烤烟烟碱合成及其氮素来源与移栽期和氮肥的关系研究.pdf

收稿日期: 2009-05- 11? ? ? 接受日期: 2009- 09- 04 基金项目: 湖北省科技厅、 湖北省烟草专卖局重大攻关项目( 20070301) ; 农业部农业公益性行业科研专项? 核技术农业应用 ( 200803034) 资助。 作者简介: 李进平( 1962! ) , 男, 湖北沙洋人, 研究员, 研究方向为烟草营养与施肥。Tel: 027- 83606835, E?mail: ljphbsyks 126?com * 通讯作者 Tel: 027- 87282137, E ?mail: stumail. hzau. edu. cn 烤烟烟碱合成及其氮素来源与移栽期和氮肥的 关系研究 李进平1, 谢志坚2, 3, 涂书新2*, 许汝冰1, 陈振国1, 王学龙4, 曹仕明1, 李建平1, 于 洋2, 张允政2 ( 1湖北省烟草科研所, 湖北武汉 430030; 2华中农业大学资源与环境学院, 湖北武汉 430070; 3江西省农业科学院土壤肥料 与资源环境研究所, 江西南昌 330200; 4 襄樊市烟草公司, 湖北襄樊 441003) 摘要: 采用田间试验与15N 同位素示踪微区试验, 在湖北襄樊植烟生态区老湾村(N 3127#, E11114 #, 海拔1130m ) 研究了 3个不同移栽期和施用氮肥对烤烟烟碱含量和烟碱氮素来源的影响。研究结果表明, 与 5 月 5日移栽相比, 推迟移栽期至 5月 15 日25日, 烟碱含量、 烟碱氮占总氮比例以及烟碱肥料氮比例分别平均增加 10%85% 、 5% 110% 和 21%56% ; 与不施氮相比, 施用氮肥提高烟碱含量 12%59% , 提高烟碱氮占总氮比例 5%127% 。 烤烟烟碱氮占总氮的比例随生育进程逐渐增加, 而各部位烟叶烟碱肥料氮比例随生育进程和叶位上升逐渐下降。 土壤氮是烟碱氮的主要来源, 对烟叶烟碱含量有决定性影响。结果说明在当地条件下, 控施氮肥和适当提前移栽 期更有利于降低烟叶(尤其是中、 上部叶)中的烟碱含量。 关键词: 烤烟; 移栽期; 氮肥; 烟碱; 15N 示踪 中图分类号: S572; S311? ? ?文献标识码: A? ? ?文章编号: 1008- 505X(2010) 03- 0714-06 Nicotine synthesis and nicotine?N source in flue?cured tobacco influenced by transplanting date and N fertilizer LI Jin ?ping1, XIE Zhi?jian2,3, TU Shu?xin2*, XU Ru ?bing1, CHEN Zhen ?guo1, WANG Xue ?long4, CAO Shi ?ming1, LI Jian ?ping1, YU Yang2, ZHANG Yun ?zheng2 ( 1 Tobacco Science Institute of Hubei Province, Wuhan 430030, China; 2 College o f Resource and Environment, Huazhong Agricultural University, Wuhan430070, China; 3 Institute o f Soil 4 Xiangfan Tobacco Company , Xiangfan, Hubei 441003, China) Abstract: In order to investigate the effects of transplanting date ( 5th May, 15thMay, 25th May) of flue?cured tobacco ( FCT) seedlings and nitrogen fertilization on nicotine synthesis and sources of nicotine N of FCT, a field experiment with 15N isotope tracing micro?plotswas carried out in Laowan ( N 3127#, E 111 14#, 1130 m above sea level) , a main to? bacco production area of Xiangfan city, Hubei province. The results showed that, comparedwith the transplanting date of 5th May, postponing the transplanting date to 15th- 25th May increased the nicotine