別是局域內(nèi)的海拔梯度[1]。δ13C值隨海拔增加被證實受到了海拔梯度下降水、溫度和營養(yǎng)元素變化的影響[2- 3]。在C3植物中，核酮糖1,5-二磷酸羧化酶對13C有辨別作用，在光合作用中優(yōu)先利用12C。這一效應(yīng)受到羧化位點CO2分壓與大氣CO2分壓比值(pi/pa)的調(diào)節(jié)，而pi/pa又與氣孔特征及光合能力有關(guān)[3]。pi/pa較低通常使植物具有較大的δ13C值[4- 5]。因此，眾多的環(huán)境變量和植物內(nèi)在的生理特征都可通過影響pi/pa而決定δ13C值。

穩(wěn)定碳同位素技術(shù)在植物生理生態(tài)的研究中應(yīng)用廣泛，基于δ13C值與WUE存在著較為穩(wěn)定的關(guān)系，該技術(shù)被普遍應(yīng)用于研究作物的需水規(guī)律。除了WUE外，礦質(zhì)元素含量、光合氮利用效率(PNUE)、C/N比值、脯氨酸含量、比葉重(LMA)、光合色素含量等生理指標(biāo)與δ13C值也存在復(fù)雜的聯(lián)系[6- 12]。其中，δ13C值與礦質(zhì)元素的吸收及碳氮代謝等生理過程的密切關(guān)系，表明δ13C值與營養(yǎng)代謝存在關(guān)聯(lián)，它也能綜合反映出作物品質(zhì)的形成過程，而有關(guān)這方面的研究不應(yīng)被忽視。碳、氮作為烤煙生長發(fā)育必須的營養(yǎng)元素，在烤煙組織構(gòu)成和生理代謝方面發(fā)揮著重要作用。以碳氮為主的次生代謝，其代謝產(chǎn)物對烤煙的品質(zhì)和香型風(fēng)格有重要貢獻(xiàn)。δ13C與烤煙生理特征，尤其是與碳氮代謝特征的關(guān)聯(lián)，為將其應(yīng)用于闡明烤煙品質(zhì)形成的原因提供了理論依據(jù)。

烤煙香型風(fēng)格的形成得益于不同的生態(tài)條件，具體表現(xiàn)在煙葉各項生理指標(biāo)和與品質(zhì)有關(guān)的化學(xué)成分指標(biāo)上。河南生態(tài)區(qū)以生產(chǎn)濃香型烤煙而著稱，福建和云南生態(tài)區(qū)則是清香型烤煙的代表產(chǎn)區(qū)。將穩(wěn)定碳同位素技術(shù)應(yīng)用于烤煙生理生態(tài)及品質(zhì)的研究較少[13- 14]。不同香型風(fēng)格烤煙的穩(wěn)定碳同位素組成特征是否存在差異，目前未見相關(guān)報道。本研究的目的在于探究國內(nèi)不同生態(tài)煙區(qū)烤煙δ13C與碳氮代謝等的聯(lián)系，獲得不同香型風(fēng)格烤煙的穩(wěn)定碳同位素組成特征的差異，以期為烤煙生理生態(tài)及品質(zhì)形成的研究提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

以烤煙品種K326為試驗材料，在河南省許昌市襄城縣郝莊后大路李村(33°56′N，113°34′E，88 m a.s.l.)，福建省龍巖市上杭縣白砂鎮(zhèn)塘豐村(25°05′N，116°35′E，海拔428)和云南省玉溪市紅塔區(qū)趙桅試驗基地(24°18′N，102°29′E，海拔1645)進(jìn)行大田種植試驗。河南移栽期為2012年4月28日，福建移栽期為2月23日，云南移栽期為4月25日，大田種植株行距為50 cm×120 cm。試驗地土壤化學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 各試驗地土壤化學(xué)特征

