烤烟是以收获叶片为目的的经济作物,烤烟植株的生长发育情况对烤烟的品质和经济效益具有重要影响[1]。植物激素在烤烟的各个生长发育时期都起着重要的作用,农业上常用喷施外源植物激素的方法调控烤烟的生长[2,3,4,5]。在烤烟生产过程中,打顶起到了调节烟叶源库比[6,7]、调节烟叶碳氮代谢和解除顶端优势的作用,但也阻碍了烤烟内源激素的合成[8],影响烟叶的品质。研究[9,10]表明,打顶后涂抹外源激素能调控烟株的库源关系,提高烟叶钾含量,降低烟碱含量,协调烟叶的化学成分。GA3作为赤霉素应用最为广泛的一种,具有促进种子萌发和茎叶生长分化的作用[11,12]。刘超等[13]研究表明,喷施一定浓度的赤霉素（GA3）和生长素（IAA）可使烟叶干物质积累增加,烟叶中总糖、还原糖和钾含量增加,总氮、烟碱和氯含量有所降低。王林等[14]在打顶后烟株表面喷施IAA与GA3 2种外源激素,发现较高浓度的GA3和IAA可显著提高烟叶香味品质。6-苄氨基嘌呤（6-BA）是一种类似于细胞分裂素的植物生长调节剂,有促进细胞分裂、诱导休眠芽增殖分化、抑制叶绿素及蛋白质分解、打破顶端优势、促进侧芽生长、抑制叶的老化进程和提高植株抗性等作用[7,15]。孟云等[16]对苹果苗腋芽的研究表明,喷施外源6-BA能够打破顶端优势,促进腋芽细胞伸长生长。此外,外源6-BA还可以增加叶片中叶绿素含量,增强叶片的光合性能[17]。
目前关于外源植物激素对作物生长发育和改善品质方面已有一定的研究,但对不同浓度GA3和6-BA的互作对烤烟生长及品质特征的影响效应报道较少。本研究以烟叶生产中大面积推广的优质品种云烟87为材料,采用正交试验设计,通过对烤烟打顶当天喷施不同浓度的外源GA3和6-BA,观测烤烟的生长发育情况,探讨了不同浓度外源GA3和6-BA对烟叶物理特性、常规化学成分和香味物质等指标的影响,旨在通过外源生长调节剂调节烟叶生长,满足工业配方原料需求,为优质烟叶生产提供理论参考。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2019年在四川省宜宾市筠连县高坪乡英雄村进行。试验地土壤为黄壤土,肥力中等,地势平坦,灌排方便。试验地海拔1150m,土壤pH 6.12、碱解氮109.90mg/kg、全磷1.73g/kg、速效磷14.72mg/kg、全钾15.72g/kg、速效钾414.56mg/kg、有机质35.42g/kg。
1.2 试验设计
以当地主栽品种云烟87为试验材料,种苗由四川省烟草公司宜宾市公司提供。2019年4月20日移栽,7月5日打顶,植烟行距1.2m,株距0.5m,种植密度15 750株/hm2。采取全田烟株有50%中心花开放后一次性打顶,留叶22~24片,于烟株打顶当天进行叶面（各叶面正反面均匀）喷施,在药液中加入适量表面活性剂吐温80以减少表面张力,药液用量以叶面湿润为度。选择在无风傍晚进行,喷施后48h内无雨。喷施不同浓度GA3和6-BA,配比处理见表1,每处理重复3次,随机排列,共27个小区,其他栽培措施按照当地优质烟叶生产技术规范执行。
表1 GA3与6-BA叶面配施浓度设置
Table 1
| 处理 | GA3 | 6-BA | 处理 | GA3 | 6-BA |
|---|---|---|---|---|---|
| T1 | 0 | 0 | T6 | 50 | 40 |
| T2 | 0 | 20 | T7 | 100 | 0 |
| T3 | 0 | 40 | T8 | 100 | 20 |
| T4 | 50 | 0 | T9 | 100 | 40 |
| T5 | 50 | 20 |
1.3 测定项目及方法
1.3.1 农艺性状 于打顶后第20天参照YC/T 142-2010[18]测定各处理株高、茎围、最大叶长和最大叶宽等农艺性状指标。
1.3.2 叶绿素和类胡萝卜素含量 采用丙酮研磨比色法测定叶绿素和类胡萝卜素含量。
1.3.3 烟叶常规化学成分 取各处理烤后烟叶 C3F测定烟叶中各成分,参照YC/T 160-2002测定烟碱含量;参照YC/T 161-2002测定总氮含量;参照YC/T 159-2002测定总糖含量;参照YC/T 216-2007测定还原糖含量;参照YC/T 217-2007测定钾含量;参照YC/T 162-2002测定氯含量。
