種植密度和施氮量對烤煙碳氮代謝關鍵酶及品質的影響

黃佳 李信 王子一 艾亥麥提·艾麥爾江 楊友才

摘要：研究種植密度和施氮量對瀏陽煙區烤煙碳氮代謝關鍵酶和品質特征的影響，以期為該地區烤煙特色原料的質量保障提供技術支撐。以烤煙G80為研究對象，采用田間裂區試驗，設置3個不同種植密度（C1：15 151株/hm2、C2：16 666株/hm2、C3：18 181株/hm2），3個水平施氮量（B1：150.0 kg/hm2、B2：172.5 kg/hm2、B3：195.0 kg/hm2），分析種植密度和施氮量2個因素對烤煙G80生長過程中碳氮代謝關鍵酶活性和烤后煙葉品質的影響。研究結果表明，在同一種植密度下，隨著施氮量增加，煙葉硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、淀粉酶（AL）活性均有所提高；烤后煙葉總糖含量、還原糖含量、糖堿比降低，煙堿、氮含量增加，氯離子、鉀含量表現出先增后降的趨勢。在同一施氮量下，隨種植密度增大，各酶活性均表現出先升后降的趨勢；烤后煙葉總糖、還原糖、糖堿比增加，煙堿含量降低。以種植密度C2（16 666株/hm2），施氮量B2（172.5 kg/hm2）相結合的C2B2處理煙葉碳氮代謝過程較為協調，各項化學成分較為適宜，有利于提高瀏陽煙區烤煙G80的品質，對該產區煙葉生產可持續發展具有重要意義。

關鍵詞：烤煙G80；種植密度；施氮量；碳氮代謝；煙葉品質

中圖分類號：S572.04；S572.06??文獻標志碼：A??文章編號：1002-1302（2023）09-0082-06

基金項目：湖南中煙工業有限責任公司項目（編號：202043000934135）。

作者簡介：黃?佳（1998—），女，湖南漣源人，碩士研究生，研究方向為農業生態學。E-mail：3540126533@qq.com。

通信作者：楊友才，博士，教授，研究方向為農業生態和作物栽培。E-mail：820132479@qq.com。

碳氮代謝是煙株生長過程中最基礎的代謝過程，其代謝強度和協調程度對煙葉的化學組成與轉化起著至關重要的作用［1-2］。碳、氮代謝過程緊密聯系，它們共同作用于植株的生長發育。碳代謝為氮代謝供給能量與碳源，而氮代謝過程中所生成的酶、蛋白質等物質又用于碳代謝［3］。在適宜時間內及時從氮代謝、碳的固定轉化代謝向碳的積累代謝過渡是生產優質煙葉的關鍵環節［4］?？緹熖嫉x過程以及煙葉品質的形成受光照、溫度、施肥等多種因素的影響。種植密度作為煙田管理中的重要栽培措施，它通過改變田間小氣候、群體光合效能以及煙株對水、肥等的利用狀況來影響烤煙碳氮代謝過程和煙葉品質［5］。氮素是烤煙所需營養元素中限制其生長發育和品質的首要因素［6-7］。氮肥施用不合理會造成碳氮代謝不平衡、煙葉品質下降等不良后果，且會降低氮肥的利用率［8］。張嘉雯等研究發現，適宜的種植密度能增強煙葉碳氮代謝能力，提高煙葉化學品質［9］。魯黎明等研究發現，氮肥施用量對煙葉氮代謝產物的含量、氮代謝關鍵酶基因的表達產生顯著影響，且含氮化合物的合成受施氮量調控［10］。凡聰等研究發現，增加施氮量可以提高煙葉蔗糖轉化酶、硝酸還原酶以及谷氨酰胺合成酶的活性，降低烤后煙葉糖含量，提高總氮和煙堿含量［11］。

湖南省瀏陽煙區G80特色品種種植面積較大，是湖南省中煙特色原料供應的主要基地，近年來，因生態環境變化、施肥不平衡、栽培管理精準性不強等問題導致煙葉碳、氮代謝失衡，煙葉品質較差，難以滿足高檔卷煙對特色原料的需求。目前，有關瀏陽煙區煙葉碳氮代謝的研究報道較少，且國內外有關煙葉碳氮代謝的研究多是以氮肥或其他單一因子為主，而對種植密度與施氮量結合的研究甚少。因此，本研究以瀏陽煙區特色品種G80為材料，研究種植密度、施氮量對烤煙碳氮代謝關鍵酶活性及品質的影響，旨在明確瀏陽煙區特色品種G80適宜的氮肥、密度調控栽培管理措施，為保障優質煙葉品質特征和風格特色提供理論依據。

1?材料與方法

1.1?試驗地點和材料

試驗于2021年在湖南省瀏陽市達滸鎮金田村進行，供試煙田為水稻田，地勢平坦、肥力均勻、排灌便利。試驗土壤pH值4.83，有機質含量 36.20 g/kg，全氮含量1.14 g/kg，堿解氮含量 148.40 mg/kg，全磷含量0.83 g/kg，速效磷含量 11.89 mg/kg，全鉀含量19.38 g/kg；速效鉀含量 364.80 mg/kg。供試品種為云煙G80。

