陳泳緯,吳永兵,袁華恩,陽葦麗,何正川,趙俊杰,董 涵,張 宇,趙銘欽

(1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院,鄭州 450002;2. 湖北省煙草公司襄陽市公司,湖北 襄陽 441003;四川省煙草公司達(dá)州市公司,四川 達(dá)州 635006)

【研究意義】光照直接影響植物生長發(fā)育過程中光合作用及光形態(tài)建成[1-2],生長在弱光環(huán)境中的植物形態(tài)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化,生理生化特性等也會(huì)表現(xiàn)出一定的生態(tài)適應(yīng)性[3-4]。煙草是喜光作物,充足的光照條件是保障其生長發(fā)育的關(guān)鍵,但日光充足而不強(qiáng)烈的光照條件更有助于煙葉質(zhì)量形成[5-6]。雪茄的茄衣煙葉作為雪茄的外包裝,直接影響雪茄質(zhì)量和檔次,其對(duì)煙葉組織結(jié)構(gòu)細(xì)膩程度、顏色均勻性等外觀質(zhì)量方面以及厚度薄、彈性、拉力強(qiáng)度等可用性質(zhì)量方面要求均較高[7]。目前,隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展,利用遮蔭栽培技術(shù)改變光照強(qiáng)度是滿足雪茄茄衣煙葉特殊質(zhì)量要求的主要方式[8]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】已有研究表明,弱光脅迫的時(shí)長和強(qiáng)度是影響植物生長發(fā)育的主要因素,長期處于弱光條件下,植物的營養(yǎng)生長會(huì)受到一定程度的抑制,而短期弱光處理的光照強(qiáng)度是影響植物生長發(fā)育的主要因素之一,同時(shí)處理光質(zhì)、植物的品種及處理生長發(fā)育階段的不同,有的植物在適當(dāng)?shù)娜豕饷{迫下,反而有利于其生長[9]。劉國順等[10]研究表明,生育期持續(xù)較弱的光照強(qiáng)度對(duì)烤煙生長的影響主要表現(xiàn)在營養(yǎng)生長受抑制、凈光合速率下降、生育期延長等。任曉春等[11]研究表明,短期低光強(qiáng)處理下,雪茄煙葉生物量積累下降,葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,光合作用下降。吳曉穎等[12]研究表明,短期低光強(qiáng)處理下,葉片葉綠素含量下降,影響植物內(nèi)源激素含量。趙喆等[13]研究表明,烤煙在成熟期光強(qiáng)降低可促進(jìn)葉綠素含量,提高抗氧化酶活性,降低煙葉膜脂過氧化程度。目前關(guān)于光照強(qiáng)度對(duì)烤煙生長發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量的影響研究較多[14-15],但針對(duì)雪茄煙生育期長期弱光適應(yīng)性和不同光照強(qiáng)度響應(yīng)的研究鮮有報(bào)道?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】以川雪1號(hào)雪茄品種為試材,設(shè)置光照強(qiáng)度遞減的雪茄煙葉大田生育期栽培試驗(yàn),從光合特性、抗氧化特性和品質(zhì)的角度,探討弱光脅迫對(duì)雪茄煙葉生長發(fā)育過程的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】分析不同光照強(qiáng)度下雪茄煙葉旺長期至成熟期生理特性的變化規(guī)律,為雪茄煙遮蔭栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及地點(diǎn)

供試品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N川雪1號(hào),由四川省煙草公司達(dá)州市公司提供。試驗(yàn)于2022年在四川省達(dá)州市峰城鎮(zhèn)(107°97′E,31°51′N)進(jìn)行,試驗(yàn)地土壤質(zhì)地為沙壤土,有機(jī)質(zhì)含量21.68 g/kg,速效鉀含量110.00 mg/kg,速效磷含量25.00 mg/kg,堿解氮含量124.22 mg/kg,pH 5.27。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取川雪1號(hào)種子漂浮育苗。移栽前整地、條施基肥,施肥質(zhì)量比例為m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=1.0∶0.8∶2.0。于2022年4月27日移栽,行距110 cm,株距40 cm。試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理:CK(對(duì)照,100%自然光強(qiáng))、T1(85%自然光強(qiáng))、T2(70%自然光強(qiáng))、T3(55%自然光強(qiáng))、T4(40%自然光強(qiáng)),遮蔭材料為定制的黑色遮陽網(wǎng)(通過調(diào)節(jié)紗網(wǎng)孔隙度和層數(shù)),控制光強(qiáng)偏差在±3%范圍內(nèi),各處理試驗(yàn)期間的平均光強(qiáng)分別為905～1008、772～860、637～709、505～562、367～409 μmol/(m2·s)。于5月27日按試驗(yàn)設(shè)置搭棚進(jìn)行遮蔭,采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),重復(fù)3次,小區(qū)面積66.7 m2。大田管理按照當(dāng)?shù)匮┣褵熑~生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。