1.3.4 中性香味物质 按照李炎强等[19]的方法测定烤烟中性香味物质。
1.4 数据统计与分析
用Excel 2016进行数据统计和图表绘制,采用SPSS 22.0进行数据分析。
2 结果与分析
2.1 不同浓度GA3和6-BA对烤烟农艺性状的影响
由表2可知,与T1相比,GA3主要对烤烟的株高有一定促进作用,单用6-BA处理株高无显著差异。GA3和6-BA的互作组合主要对烤烟的最大叶长、最大叶宽和最大叶面积有促进作用,而对茎围几乎没有影响。GA3浓度相同而6-BA浓度不同的处理之间株高没有显著差异,说明株高的变化主要是由GA3引起的;与T1相比,T2和T3最大叶长、最大叶宽和最大叶面积无显著差异,说明单一喷施6-BA对烤烟叶长、叶宽、叶面积影响不大;T4和T6处理在最大叶长、最大叶宽、最大叶面积上有显著差异,T7和T9处理在最大叶长、最大叶宽、最大叶面积有显著差异,说明在喷施相同浓度外源GA3的情况下,喷施40mg/L的6-BA有利于烤烟叶长、叶宽、叶面积等指标的增加;从GA3和6-BA的互作效应来看,GA3对最大叶长、最大叶宽、最大叶面积有促进作用,而6-BA只有在外源喷施GA3和6-BA浓度为40mg/L时才有显著的正效应（P<0.05）。
表2 不同浓度GA3和6-BA的烤烟农艺性状
Table 2
| 处理 Treatment | 株高 Plant height (cm) | 最大叶长 Maximum leaf length (cm) | 最大叶宽 Maximum leaf width (cm) | 茎围 Stem girth (cm) | 最大叶面积 Maximum leaf area (cm2) |
|---|---|---|---|---|---|
| T1 | 120.61±2.95bc | 74.71±1.04e | 23.06±0.84f | 10.40±0.95a | 1102.68±58.68f |
| T2 | 120.10±2.244c | 74.70±0.96e | 23.36±0.57ef | 10.17±0.91a | 1098.41±31.53f |
| T3 | 120.85±2.75bc | 75.26±0.94de | 23.35±0.64ef | 10.36±0.98a | 1106.07±53.25ef |
| T4 | 122.67±1.64a | 75.70±1.38cd | 23.85±0.81de | 10.53±0.91a | 1139.38±53.11de |
| T5 | 122.50±1.54a | 76.32±1.04bc | 24.08±0.63cd | 10.71±0.96a | 1162.99±44.51cd |
| T6 | 122.14±2.00ab | 76.67±0.78ab | 24.42±0.77bc | 10.34±0.79a | 1178.40±62.61bc |
| T7 | 122.79±1.77a | 75.78±0.95cd | 24.21±0.64cd | 10.85±0.64a | 1159.72±59.22cd |
| T8 | 123.47±2.21a | 77.04±0.70ab | 24.84±0.46b | 10.54±0.92a | 1218.34±46.91ab |
| T9 | 123.37±2.41a | 77.17±0.95a | 25.48±0.69a | 10.63±0.92a | 1243.46±45.68a |
| GA3 | 21.063** | 39.386** | 28.314** | 1.879 | 30.435** |
| 6-BA | 0.027 | 11.098** | 5.701** | 0.372 | 5.830* |
| GA3×6-BA | 0.610 | 1.596 | 2.159 | 0.518 | 1.532 |
同一列不同小写字母表示处理间差异达到0.05显著水平。“*”表示测验达到5%显著水平;“**”表示测验达到1%极显著水平。下同