1.2?試驗設計

采用雙因素裂區設計，種植密度為主區，施氮量為副區，種植密度設置為C1：15 151株/hm2（行距120 cm，株距55 cm）、C2：16 666株/hm2（行距 120 cm，株距50 cm）、C3：18 181株/hm2（行距 120 cm，株距45 cm）。施氮量設置為B1：150.0 kg/hm2、B2：172.5 kg/hm2、B3：195.0 kg/hm2。試驗共9個處理（表1），重復3次，小區面積 39.6 m2。于2021年3月12日移栽煙苗。不同處理每個小區施加等量基肥，然后按不同施氮量處理分別分3次施加追肥，試驗中所用肥料由當地煙草公司提供（專用套餐肥），氮肥用量按套餐肥中氮肥含量比例折合調整，并按照規定的氮、磷、鉀比例，使用不含氮的磷鉀肥進行補施，其他管理措施同當地優質煙葉生產技術要求進行。

1.3?測定指標與方法

1.3.1?碳氮代謝關鍵酶活性?于移栽后45、60、75、90 d選取各小區煙株8～10葉位的中部葉片，采集后立即用液氮冷凍，帶回實驗室置于-80 ℃冰箱內儲存用于酶活測定。淀粉酶（AL）、硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）活性均采用試劑盒測定。

1.3.2?常規化學成分?選取各處理烤后中部煙葉進行化學成分檢測。采用連續流動分析儀測定煙葉總糖、還原糖、煙堿、總氮、氯離子含量，采用火焰分光光度法測定鉀含量［12］。糖堿比指總糖含量與煙堿含量的比值，鉀氯比指鉀含量和氯離子含量的比值。

1.4?數據分析

使用 Excel 2019軟件進行數據處理，用SPSS 22.0 軟件進行數據統計和分析，用Origin 2021軟件進行繪圖。

2?結果與分析

2.1?種植密度和施氮量對烤煙淀粉酶活性的影響

由圖1可知，隨著生育期推進各處理煙葉AL活性逐漸增加，移栽后75 d達峰值。隨種植密度增大，AL活性表現出先增加后降低的趨勢。隨施氮量增加，煙葉AL活性均表現為B3>B2>B1處理。在相同種植密度下，移栽后45、75 d，B3處理AL活性顯著大于B1處理，B2、B3處理之間AL活性無顯著差異；移栽后60 d，B2、B3處理AL活性顯著大于B1處理。在相同施氮量下，移栽后45、90 d，C2、C3處理AL活性顯著高于C1處理，且C2、C3 處理之間酶活無顯著差異；移栽后75 d，C2處理AL活性顯著高于C1處理，C1、C3處理間AL活性無顯著差異。在種植密度和施氮量共同作用下，不同時期C2B2、C2B3、C3B3處理AL活性顯著較高，C1B1、C1B2、C3B1 AL活性較低。

2.2?種植密度和施氮量對烤煙硝酸還原酶活性的影響

由圖2可知，隨移栽時間推移，烤煙G80中部煙葉NR活性表現出先增加后降低的趨勢，移栽后 60 d 最大。在同一種植密度下，隨施氮量的增加，各處理NR活性升高，移栽后45、75、90 d，B1處理煙葉NR活性顯著低于B3處理，B2、B3處理之間NR活性無顯著差異；移栽后60 d，B2、B3處理NR活性顯著高于B1處理。在同一施氮量下，隨種植密度的增加，NR活性表現出先升后降的趨勢。移栽后45 d，C2、C3處理NR活性顯著高于C1處理；移栽后60、75、90 d，C2處理酶活顯著高于C1處理。在種植密度和施氮量影響下，整個生育期內C2B3處理NR活性均較高，其次是C2B2、C3B3處理，C1B1處理NR活性顯著低于其他處理。整體上而言，C2B2處理前期NR活性較高，后期活性下降，但較為穩定。

2.3?種植密度和施氮量對烤煙谷氨酰胺合成酶活性的影響

由圖3可知 各處理GS活性均在60 d達最大值，然后隨著生育期的推進活性降低，結合NR活性表明前期是氮代謝的旺盛時期。在同一種植密度下，不同時期GS活性隨著施氮量的增加而增加，移栽后45、90 d，B1 處理GS活性顯著低于B2、B3處理；移栽后60、75 d，B1處理GS活性顯著低于B3處理。在同一施氮量下，GS活性表現為C2>C3>C1處理；移栽后45、60、90 d，C2處理GS活性顯著高于C1處理；移栽后75 d，C2處理GS活性顯著高于C1、C3處理，且C1、C3處理間GS活性無顯著差異。在種植密度和施氮量影響下，移栽后45、90 d，C1B1處理GS活性顯著較低，移栽后45、75、90 d C2B3處理GS活性最高，與C2B2處理間無顯著差異，但與其他處理間相比顯著較高。