取樣方法:煙苗移栽后40 d(旺長初期)開始,每10 d取樣1次,每次選取各小區(qū)具有代表性的中部葉(10～12葉位)5片,共取5次。取樣后一部分去除主脈取第6～7支脈葉肉混勻放入液氮保存,用于生理指標(biāo)測(cè)定;另一部分煙葉殺青烘干研磨后,過篩保存,用于化學(xué)成分測(cè)定。取各處理晾制后的中部煙葉樣品10片,60 ℃烘干,粉碎過篩,用于晾制后化學(xué)成分的測(cè)定。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 葉片光合色素含量測(cè)定 葉綠素(Chla+b)及類胡蘿卜素(Car)采用 80% 丙酮提取法測(cè)定[16]。

1.3.2 光合參數(shù)測(cè)定 葉片光合指標(biāo)采用GFS-3000(WALZ,德國)便攜式光合儀測(cè)定,于移栽后60 d,選擇生長一致且受光良好的中部功能葉片(自下而上,第10～12葉位),于晴天9:00—11:30,測(cè)定雪茄煙葉凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci),每處理測(cè)定3株,每株重復(fù)3次,取平均值,計(jì)算葉片水分利用效率(WUEL)。

WUEL=Pn/Tr

1.3.3 丙二醛含量及過氧化氫含量測(cè)定 丙二醛(MDA)和過氧化氫(H2O2)含量采用紫外分光光度法,利用丙二醛(MDA)和過氧化氫(H2O2)含量試劑盒(蘇州科銘生物技術(shù)有限公司)按照說明書方法測(cè)定。

1.3.4 抗氧化酶活性測(cè)定 采用NBT光還原法測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性;紫外吸收法測(cè)定過氧化氫酶(CAT)活性;愈創(chuàng)木酚比色法測(cè)定過氧化物酶(POD)活性[17]。

1.3.5 晾后煙葉化學(xué)成分品質(zhì)分析 采用 SEAL-AA3 連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量,包括水溶性糖、煙堿、總氮、鉀、氯[18]。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

采用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理及作圖;采用SPSS 24.0軟件進(jìn)行單因素方差分析,LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照強(qiáng)度對(duì)雪茄煙葉光合色素含量的影響

由圖1可知,雪茄煙葉在旺長期至成熟期葉綠素和類胡蘿卜素含量均呈單峰變化趨勢(shì)。40 d各處理葉綠素含量隨著光照強(qiáng)度提升表現(xiàn)為先升后降,且T2處理顯著高于CK處理,T4處理顯著低于其他處理,但類胡蘿卜素含量隨著光照強(qiáng)度提升而降低,且CK處理顯著高于各遮蔭處理。說明在旺長期初期,光強(qiáng)適度減弱有利于葉綠素含量提升,但光照強(qiáng)度提升至T3處理時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)椴焕谌~綠素合成,同時(shí)光強(qiáng)減弱會(huì)抑制類胡蘿卜素含量。移栽50 d后各處理葉綠素與類胡蘿卜素含量均達(dá)到峰值,表現(xiàn)為T3>T2>T4>T1>CK,且CK處理顯著低于各遮蔭處理,說明遮蔭處理有利提升葉綠素和類胡蘿卜素含量的峰值水平,適度遮蔭(T2～T3處理)光照強(qiáng)度效果最佳。隨后50～80 d葉綠素和類胡蘿卜素含量不斷下降,各處理之間均表現(xiàn)為CK處理顯著低于遮蔭處理,T2和T3處理顯著高于T1處理?？梢奣2～T3區(qū)間的光照強(qiáng)度可以維持較高的光合色素含量,而后期維持較高的葉綠素有利于保障葉片光合作用持續(xù)抵抗弱光脅迫,并且后期維持較高類胡蘿卜素則有利于抵抗光氧化對(duì)葉綠素的損傷,降低光合膜受損程度,提高煙株抗逆性,保障光合作用進(jìn)行[19]。