選取100株長勢基本一致的烤煙，于打頂前對第7、10、13和16葉位進(jìn)行標(biāo)記。待煙葉進(jìn)入生理成熟時，采集標(biāo)記葉位煙葉用于相關(guān)生理指標(biāo)的測定。為了保證采集到的不同葉位煙葉都達(dá)到生理成熟，依據(jù)K326的生育期及葉齡進(jìn)行推算以確定取樣時間。取樣時間為各地移栽后70 d，采集烤煙第7葉位葉片，此后每間隔12 d，依次取第10、13、16葉位葉片進(jìn)行分析。為保證每個測定指標(biāo)都有3個重復(fù)，每次取樣時分別取3株充分展開的同葉位葉片單獨進(jìn)行各項指標(biāo)的分析處理。各生態(tài)區(qū)烤煙大田生長期氣候要素見表2。

表2 各生態(tài)區(qū)烤煙大田生長期氣候要素

1.2 指標(biāo)測定及方法

比葉重的測定 用打孔器避開主脈打取一定數(shù)量的葉片用于比葉重的測定，將圓片于105 ℃下殺青，然后置于60 ℃烘箱中烘干至恒重，計算單位面積的煙葉干重。

穩(wěn)定碳位素組成的測定 將葉片洗凈后，殺青烘干，粉碎過80目篩制成備用樣品，送中國科學(xué)院南京土壤研究所測定。樣品在高純氧氣條件下充分燃燒，提取燃燒產(chǎn)物CO2，用FLASH EA-DELTAV聯(lián)用儀(Flash32000 Delta V ADVADTAGE)測定碳同位素的比率，分析結(jié)果根據(jù)如下公式進(jìn)行計算：

式中，δ13C表示煙葉樣品穩(wěn)定碳同位素組成，(13C/12C)PDB表示南卡羅來那州白碚石中的13C/12C。

煙葉總碳和全氮含量的測定：將葉片殺青烘干，粉碎過篩制成樣品后，送云南省農(nóng)科院內(nèi)云南同川農(nóng)業(yè)分析測試技術(shù)有限公司聯(lián)合實驗室測定。總碳采用重鉻酸鉀容量法測定，全氮以半微量凱氏定氮法測定(執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1269—1999)。碳氮比為總碳與全氮的比值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運用SPSS16.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，繪圖在Microsoft Excel 2003中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同葉位煙葉生理指標(biāo)的差異

各生態(tài)區(qū)烤煙不同葉位葉片δ13C值的差異見圖1。福建和云南煙葉的δ13C值隨葉位的升高有增加的趨勢，而河南煙葉δ13C值表現(xiàn)為中部葉片較低，下部葉和上部葉稍高。相同葉位煙葉的δ13C值河南煙葉均最小。云南烤煙第7葉位葉片δ13C值與其余兩地烤煙第7葉位葉片差異顯著(P<0.05)。河南烤煙第10、13和16葉位煙葉δ13C值均與其余兩地烤煙相同葉位δ13C值有顯著差異(P<0.05)。福建和云南烤煙相同葉位煙葉(除第7葉位外)δ13C值沒有顯著差異(P>0.05)。

烤煙不同葉位葉片總碳含量的差異見圖2。河南烤煙不同葉位之間總碳含量大致相當(dāng)，福建和云南煙葉總碳含量隨葉位升高有增加的趨勢。河南烤煙各葉位葉片總碳含量低于其余兩地相同葉位的煙葉，除第7葉位葉片外，河南各葉位煙葉總碳含量與其余兩地烤煙相同部位葉片總碳含量的差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

圖1 不同生態(tài)區(qū)煙葉δ13C值隨葉位的分布

圖2 不同生態(tài)區(qū)煙葉總碳含量隨葉位的分布

圖3 不同生態(tài)區(qū)煙葉全氮含量隨葉位的分布

烤煙不同葉位葉片全氮含量的差異見圖3。河南烤煙中部葉的全氮含量較高，第7和第16葉位葉片全氮含量稍低。福建烤煙第7和第10葉位葉片全氮含量較高，第13和第16葉位葉片全氮含量較低。云南烤煙第7和第13葉位葉片全氮含量較高，第10和第16葉位葉片全氮含量較低。3個試驗點烤煙第7葉位葉片全氮含量差異不顯著(P>0.05)。河南烤煙第10、13和16葉位煙葉全氮含量均高于其余試驗點相同葉位的煙葉，并且差異顯著(P<0.05)。