concentrations, the proportion of nicotine N to total N, and the proportion of nicotine fertilizer N in organs of FCT plants by 10%- 85%, 5% - 110%, and 21%- 56%, respectively. Applying N fertilizer significantly increased the nicotine concentration and the proportion of nicotine N to total N by 12% - 59% and 5%- 127% , respectively. The proportion of nicotine N to total N in differ? ent parts of FCT plants increased with growing of the plants, and the proportion of nicotine fertilizer N decreasedwith the growing of FCT plants and the rising of leaf position. Soil N was the main source of nicotine N. These results suggested that decreasing of N supplication and early transplanting make for reducing of nicotine concentrations in FCT leaves, especially in the middle and upper leaves. 植物营养与肥料学报 2010, 16(3) : 714-719 Plant Nutrition and Fertilizer Science Key words: flue?cured tobacco; transplanting date; nitrogen fertilizer; nicotine; 15N tracing ? ? 烟碱是烟草适应环境胁迫所特有的一种次生代 谢物质1, 约占烟草总生物碱的 90% 以上2, 烟碱 含量是评价烟叶质量的关键指标之一。影响烟碱积 累和含量的因素有 遗传、 气候、 土 壤、 栽培 等因 素3 -6。其中, 施肥是决定烟叶产量、 品质的第一因 子, 对烟叶香吃味的贡献仅次于品种7。氮素对烟 草的生长发育过程起着重要作用, 烟碱中含氮高达 17?3%, 对烟碱积累有重要影响, 是调控烟碱含量的 关键农艺措施之一8 -9。烤烟烟碱氮素来源主要是 肥料氮和土壤氮。肥料氮进入土壤后会发生一系列 的迁移、 转化、 吸附等过程, 土壤氮主要以有机态形 式存在, 必须经微生物分解过程才能释放出植株能 够吸收利用的无机态氮, 而这些过程都会受到环境 条件、 农事操作活动等许多因素的影响。由于普通 研究方法无法区分出烟草吸收的肥料氮和土壤氮, 所以, 目前还鲜见关于土壤氮和肥料氮各自分别对 烟碱合成贡献的研究报道。 移栽期不同, 烤烟各生育期所经历的气候条件 也不相同, 进而烟株对矿质养分的吸收利用、 烤烟的 生长发育、 烟叶内化学成分以及品质产生影响。优 质烟叶对不同生育期的温度和降雨量的要求是不同 的。据龙怀玉等 10报道, 从烟苗移栽至还苗、 伸根 期至旺长期、 旺长期至成熟期的适宜温度分别为 18 28 、 2028 和2025 ; 降雨量分别为 80 100、 100200 和 80120 mm。李进平等11的研究 表明, 在襄樊保康地区开春后气温回升较缓慢, 烤烟 早期生长温度偏低, 而在旺长期和成熟期又相对较 高, 不利于优质烟叶的生产。因此, 选择合适的移栽 期对于该地区优质烟叶生产至关重要。稳定性同位 素15N 示踪技术是研究氮素的有效手段和重要方法, 在烟草12和其它作物 13上得到广泛的应用。本试 验旨在应用15N 示踪技术研究烤烟烟碱氮素来源以 及不同移栽期对烤烟生长发育和烟碱含量的影响, 为调控烟碱含量和环神农架烟区优质烟叶生产技术 的开发提供理论依据。 1 ? 材料与方法 1?1? 试验设计 田间试验于 2007年 4 月至 10 月在湖北省襄樊 市保康县老湾村( N 3127#, E 111 14#, 海拔1130m) 进行。土壤为黄棕壤, 其 020、 2040 cm 土层基 本性状分别为 pH 值 6?62、 6?98, 有机质 36?51、 9?06 g/kg, 全 N 1?68、 0?49 g/ kg, Olsen?P 58?24、 19?17 mg/ kg, NH4Ac?K 376?90、 143?29 mg/ kg。