柱形圖上帶有不同小寫字母者表示處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。下同。The column charts with different lowercase letters indicate significant differences between treatments(P<0.05).The same as below.圖1 光照強(qiáng)度對(duì)雪茄煙葉光合色素含量的影響Fig.1 Effect of light intensity on photosynthetic pigment content of cigar leaves

2.2 光照強(qiáng)度對(duì)雪茄煙葉光合作用的影響

由表1可知,隨著光照強(qiáng)度降低,雪茄煙葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率呈降低趨勢(shì),但胞間CO2濃度呈先升后降趨勢(shì),水分利用效率卻呈上升趨勢(shì),不同光照強(qiáng)度處理差異顯著。說明光照強(qiáng)度遞增,使煙葉凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率遞減。而胞間CO2濃度在光照強(qiáng)度從CK～T3處理區(qū)間遞增,至T4處理回降,推測(cè)弱光脅迫下煙葉發(fā)育較弱,且凈光合速率和氣孔導(dǎo)度顯著低于其他處理,多種因素導(dǎo)致胞間CO2濃度下降,葉片水分利用效率在光照強(qiáng)度達(dá)到T2～T4處理區(qū)間明顯提升。

表1 光照強(qiáng)度對(duì)雪茄煙葉光合作用的影響Table 1 Effect of light intensity on photosynthesis of cigar leaves

2.3 光照強(qiáng)度對(duì)雪茄煙葉片丙二醛(MDA)和過氧化氫含量的影響

由圖2可知,各處理煙葉MDA含量變化逐漸上升。40～60 d,CK和T1處理緩慢上升,但T2、T3和T4處理煙葉MDA含量無明顯增幅,維持動(dòng)態(tài)平衡。60～80 d各處理MDA含量增幅逐漸增大,至80 d各處理MDA含量明顯上升。各處理的MDA含量在生長發(fā)育的各個(gè)旺長期階段存在不同差異,移栽后第40天各處理MDA含量呈單峰變化,以T2處理最高,說明在旺長初期T2處理抗氧化能力較弱,T1處理次之,但T3和T4處理低于CK處理。說明在旺長初期,各處理煙葉MDA含量差異不大,隨著光照強(qiáng)度提升,T1和T2處理在旺長初期的發(fā)育情況受到輕微影響,抗氧化能力減弱,MDA含量稍高于CK,但光照強(qiáng)度提升至T3、T4處理時(shí),煙葉MDA含量低于CK處理,推測(cè)是因?yàn)楫?dāng)?shù)卦耘喹h(huán)境屬于中高海拔的山地,紫外線較強(qiáng),雖然遮蔭延緩煙株發(fā)育,但當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到T3處理時(shí),紫外線的隔絕對(duì)生長發(fā)育初期的煙株提供保護(hù)。第50天各處理MDA含量隨著光照強(qiáng)度提升呈下降趨勢(shì),60～80 d各處理的MDA含量均表現(xiàn)為光照強(qiáng)度以CK處理提升至T3處理,煙葉MDA含量呈下降趨勢(shì),但至T4處理稍有回升,可見光照強(qiáng)度在T1～T3區(qū)間時(shí),煙葉受到的氧化損傷程度遞減,但達(dá)到T4強(qiáng)度時(shí)可能受到弱光脅迫較大影響煙葉發(fā)育,使其抗氧化能力減弱,MDA含量稍高于T3處理。

圖2 光照強(qiáng)度對(duì)雪茄煙葉片MDA含量的影響Fig.2 Effect of light intensity on MDA content of cigar tobacco leaves

由圖3可知,各處理煙葉H2O2含量緩慢上升,在40～80 d均以CK處理煙葉H2O2含量高于遮蔭處理,且各處理第80天H2O2含量較40 d增幅分別為22.44%、14.80%、11.93%、13.45%、12.68%。說明遮蔭處理可以有效降低煙葉內(nèi)的H2O2含量,減少煙葉氧化損傷。除第60天以T2含量最低且與T3、T4處理無顯著差異外,其他時(shí)期均表現(xiàn)為隨遮蔭處理強(qiáng)度的提升煙葉H2O2含量下降,可見提升光照強(qiáng)度有利于減少煙葉在各時(shí)期的氧化損傷。