圖4表示不同生態(tài)區(qū)煙葉碳氮比隨葉位的分布。河南烤煙各葉位葉片碳氮比相差不大。福建烤煙第7和第10葉位葉片碳氮比較低，第13和16葉位葉片碳氮比較高。云南烤煙第16葉位葉片的碳氮比最大，第7葉位葉片碳氮比最小，第10葉位葉片碳氮比略高于第13葉位葉片?？傮w來看，河南煙葉的碳氮比小于其余兩個試驗點的煙葉。這是由于河南煙葉總碳含量低，全氮含量高所致。

不同葉位煙葉比葉重見圖5。各試驗點煙葉比葉重都大致表現(xiàn)為隨葉位升高而增加的趨勢。河南各葉位煙葉比葉重均低于其余兩個試驗點相同部位煙葉。

圖4 不同生態(tài)區(qū)煙葉碳氮比隨葉位的分布

圖5 不同生態(tài)區(qū)煙葉比葉重隨葉位的分布

2.2 不同生態(tài)區(qū)煙葉生理指標(biāo)均值的差異

3個生態(tài)區(qū)烤煙葉片的生理指標(biāo)測定值范圍及均值見表3。河南煙葉δ13C平均值最小，福建和云南δ13C平均值較為接近，河南煙葉δ13C平均值與其余兩地?zé)熑~δ13C平均值的差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，福建和云南煙葉δ13C平均值差異不顯著(P>0.05)。河南煙葉δ13C值的最大值和最小值也小于其余兩地?zé)熑~，而福建和云南煙葉δ13C最大值以及最小值都比較接近。福建和云南煙葉總碳、全氮含量平均值以及碳氮比平均值都接近，差異均不顯著(P>0.05)。河南煙葉總碳含量平均值和碳氮比平均值顯著低于其余兩地的煙葉(P<0.05)，河南煙葉全氮含量平均值顯著高于福建和云南的煙葉(P<0.05)。福建煙葉比葉重平均值最大，河南最小，且河南煙葉比葉重平均值與其余兩地?zé)熑~有顯著差異(P<0.05)，而福建和云南煙葉比葉重平均值差異不顯著(P>0.05)。

表3 不同生態(tài)區(qū)煙葉生理指標(biāo)的差異

表4為各生態(tài)區(qū)煙葉生理指標(biāo)的相關(guān)性。河南煙葉δ13C值與碳氮比呈正相關(guān)，與其它生理指標(biāo)相關(guān)性弱。河南煙葉比葉重與碳氮總量呈正相關(guān)。福建煙葉δ13C值與各生理指標(biāo)相關(guān)性均較高，與全氮含量呈負(fù)相關(guān)，與其余生理指標(biāo)呈正相關(guān)。福建煙葉比葉重與碳氮總量呈正相關(guān)，與碳氮比呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。云南煙葉δ13C值與全氮含量呈負(fù)相關(guān)，與其余生理指標(biāo)呈正相關(guān)。云南煙葉比葉重與全氮含量呈負(fù)相關(guān)，而與其余指標(biāo)均呈正相關(guān)。