试验地点年 均太阳辐射时间为 1294 h, 年日均温介于 2?9 26?6 , 大于 10 年均积温为 5312?8 , 年均降雨 量 928?3 mm。试验年份, 烤烟生育期内日均温介于 15?723?8 , 降雨量为 891?1 mm( 湖北省烟草科研 所观察资料) 。供试烤烟( Nicotiana tobacum L. ) 为当 地主栽品种 K326。 试验为 2 因素( 移栽期和氮肥) 完全试验。移栽 期设 3 个水平, 即 5月 5 日, 5 月 15日和 5 月 25 日; 氮肥设 2 个水平, 即供氮(N 72 kg/ hm2) 和不供氮。6 个处理, 3 次重复, 随机区组排列。小区面积为 42?9 m2。每个小区种烤烟 60 株, 行距 130 cm, 株距 55 cm, 分为计产区( 40 株) 和取样区( 20 株) , 加保护行。 各处理除氮肥按设计要求施用外, 均施磷钾肥, N%P2O5%K2O 比例为 1%1?2%3。在移栽前 15 d 施用 70%的氮肥(NH4NO3) 和钾肥( K2SO4) 以及全部磷肥 ( 过磷酸钙) 作为基肥, 采用单行条施, 沟深 20 cm, 随 即盖土覆膜。剩余 30% 的氮肥和钾肥, 在移栽后 15 d 用水溶解后环施于烟株两侧 10 cm 左右, 沟深 10 cm。施后用细土将环形沟填实, 覆膜。田间管理与 当地优质烟叶生产管理方法相同。 15N标记丰度随 3个不同取样时期( 团棵期、 打顶 期、 成熟期) 设计 3 个不同丰度, 即 5%、 7?5%、 10%。 15N微区试验采用15N- 双标硝酸铵( 丰度为 10?28%, 由上海化工研究院提供) 。每个微区内每个丰度分别 标记烤烟 1株, 3 次重复。在微区两端, 用 70 cm 土壤氮占总烟碱氮的比例( %) = 100% - 肥料 氮占总烟碱氮的比例( % ) 。 土壤有机质测定采用重铬酸钾滴定法; 土壤全 氮采用浓 H2SO4- H2O2消煮, 半微量凯氏定氮法测 定; 有效磷采用 0?5 mol/ L NaHCO3提取 ! 钼锑钪比 色法; 速效钾采用醋酸铵浸提 ! 火焰光度法 14; pH 值采用电位法( 水土比1%1) 。烟碱含量采用紫外分 光光度法 15。 数据采用 SAS 8?1 统计分析软件分析。多重比 较采用Duncan 法( P 中部叶 下部叶( 表 1) , 烤烟地上部烟碱中含氮量占总氮 比例和烟碱含量的变化规律一致( 表 2) 。这一结果 说明, 打顶是烟碱代谢变化的重要影响因子 16。另 外, 本试验研究也表明, 施用氮肥显著提高烤烟地上 部各器官中吸收的氮素用于烟碱合成的比例, 进而 提高其烟碱含量。Collins 习 向银 18的研究结果与我们的研究结果一致。 推迟烟苗移栽( 5 月 1525 日) 促进烤烟地上 部吸收的氮素用于烟碱合成的比例以及各器官中的 烟碱含量。对烤烟氮素吸收利用规律的研究表明, 移栽期的推迟提高烤烟吸氮量, 这可能是推迟移栽 期提高烤烟烟碱含量的原因之一。此外, 试验点海 拔1130m, 其光照时间、 强度以及气温均随着移栽期 的推迟而相对提高, 烤烟生理代谢能力加强, 有利于 烟株根系发育和新生根的生成, 从而提高烤烟吸收 的氮素用于烟碱合成的比例, 提高地上部烟碱含量。 Mothes19发现, 烟碱主要是在根部合成, 而且主要是 靠根尖的生长和发育, 产生的烟碱再通过木质部向 地上部运输 20。另外, 烟碱含量同烟株接收的光照 时间和光的波长有密切关系。据 Tso 等21报道, 烤 烟各器官中总生物碱含量随着光照时间的延长显著 增加。因此, 本试验条件下, 推迟移栽期, 有利于改 善光照条件, 从而提高了氮素吸收和烟碱含量。 烤烟烟碱氮素来源于土壤氮和肥料氮。应用 15N示踪技术测得烤烟各部位烟碱氮中肥料氮的比 例结果表明, 烤烟各部位烟叶烟碱氮来源于肥料氮 的比例随着生育进程和叶位上升均逐渐下降( 图 1) 。在生育中、 后期( 打顶期和成熟期) 肥料氮比例 均小于 40%, 这说明在生育中后期烤烟烟碱氮素主 要来源于土壤氮, 因此土壤氮对烤烟烟碱含量有重 要影响。陆引罡等人 22对烤烟不同生育期蛋白质、 烟碱积累与分配的研究以及习向银等 23研究肥料 氮和土壤氮对烤烟氮素吸收和烟碱合成的影响时均 取得类似的结果。谢志坚等24用15N 示踪法测定的 团棵期、 打顶期和成熟期烤烟地上部肥料氮利用率 分别为 8?8%15?7% 、 17?4%19?9%和 20?4% 21?3%。显然, 成熟期与打顶时相比, 氮肥利用率相 差不大, 说明在打顶之后, 烤烟吸收的氮素主要是土 壤氮。因此, 土壤氮成为打顶后烟碱氮的主要来源, 控制后期土壤氮素供应可有效降低烤烟烟叶中( 尤 其是上部叶) 烟碱含量。 参 考 文 献: 1 ? 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