圖3 光照強(qiáng)度對(duì)雪茄煙葉片H2O2含量的影響Fig.3 Effect of light intensity on H2O2 content in cigar tobacco leaves

2.4 光照強(qiáng)度對(duì)雪茄煙葉片抗氧化酶活性的影響

由圖4可知,在雪茄煙40～80 d旺長期至成熟期,各處理煙葉SOD、CAT、POD均保持較高活性。各處理SOD活性均呈單峰變化趨勢(shì),CK和T1處理的峰值在60 d,T2、T3和T4的峰值在70 d,可見光照強(qiáng)度的提升,對(duì)煙葉SOD活性的峰值變化有一定影響。40～60 d均以CK處理SOD活性較高,且相鄰處理之間無顯著差異,說明在生長發(fā)育前中期,各處理SOD均積極響應(yīng),70～80 d CK處理SOD活性顯著低于其他處理,T2、T3處理較高,且處理之間無顯著差異?？梢姽庹諒?qiáng)度在T2～T3區(qū)間,有利于煙葉在生長發(fā)育時(shí)期維持較高SOD活性。

圖4 光照強(qiáng)度對(duì)雪茄煙葉片抗氧化酶活性的影響Fig.4 Effect of light intensity on antioxidant enzyme activity of cigar tobacco leaves

在40～80 d CK、T1和T2處理CAT活性呈上升趨勢(shì),而T3和T4處理在40～50 d快速提升,50～60 d輕微降幅,60～80 d繼續(xù)上升。說明光照強(qiáng)度在T3～T4處理區(qū)間,CAT活性提前響應(yīng)。60～80 d各處理增幅表現(xiàn)為3.16%、4.73%、7.34%、11.52%、10.84%。說明在生長發(fā)育中后期,光照強(qiáng)度在T2～T4處理區(qū)間仍能積極提升酶活性。各處理CAT活性在各個(gè)時(shí)期隨光照強(qiáng)度提升存在不同趨勢(shì),40 d隨光照強(qiáng)度提升CAT活性遞減,50～80 d光照強(qiáng)度提升,CAT活性均高于CK處理。說明前期光照強(qiáng)度提升對(duì)CAT活性促進(jìn)作用較小。70～80 d,T2～T4處理均顯著高于CK處理,且之間無顯著差異?？梢婋S著遮蔭時(shí)期延長,光照強(qiáng)度T2～T4處理區(qū)間有利于煙葉在生長發(fā)育時(shí)期維持較高CAT活性。

各處理煙葉POD活性在40～80 d呈單峰變化趨勢(shì),各個(gè)時(shí)期CK處理活性均小于遮蔭處理,可見遮蔭處理提升各個(gè)階段的POD活性,但光照強(qiáng)度在CK～T3處理區(qū)間60 d達(dá)到峰值,T4處理在50 d達(dá)到峰值,說明光照強(qiáng)度達(dá)到T4處理時(shí)煙葉無法在中后期維持較高POD活性。80 d各處理煙葉POD活性低于生長發(fā)育初期(40 d)活性,降幅分別為6.79%、8.27%、5.17%、6.99%、9.98%,可見雪茄煙葉POD前期活性較高,至60 d開始下降,至80 d各處理煙葉POD活性均低于初期,T2處理對(duì)POD活性的維持優(yōu)于CK處理。

2.5 光照強(qiáng)度對(duì)雪茄煙葉片晾后化學(xué)成分含量的影響

由表2可知,隨著光照強(qiáng)度提升,各處理煙葉中總糖、總氮、煙堿含量呈先上升后降低趨勢(shì),氯、鉀呈上升趨勢(shì),還原糖、糖堿比、氮堿比、兩糖比呈下降趨勢(shì)?？梢?光照強(qiáng)度在CK～T3處理區(qū)間提升總糖、總氮、煙堿、氯、鉀含量,但還原糖、糖堿比、氮堿比、兩糖比則相反。糖堿比以CK處理較好,其比值低,影響吸食品質(zhì),氮堿比以T3、T4處理較好,其比值接近1代表煙葉的感官質(zhì)量好[20],鉀氯比各處理均大于4,以T2處理較好,其比值越大煙葉燃燒性越好[20]。綜合來看,不同光照強(qiáng)度處理對(duì)化學(xué)成分影響較大,對(duì)比各處理化學(xué)成分協(xié)調(diào)性,遮蔭處理可能會(huì)影響煙葉的感官質(zhì)量,但由于茄衣煙葉以外觀質(zhì)量和物理特性質(zhì)量為主,T1～T3處理對(duì)煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性影響較小,而T4處理對(duì)煙葉化學(xué)成分品質(zhì)協(xié)調(diào)性影響較大。