3 討論

3.1 不同生態(tài)區(qū)煙葉穩(wěn)定碳同位素組成特征

試驗結(jié)果表明，福建和云南的煙葉δ13C值分布范圍及均值相近。河南δ13C均值較低，且與福建和云南的煙葉差異明顯。福建和云南的煙葉δ13C值均表現(xiàn)為隨葉位上升而增加的趨勢，而河南煙葉δ13C值中部葉最低，并無隨葉位升高而增加的趨勢。各生態(tài)區(qū)煙葉δ13C值特征與立地生態(tài)條件有一定關(guān)聯(lián)。從氣候分型看，河南具有大陸性氣候特征，福建趨于海洋性氣候，而云南則為典型的季風(fēng)氣候。河南烤煙大田生長期氣溫高降水少，而福建和云南烤煙大田生長期氣候條件有一定相似性，兩地雨水充足氣溫較低。可以初步認(rèn)為氣候條件中降水和氣溫的差異或二者耦合關(guān)系是影響煙葉δ13C值的重要因素。

表4 δ13C值與生理指標(biāo)的相關(guān)性

降水量能改變土壤含水量和空氣濕度，水分條件將影響烤煙δ13C值。δ13C值與pi/pa的線性關(guān)系早已得到證實，pi/pa增加δ13C值將減小。水分虧缺會導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度下降或氣孔關(guān)閉，葉肉細(xì)胞內(nèi)CO2濃度下降，pi/pa減小從而使δ13C值增加[4- 5]。何春霞等人的研究表明，樹木葉片的δ13C值與降水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[15]。Gebrekirstos等人的研究也表明，與干旱年份相比，植物δ13C值在濕潤年份更低[16]。本試驗結(jié)果卻反映出，降水充足的云南和福建生態(tài)區(qū)，烤煙δ13C值反而更高，這與以上研究結(jié)果不一致。在首次研究烤煙δ13C值與生態(tài)條件的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，在水分充足地區(qū)種植的烤煙，其葉片δ13C值更為偏正[13]，本試驗結(jié)果也反映出相同的規(guī)律。因此，烤煙δ13C值受降水條件的影響機理尚不能應(yīng)用上述水分條件改變氣孔特征的理論來解釋，其中原因尚待深入研究。δ13C值與溫度也存在重要的關(guān)聯(lián)，這是因為溫度能改變羧化酶等酶的活性進(jìn)而影響植物的δ13C值。許多研究結(jié)果表明，低溫能導(dǎo)致葉片內(nèi)部CO2的擴散能力降低，從而減小了氣孔導(dǎo)度，使δ13C值升高[6- 7,17- 18]。然而，也有研究表明溫度與δ13C值存在正相關(guān)關(guān)系[19]。筆者的前期研究表明，在氣溫較低的生態(tài)區(qū)生長的烤煙，葉片δ13C值偏負(fù)[13]。本實驗結(jié)果與前期研究結(jié)果并不相同，這表明烤煙δ13C值與溫度的關(guān)系較為復(fù)雜。溫度對δ13C值的復(fù)雜影響，其原因大多被歸結(jié)于最適溫度理論，但除此之外，在闡釋自然植物與其它環(huán)境或生理因子的聯(lián)系時還應(yīng)注意物種差異及生態(tài)因子的綜合作用[2]。

綜上所述，福建和云南生態(tài)區(qū)煙葉δ13C值的相似性，以及它們同河南生態(tài)區(qū)煙葉δ13C值的差異性，并不是受降水或氣溫單個因子的影響，降水和氣溫的合理配比可能是引起福建和云南煙葉碳同位素組成特征相似的主要因素，同時也是導(dǎo)致這兩個生態(tài)區(qū)煙葉不同于河南煙葉碳同位素組成特征的原因。

3.2 不同生態(tài)區(qū)煙葉δ13C值與相關(guān)生理指標(biāo)的聯(lián)系

福建烤煙與云南烤煙的生理特征，以及生理指標(biāo)之間的相關(guān)性都具有相似性，而河南烤煙與福建、云南烤煙的生理特征存在明顯的差異。3個生態(tài)區(qū)煙葉δ13C值與其余生理指標(biāo)的相關(guān)性都表明，δ13C值與碳氮比、比葉重均呈正相關(guān)關(guān)系，與全氮含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