Different lowcase letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level.“*”indicates the F test reached significant difference at 5% level;“**”indicates the F test reached significant difference at 1% level, respectively. The same below
2.2 不同浓度GA3和6-BA对烤烟质体色素的影响
由表3可知,与T1相比,各个处理烟叶叶绿素a含量均显著增加,从GA3与6-BA的互作效应来看,6-BA对叶绿素的影响大于GA3,并且随着6-BA浓度的增大,叶绿素a含量有所增加;只有T8和T9处理叶绿素b与T1有显著差异,这可能与叶绿素b较为稳定有关;与T1相比,T7和T8处理烤烟类胡萝卜素含量有显著增加,T9处理有一定程度减少。这一定程度反映了喷施外源生长调节剂可能是通过调控烟叶中的色素含量影响烟叶的光合作用,从而影响烟叶中碳氮化合物代谢。
表3 不同浓度GA3和6-BA的烤烟质体色素含量
Table 3
| 处理 Treatment | 叶绿素a Chlorophyll a | 叶绿素b Chlorophyll b | 类胡萝卜素 Carotenoid |
|---|---|---|---|
| T1 | 0.61±0.26d | 0.21±0.02a | 0.25±0.03a |
| T2 | 0.69±0.38c | 0.22±0.02ab | 0.24±0.04ab |
| T3 | 0.74±0.25ab | 0.22±0.02ab | 0.22±0.02ab |
| T4 | 0.69±0.35bc | 0.21±0.01ab | 0.23±0.04ab |
| T5 | 0.71±0.20bc | 0.22±0.01ab | 0.25±0.03ab |
| T6 | 0.73±0.15abc | 0.24±0.02ab | 0.25±0.02abc |
| T7 | 0.71±0.25bc | 0.22±0.01ab | 0.26±0.03bc |
| T8 | 0.74±0.20ab | 0.24±0.01b | 0.26±0.03bc |
| T9 | 0.77±0.12a | 0.24±0.01b | 0.23±0.02c |
| GA3 | 19.690** | 3.610* | 2.643 |
| 6-BA | 32.559** | 3.683* | 2.804 |
| GA3×6-BA | 4.047* | 0.537 | 2.696 |
2.3 不同浓度GA3和6-BA对烤烟常规化学成分的影响
由表4可知,与T1相比,不同浓度的GA3和6-BA互作喷施使烤烟叶片总糖和还原糖含量均有增加,且显著高于单一喷施GA3和6-BA的处理,且浓度较高的互作组合总糖和还原糖含量相对较高;各外源激素处理后的烤烟总氮含量与T1无显著差异,但不同处理之间有一定差异,其中T3处理最高,T7和T9处理相对较低;6-BA和GA3对烤烟烟碱含量有显著影响,与T1相比,T3处理的烟碱含量显著增加,T7处理的烟碱含量显著降低,而GA3和6-BA的互作组合与T1无显著差异。GA3和6-BA在调节烟碱的过程中属拮抗关系,打顶后喷施GA3有利于烟碱的降低,而喷施6-BA有利于烟碱的升高;T4、T5、T6和T7处理的烟叶钾含量与T1相比显著增加,说明喷施一定浓度的外源GA3和6-BA有利于提升烟叶的钾含量;各处理间氯含量无显著差异。
表4 不同浓度GA3和6-BA下烤烟叶片常规化学成分
Table 4
| 处理Treatment | 总糖Total sugar | 还原糖Reducing sugar | 总氮Total N | 烟碱Nicotine | 钾K | 氯Cl |
|---|---|---|---|---|---|---|
| T1 | 22.11±0.50e | 20.28±0.51e | 1.83±0.08ab | 2.09±0.05bc | 1.80±0.03d | 0.25±0.01a |
| T2 | 23.30±0.28d | 21.80±0.28cd | 1.78±0.21b | 2.30±0.09ab | 1.86±0.19cd | 0.27±0.03a |