表2 光照強(qiáng)度對(duì)雪茄煙葉片晾后化學(xué)成分含量的影響Table 2 Effect of light intensity on chemical composition content of cigar tobacco leaves after air curing

3 討 論

植物利用光通過光合作用,提供同化力形成所需要的能量,活化參與光合作用的關(guān)鍵酶等[21]。植物葉片中葉綠體的光合色素含量直接影響光合作用的進(jìn)行,因此植物的光合特性受弱光脅迫的影響至關(guān)重要[22]。本研究發(fā)現(xiàn)各處理雪茄煙葉在旺長期至成熟期階段,葉綠素類和類胡蘿卜素含量均呈單峰變化趨勢(shì),至50 d達(dá)到峰值,光照強(qiáng)度在55%～70%自然光強(qiáng)時(shí),有利于旺長期至成熟期維持較好的葉綠素含量,促進(jìn)葉片吸收更多光能進(jìn)行光合作用,抵抗長期的弱光脅迫,同時(shí)光照強(qiáng)度在55%～70%自然光強(qiáng)時(shí),各時(shí)期煙葉的類胡蘿卜素含量均維持較高水平,說明55%～70%自然光強(qiáng)處理有利于提高煙葉類胡蘿卜素含量,而類胡蘿卜素含量高有利于保護(hù)葉綠素受光氧化的損傷,降低光合膜受損程度,保障光合作用進(jìn)行。這與云菲等[23]、付景等[24]研究結(jié)果一致。而光照強(qiáng)度在40%自然光強(qiáng)時(shí),對(duì)比55%～70%自然光強(qiáng)處理,煙葉的葉綠素和類胡蘿卜素含量未進(jìn)一步增加,推測(cè)該處理光照強(qiáng)度抑制了生長發(fā)育,限制了色素合成,這與任曉春等[11]研究一致。同時(shí)弱光環(huán)境下植物的適應(yīng)性調(diào)節(jié),還通過調(diào)控自身光合參數(shù),提高光能利用率,以維持弱光環(huán)境下的碳平衡[25]。本研究發(fā)現(xiàn)隨著光強(qiáng)降低,雪茄煙葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率呈降低趨勢(shì),這與云菲等[23]、王佳佳等[26]研究結(jié)果一致。胞間CO2濃度隨著自然光強(qiáng)從100%降至55%時(shí)呈上升趨勢(shì),但降至40%自然光強(qiáng)時(shí)胞間CO2濃度未隨著光強(qiáng)降低而上升,推測(cè)受到該處理氣孔導(dǎo)度明顯下降的影響,使該處理胞間CO2濃度下降,這與云菲等[23]略有不同。水分利用效率隨著光強(qiáng)降低呈上升趨勢(shì),這與戰(zhàn)吉宬等[27]研究一致。

不同光照強(qiáng)度對(duì)煙葉生長發(fā)育的影響,導(dǎo)致煙葉化學(xué)成分含量變化形成了煙葉品質(zhì)的差異[10]。與喬新榮等[6]研究結(jié)果一致,弱光脅迫使烤煙化學(xué)成分中總糖和還原糖含量下降,總氮和鉀含量上升,煙堿含量雖光強(qiáng)減弱先升后降,綜合來看55%～70%自然光強(qiáng)處理煙葉鉀氯比和氮堿比適宜,化學(xué)成分協(xié)調(diào)性較好。

4 結(jié) 論

長期不同弱光條件對(duì)雪茄煙葉光合特性和抗氧化特性影響顯著,提升了雪茄煙葉光合色素含量、胞間CO2濃度、水分利用效率及抗氧化酶活性,降低了膜脂過氧化程度,但凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率下降。適度弱光(55%～70%自然光強(qiáng))能夠促進(jìn)光能吸收,提升抗氧化酶活性,降低煙葉氧化,有利于品質(zhì)形成。綜合考慮品種特性、煙區(qū)氣候條件等因素,適宜四川達(dá)州地區(qū)優(yōu)質(zhì)茄衣煙葉生產(chǎn)的光照強(qiáng)度為55%～70%自然光強(qiáng),為國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)茄衣煙葉提供參考。