烤煙葉片δ13C值與自身光合能力及氣孔特征密切相關(guān)。pi/pa由光合作用中葉片CO2供需平衡所決定。CO2需求受光合作用相關(guān)因子的影響，如羧化酶活性，葉片氮的含量等，而CO2供給受氣孔密度，氣孔導(dǎo)度及葉肉組織厚度的影響[4]。因此，與光合作用及氣孔特征相關(guān)的因子都能影響煙葉的δ13C值。本試驗結(jié)果表明，3個地點的烤煙葉片δ13C值與全氮含量呈負(fù)相關(guān)，這與李善家等人的研究結(jié)論相似[6]。然而，根據(jù)多數(shù)研究者的研究結(jié)論得知，δ13C值與葉片含氮量存在正相關(guān)關(guān)系[1,8,20]。一方面，葉片氮供應(yīng)充足，能使葉綠素和羧化酶含量增加，CO2固定量增加，pi減小，δ13C值增加。另一方面，含氮量高可增加葉片厚度，使CO2擴散路徑變長，傳導(dǎo)率降低，減少了羧化位點CO2的供應(yīng)，pi減小，δ13C值增加。本試驗出現(xiàn)了相反的結(jié)論，可能跟烤煙氮代謝特點有關(guān)。煙草在成熟過程中，隨著葉綠素的降解和蛋白質(zhì)的分解，葉片含氮量將逐漸下降[21]，所以成熟期煙葉含氮量與旺長期相比更低，此時的光合能力也較弱。但此時的光合能力強弱對煙葉δ13C值影響作用并不大，葉片中13C的積累是一個長期的過程，它與烤煙長期的同化能力關(guān)系更密切，成熟期的含氮量并不是煙葉δ13C值的決定因素，有研究者指出，δ13C值是對植物長期pi/pa和長期水分利用效率的指示[3]。因此，烤煙葉片δ13C值與全氮含量呈負(fù)相關(guān)，這可能是烤煙不同于其它植物的一個特征。與含氮量相比，LMA正是對煙葉長期光合能力強弱的有效衡量指標(biāo)。LMA較高的烤煙，其物質(zhì)積累的能力更強，也即是同化能力更強。比較3個地點指標(biāo)均值可知，比葉重平均值小的地區(qū)，其煙葉δ13C平均值也低。相關(guān)性分析表明，單個地點煙葉的δ13C值與LMA均呈正相關(guān)關(guān)系，僅河南煙葉的較弱。δ13C值與LMA的這一關(guān)系同許多研究結(jié)果是一致的[4,20,22- 23]。由此看出，含氮量對同化能力的表征不及LMA，LMA與δ13C值的關(guān)系更為穩(wěn)定。不少研究者認(rèn)為，PNUE(Pn/N，單位氮含量的光合能力)可以更準(zhǔn)確地反映植物葉片氮的積累與CO2固定的關(guān)系[24- 26]，并對δ13C值有一定指示作用。研究表明，PNUE與δ13C值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[27]。碳氮比(C/N)在一定程度上也能反映出光合氮利用效率。河南煙葉碳氮比平均值最小，福建和云南煙葉碳氮比平均值比較接近，并且C/N比小的地區(qū)煙葉δ13C值較小。Li等人的研究表明C/N比值與δ13C值存在負(fù)相關(guān)關(guān)系[20]，這與本試驗所得出的結(jié)論相反，這可能也跟烤煙葉片成熟過程中氮代謝特征有關(guān)。

綜上所述，云南和福建煙葉的δ13C值高于河南，云南和福建烤煙的生理特征較為相似，且與河南煙葉差別顯著。相關(guān)性分析表明，成熟期煙葉的δ13C值與比葉重、碳氮比均呈正相關(guān)，與總氮含量呈負(fù)相關(guān)。這說明δ13C值即能夠反映環(huán)境條件對烤煙光合生理的綜合影響，也能反映出烤煙碳氮代謝的特征，即δ13C值在一定程度上能夠與烤煙品質(zhì)特征相聯(lián)系。河南是國內(nèi)典型的濃香型烤煙產(chǎn)區(qū)，福建和云南，尤其云南是典型的清香型烤煙產(chǎn)區(qū)，能否通過烤煙葉片δ13C值與眾多生理特征以及氣候、地理因子之間的耦合聯(lián)系，以煙葉δ13C值作為判定烤煙香氣風(fēng)格形成的閾值指標(biāo)，有待深入研究。