| T3 | 24.08±0.28c | 22.58±0.28bc | 2.04±0.04a | 2.48±0.02a | 1.99±0.07bcd | 0.19±0.05a |
| T4 | 22.00±0.14e | 20.50±0.14d | 1.68±0.06b | 1.93±0.14cd | 2.11±0.04ab | 0.21±0.11a |
| T5 | 25.08±0.50b | 23.58±0.58ab | 1.73±0.10b | 1.98±0.23cd | 2.22±0.03a | 0.25±0.02a |
| T6 | 25.43±0.29ab | 23.93±0.46a | 2.00±0.11a | 2.16±0.30bc | 2.25±0.12a | 0.23±0.05a |
| T7 | 23.89±0.18cd | 22.39±0.76b | 1.65±0.09b | 1.74±0.06d | 2.14±0.16ab | 0.20±0.07a |
| T8 | 25.89±0.25a | 24.39±0.43a | 1.85±0.16ab | 1.88±0.13cd | 1.92±0.10bcd | 0.19±0.04a |
| T9 | 25.64±0.54ab | 24.14±0.37a | 1.63±0.10b | 2.08±0.10bc | 2.07±0.21abc | 0.25±0.03a |
| GA3 | 8.731* | 11.923* | 4.863* | 15.235* | 14.372* | 0.365 |
| 6-BA | 15.112* | 20.328** | 4.845* | 9.845* | 1.682 | 0.139 |
| GA3×6-BA | 7.898** | 6.424** | 4.499* | 0.278 | 1.811 | 1.500 |
2.4 不同浓度GA3和6-BA对烤烟香味物质的影响
由表5可知,将烤烟香味物质按照香味前体物质进行分类后,仅有新植二烯含量达到了显著差异水平（P<0.05）。烟草香味物质在烟草化学成分中所占比例较小,此外还受到调制和储存环境等诸多因素的影响,这可能是导致这一结果的主要原因。打顶后喷施不同浓度的GA3和6-BA,各处理烤烟香味物质中类胡萝卜素降解产物、新植二烯、类西柏烷类降解产物含量不同,其中T6处理的类胡萝卜素降解产物含量最高,T6和T8处理的新植二烯含量较高,T4和T7处理的类西柏烷类降解产物含量较高,但新植二烯和类胡萝卜素降解产物含量较低,这说明喷施一定浓度的GA3和6-BA主要影响烟叶中新植二烯、类胡萝卜素降解产物和类西柏烷类降解产物含量。
表5 不同浓度GA3和6-BA的烤烟香味物质含量
Table 5
| 处理 Treatment | 美拉德反应产物 The Millard reaction product | 苯丙氨酸类代谢产物 Phenyl-alanine-class metabolites | 类胡萝卜素降解产物 Carotenoid degradation products | 新植二烯 Neophytadiene | 类西柏烷类降解产物 Cyeane degradation products |
|---|---|---|---|---|---|
| T1 | 21.94±3.67a | 13.12±2.77a | 83.23±3.03a | 831.47±14.91def | 22.46±4.50a |
| T2 | 21.23±4.54a | 12.63±3.90a | 81.46±14.18a | 852.97±13.11cde | 32.07±10.70a |
| T3 | 21.54±4.24a | 13.58±2.40a | 81.61±10.71a | 896.22±9.12bcd | 21.23±1.96a |
| T4 | 20.75±3.97a | 13.95±3.57a | 83.65±15.35a | 781.97±35.88ef | 33.15±12.10a |
| T5 | 26.16±1.69a | 15.82±3.90a | 81.60±21.64a | 953.75±74.81b | 25.47±2.16a |