[1] 劉小寧, 馬劍英, 孫偉, 崔永琴, 段爭虎. 高山植物穩(wěn)定碳同位素沿海拔梯度響應(yīng)機制的研究進(jìn)展. 山地學(xué)報, 2010, 28(1): 37- 46.

[2] Bai E, Boutton T W, Liu F, Wu X B, Archer S R. Variation in woody plantδ13C along a topoedaphic gradientin a subtropical savanna parkland. Oecologia, 2008, 156(3): 479- 489.

[3] Feng Q H, Mauro C, Cheng R M, Liu S R, Shi Z M. Leaf functional trait responses ofQuercusaquifolioidesto high elevations. International Journal of Agriculture and Biology, 2013, 15(1): 69- 75.

[4] Takahashi K, Miyajima Y. Relationships between leaf life span, leaf mass per area, and leaf nitrogen cause different altitudinal changes in leafδ13C between deciduous and evergreen species. Botany, 2008, 86(11): 1233- 1241.

[5] Lopes M S, Araus J L. Nitrogen source and water regime effects on durum wheat photosynthesis and stable carbon and nitrogen isotope composition. Physiologia Plantarum, 2006, 126(3): 435- 445.

[6] 李善家, 張有福, 陳拓. 西北油松葉片δ13C特征與環(huán)境因子和葉片礦質(zhì)元素的關(guān)系. 植物生態(tài)學(xué)報, 2011, 35(6): 596- 604.

[7] Wu C C, Peng G Q, Zhang Y B, Xu X, Korpelainen H, Berninger F, Li C Y. Physiological responses ofAbiesfaxonianaseedlings to different non-growing-season temperatures as revealed by reciprocal transplantations at two contrasting altitudes. Canadian Journal of Forest Research, 2011, 41(3): 599- 607.

[8] Livingston N J, Guy D, Sun Z J, Ethier G J. The effects of nitrogen stress on the stable carbon isotope composition, productivity and water use efficiency of white spruce (Piceaglauca(Moench) Voss) seedlings. Plant, Cell and Environment, 1999, 22(3): 281- 289.

[9] Raeini-Sarjanz M, Chalavi V. Effects of water stress and constitutive expression of a drought induced chitinase gene on water-use efficiency and carbon isotope composition of strawberry. Journal of Applied Botany and Food Quality, 2011, 84(1): 90- 94.

[10] Cai Z Q, Schnitzer S A, Bongers F. Seasonal differences in leaf-level physiology give lianas a competitive advantage over trees in a tropical seasonal forest. Oecologia, 2009, 161(1): 25- 33.

[11] 馮秋紅, 程瑞梅, 史作民, 劉世榮, 劉興良, 何飛, 曹慧明. 海拔梯度對巴郎山奇花柳葉片δ13C的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2011, 22(11): 2841- 2848.

[12] 馬劍英, 陳發(fā)虎, 夏敦勝, 孫惠玲, 段爭虎, 王剛. 荒漠植物紅砂葉片δ13C值與生理指標(biāo)的關(guān)系. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2008, 19(5): 1166- 1171.

[13] 顏侃, 宋鵬飛, 陳宗瑜, 黃韡, 倪霞. 低緯高原兩個亞生態(tài)區(qū)烤煙種植生態(tài)適應(yīng)性. 生態(tài)學(xué)雜志, 2012, 31(4): 870- 876.

[14] 郭東鋒, 祖朝龍, 李田, 姚忠達(dá), 舒俊生. 烤煙煙葉穩(wěn)定同位素與化學(xué)成分關(guān)系研究. 中國煙草科學(xué), 2012, 33(4): 42- 45.

[15] 何春霞, 李吉躍, 孟平, 張燕香. 樹木葉片穩(wěn)定碳同位素分餾對環(huán)境梯度的響應(yīng). 生態(tài)學(xué)報, 2010, 30(14): 3828- 3838.

[16] Gebrekirstos A, Noordwijk M, Neufeldt H, Mitl?hner R. Relationships of stable carbon isotopes, plant water potential and growth: an approach to asses water use efficiency and growth strategies of dry land agroforestry species. Trees, 2011, 25(1): 95- 102.

[17] 任書杰, 于貴瑞. 中國區(qū)域478種C3植物葉片碳穩(wěn)定性同位素組成與水分利用效率. 植物生態(tài)學(xué)報, 2011, 35(2): 119- 124.

[18] Correia I, Almeida M H, Aguiar A, Alía R, David T S, Pereira J S. Variations in growth, survival and carbon isotope composition (δ13C) amongPinuspinasterpopulations of different geographic origins. Tree Physiology, 2008, 28(10): 1545- 1552.

[19] 劉賢趙, 王國安, 李嘉竹, 王文文, 趙麗麗, 李寶江. 中國北方農(nóng)牧交錯帶C3草本植物δ13C與溫度的關(guān)系及其對水分利用效率的指示. 生態(tài)學(xué)報, 2011, 31(1): 123- 136.

[20] Li C Y, Wu C C, Duan B L, Korpelainen H, Luukkanen O. Age-related nutrient content and carbon isotope composition in the leaves and branches ofQuercusaquifolioidesalong an altitudinal gradient. Trees-Structure and Function, 2009, 23(5): 1109- 1121.

[21] 劉高峰. 有機營養(yǎng)對烤煙生理代謝與品質(zhì)影響的研究 [D]. 福州: 福建農(nóng)林大學(xué), 2006.

[22] 王慶偉, 齊麟, 田杰, 周旺明, 丁宏, 于大炮, 代力民. 海拔梯度對長白山北坡岳樺水分利用效率的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2011, 22(9): 2227- 2232.

[23] Zhu L, Li S H, Liang Z S, Xu X, Li Y. Relationship between carbon isotope discrimination, mineral content and gas exchange parameters in vegetative organs of wheat grown under three different water regimes. Journal of Agronomy and Crop Science, 2010, 196(3): 175- 184.

[24] 馮秋紅, 程瑞梅, 史作民, 劉世榮, 劉興良, 何飛, 曹慧明. 巴郎山刺葉高山櫟葉片δ13C對海拔高度的響應(yīng). 生態(tài)學(xué)報, 2011, 31(13): 3629- 3637.

[25] Hikosaka K, Nagamatsu D, Ishii H S, Hirose T. Photosynthesis-nitrogen relationships in species at different altitudes on Mount Kinabalu, Malaysia. Ecological Research, 2002, 17(3): 305- 313.

[26] Guo R Q, Ruan H, Yang W J, Liu B, Sun S C. Differential responses of leaf water-use efficiency and photosynthetic nitrogen-use efficiency to fertilization in Bt-introduced and conventional rice lines. Photosynthetica, 2011, 49(4): 507- 514.

[27] Cai Z Q, Poorter L, Cao K F, Bongers F. Seedling growth strategies inBauhiniaspecies: comparing lianas and trees. Annals of Botany, 2007, 100(4): 831- 838.