| T6 | 26.03±1.19a | 15.62±0.85a | 92.59±3.27a | 1107.66±99.05a | 24.49±5.21a |
| T7 | 22.79±2.89a | 13.28±1.64a | 76.66±6.47a | 761.25±18.77f | 36.36±4.32a |
| T8 | 24.28±2.13a | 13.95±3.21a | 78.00±6.49a | 1053.00±18.36a | 21.67±4.42a |
| T9 | 23.11±2.13a | 16.06±1.54a | 80.82±4.46a | 919.55±16.28bc | 19.63±4.03a |
3 讨论
烤烟的叶长、叶宽、叶面积等指标对烟草的经济价值有着重要的作用[20]。有研究[21]表明,烟叶的感官评吸总分与叶长、叶面积呈显著正相关,促进烟叶开片,增加叶面积,有利于提高烟叶香气质和香气量。植物内源激素间的平衡是影响植物生长发育的重要因素[22]。本次试验结果显示,打顶后喷施GA3和6-BA能不同程度地增加最大叶长、最大叶宽和最大叶面积。不同浓度GA3和6-BA的组合中以T9处理对烟叶的最大叶长、最大叶宽和最大叶面积的影响最为显著。烟叶面积过大也会对烟叶产生不利影响,各处理中,最大叶面积为1243.46cm2,属于该品系烤烟品种正常叶面积适宜范围[23]。在保持正常的氮素水平下,本试验仅施用外源激素对烤烟叶面积的增加程度有限,并不会因为烟叶过大对烤烟产品质产生不利影响。其作用机理可能是打顶后烟株内生长素与细胞分裂素的比值发生改变,从而促使细胞分裂和叶片细胞数量增加,同时,水分为细胞产生膨压和扩展提供动力[24],二者的协同作用促使烤烟叶面积扩大[25]。喷施不同浓度的GA3和6-BA均能不同程度地增加叶绿素a含量,其中6-BA对叶绿素a的增加作用更为明显,二者共同施用要比单一施用效果好;这对于增强烟叶的同化作用、提高烟叶内含物质积累具有重要的作用。
烟叶化学成分是烟叶品质的内在体现,烟叶主要化学成分与评吸质量、外观质量、物理特性及安全性等方面有着密切联系[26,27]。薛琳等[28]研究表明,影响烟叶感官评吸得分的化学成分指标主要有总植物碱、总糖、还原糖、钾和总氮等,感官评吸得分与总糖、还原糖含量呈显著或极显著正相关;周继华等[29]研究表明,喷施一定浓度的GA3（100mg/L）促进了烟草叶片内源激素GA3与吲哚乙酸的合成,并提高了各时期烟草叶片中的相对钾含量。本试验结果表明,打顶后喷施一定浓度的外源GA3和6-BA可以增加烟叶总糖和还原糖含量,提高烟叶钾含量,其中T6处理的烟叶钾含量最高,烟叶总糖和还原糖含量也相对较高,同时外源6-BA在一定程度上引起了烟叶中烟碱含量的升高,GA3则会导致烟叶烟碱含量降低,这与前人的研究[29]结果基本一致。
烟草香味是由各种特定香味成分相互作用形成的,是评价烟叶及卷烟质量的重要指标。烟叶香气物质除包括分子结构简单的挥发性香气成分外,还包括分子结构较复杂的香气前体[30]。这些物质在烟叶生长、成熟、调制、醇化和燃烧过程中通过积累、转化和降解将直接影响烤烟的香气风格、香气质和香气量[31,32],其中质体色素包括叶绿素和类胡萝卜素,是一类本身不具有香味特征,但通过降解和转化可形成致香成分的物质[33],占中性挥发香气物质总量的85%~95%。打顶后喷施一定浓度的GA3和6-BA,增加了烟叶中类胡萝卜素降解产物和新植二烯的含量。韩富根等[34]研究认为,打顶后喷施植物生长活性剂能有效促进叶绿素适度降解,抑制类胡萝卜素过度降解,提高烤后烟叶中新植二烯的含量和质体色素降解产物的总量。然而,质体色素的合成受多方面因素的影响,如光照、发育信号、激素、温度和营养供应等[35],但这些因素影响质体色素的合成的机理还有待进一步研究。
4 结论
打顶后喷施一定浓度的GA3和6-BA可以促进烤烟的生长发育,促进烤烟光合作用,增加烟叶总糖和还原糖含量,烟叶类胡萝卜素降解产物和新植二烯等香味物质含量也有所增加。喷施浓度为100mg/L GA3和40mg/L 6-BA（T9处理）时,烤烟叶面积增加最多;喷施100mg/L GA3和20mg/L 6-BA（T8处理）时,烤烟总糖和还原糖含量增加最多;喷施50mg/L GA3和40mg/L 6-BA（T6处理）时,类胡萝卜素降解产物和新植二烯含量最高。