Stable carbon isotope composition of tobacco leaves in different ecological regions

YAN Kan1,2, CHEN Zongyu1,*,WANG Juan1,TAN Shuwen1,3,WU Xiaoxiao1

1CollegeofAgronomyandBio-technology,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201,China2QuxianMiddleSchoolofSichuanProvince,Dazhou635200,China3DepartmentofBioengineering,YunnanVocationalandTechnicalCollegeofAgriculture,Kunming650212,China

The quality of crops attracts the attention of many scholars, and tobacco crops are no exception. Tobacco produced in the Fujian and Yunnan ecological regions is distinguished by its delicate fragrance, while tobacco produced in Henan is famous for its strong aroma. Research has shown that meteorological factors cause these differences, although evaluating how the meteorological conditions of any ecological particular region influence the flavor of tobacco has proved difficult. However, use of the stable carbon isotope technique, which has been widely used in ecological studies, provides a possible approach for solving the above problem. Many studies have demonstrated that the amount ofδ13C (stable carbon isotope composition) found in plants is influenced by environmental conditions, such as temperature, moisture, illumination, and so on. In addition,δ13C has been closely connected with various physiological characteristics. Therefore, the amount ofδ13C found in plants could be a link between environmental conditions in a region and the resulting physiological characteristics of individual plants. This paper investigates the distribution ofδ13C in the ecological regions of Henan, Fujian and Yunnan provinces, China. We also wanted to know if the amount ofδ13C found in plants could be used to evaluate the effect of the environment on the quality of tobacco.The Tobacco cultivar K326 was planted in three different ecological regions; one test site was located in each of three provinces, Henan, Fujian and Yunnan. During the tobacco growing season, the Fujian and Yunnan test zones have adequate precipitation and low average temperatures (20.8 ℃ and 22.8 ℃, respectively) in contrast to the Henan test zone, which has sparse precipitation and high temperatures (25.7 ℃) that are not as favorable for growing tobacco. Mature leaves from different leaf positions (from ground to top, selecting the 7th, 10th,13thand 16thleaf from tobacco plants) were collected as test samples; then,δ13C, total organic carbon, total nitrogen andLMA(leaf mass per area) were determined. The results suggested that theδ13C levels in both Yunnan and Fujian tobacco increased with leaf position. Theδ13C of Henan tobacco did not exhibit this trend. Theδ13C in samples from the Henan test zone ranged between -27.3 ‰ and -31.2 ‰, averaging -29.7 ‰. Theδ13C in samples from the Fujian and Yunnan test zones had similar levels and were between -24.0 ‰ and -27.1 ‰ and between -24.6 ‰ and -28.6 ‰, respectively, averaging -26.3 ‰ and -25.6 ‰, respectively. Henan tobacco had the highest leaf total nitrogen content, but the total organic carbon content, C/N ratio andLMAwere lowest in Henan tobacco. However, the data for each measurement of Fujian′s and Yunnan′s tobacco leaves were quite similar. Additionally, while Fujian and Yunnan tobacco obviously had similar physiological characteristics, they were quite different from Henan tobacco. The correlation analysis suggested thatδ13C was negatively correlated with total nitrogen, and positively correlated with theC/Nratio andLMA. In conclusion, based on the relationships ofδ13C with total organic carbon and total nitrogen,δ13C could provide a link for biochemical coupling between nitrogen and carbon metabolism. Plastid segments, nicotine, protein and neutral aroma constituents, which are known to be decisive factors that determine tobacco quality, were all allied to nitrogen and carbon metabolism. That is, the results verified our hypothesis thatδ13C could be a link between meteorological factors and tobacco quality. In summarizing the above arguments, we believe thatδ13C can be used to evaluate the effects of environmental variables on tobacco quality.

tobacco; ecological region;δ13C; C/N ratio; LMA(leaf mass per area)

國家煙草專賣局(110201101003TS- 03)

2013- 07- 08;

2014- 06- 12

10.5846/stxb201307311996

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zchen191@vip.sohu.com

顏侃, 陳宗瑜, 王娟, 譚淑文, 吳瀟瀟.不同生態(tài)區(qū)烤煙葉片穩(wěn)定碳同位素組成特征.生態(tài)學(xué)報,2015,35(11):3846- 3853.

Yan K, Chen Z Y,Wang J,Tan S W,Wu X X.Stable carbon isotope composition of tobacco leaves in different ecological regions.Acta Ecologica Sinica,2015,35(11):3846- 3853.