2.4?種植密度和施氮量對烤后煙葉品質的影響

由表2可知，種植密度和施氮量對烤后煙葉總糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀含量、糖堿比調控主效應均達顯著或極顯著水平，2個因素交互效應對烤后煙葉氯離子、鉀含量產生顯著影響，對其他化學成分影響均不顯著。種植密度和施氮量對烤后煙葉鉀氯比無顯著影響。

一般認為，優質煙葉化學成分標準為：總糖含量為23%～29%，還原糖含量為18%～22%，煙堿含量為2.5%～3.0%，總氮含量為1.5%～3.5%，氯含量低于0.8%，鉀含量在2%以上，糖堿比為8～10，鉀氯比為4～10［13］。由表2可知，G80烤后煙葉總糖和還原糖含量隨施氮量的增加而降低，隨種植密度的增加而增加。煙葉總糖含量在25.51%～31.88%之間，還原糖含量在21.23%～24.29%之間。以C1B2、C1B3、C2B2、C2B3處理的總糖、還原糖含量較為適宜。煙堿含量隨種植密度的增加而降低，隨施氮量的增加而增加。煙葉煙堿含量在2.63%～3.78%之間，其中C2B1、C2B2、C3B1、C3B2處理的煙堿含量較為適宜，其余處理煙堿含量過高，會增強煙葉的刺激性。煙葉總氮含量隨種植密度的增加呈現出先增后降的趨勢，隨施氮量增加而增加。煙葉總氮含量偏低，在1.21%～1.45%之間，其中C2B2、C2B3處理的總氮含量顯著較高。煙葉氯離子含量和鉀含量在合適范圍內，均以C2B2處理較高，其次是C1B2、C3B2處理。煙葉糖堿比隨種植密度增加而增加，隨施氮量增加而降低。煙葉糖堿比在6.77～12.24之間，以C1B1、C2B2、C3B3處理的煙葉糖堿比較為適宜。C2B2處理的煙葉鉀氯比最高，顯著高于C1B3、C2B1處理，與其他處理之間無顯著差異?？傮w上來看，C2B2處理烤后煙葉化學成分較為適宜。

2.5?煙葉碳氮代謝關鍵酶活性與烤后煙葉化學成分的相關性分析

由表3可知，移栽后60 d煙葉NR活性與烤后煙葉總糖含量呈顯著負相關；45、75 d GS活性及60、75 d NR活性與還原糖含量均呈顯著負相關；不同時期煙葉酶活性與總氮含量均呈極顯著正相關；90 d AL活性與氯離子含量、鉀含量呈顯著正相關，煙葉碳氮代謝酶活與烤后煙葉煙堿含量、鉀氯比、糖堿比之間均無顯著相關性。

2.6?烤后煙葉化學成分間的相關性分析

由表4可知，烤后煙葉總糖含量與還原糖含量呈極顯著正相關；總糖、還原糖含量與煙堿含量均呈極顯著負相關，與糖堿比呈極顯著正相關；煙堿含量與糖堿比呈極顯著負相關；總氮含量與其他煙葉化學成分之間的相關性不顯著；氯離子含量與鉀含量呈極顯著正相關；鉀含量與鉀氯比呈極顯著正相關。

3?討論與結論

AL是衡量煙葉碳代謝的關鍵指標，它可將葉片中的淀粉轉化成單糖等物質，從而調節葉片的淀粉積累量［14-16］。王冠等的研究表明，不同施氮水平下AL活性變化規律不一樣，低氮水平條件下，AL活性在整個生育期內不斷上升，高氮水平條件下，AL活性呈現出先降后升的趨勢［17］。本研究結果表明，在煙株生長過程中，煙葉AL活性前期較低 隨著葉片的生長和成熟，AL活性不斷增強，移栽后75 d AL活性最高，后期AL活性下降，說明煙葉碳的合成積累代謝在后期逐漸增強，這與劉國順等的研究結果［18］相同。隨施氮量增加AL活性逐漸增強，表明增施氮肥能提高煙葉AL活性，且在煙葉成熟期，B3處理AL活性下降較快，相對來說B2處理AL活性下降較為緩慢，煙葉處于穩定的碳代謝水平，對優質煙葉的形成更為有利，這與高琴等的研究結果［19］一致。在同一施氮量下，AL活性隨著種植密度增大表現出先升后降的趨勢，以C2處理AL活性較高，可能是C2處理種植密度下形成的田間小氣候較好，碳代謝強度增強，有利于碳水化合物的合成和轉化［9］。

NR和GS都是參與氮代謝過程的關鍵酶［20-21］。NR是氮代謝過程中氮素同化的限速酶，GS參與合成氨基酸［22］。Weybrew等的研究表明，在適當的水分和施肥條件下，煙株開花期是煙葉從硝酸鹽還原代謝轉化為淀粉積累代謝的過渡期［23］。本研究結果表明，NR和GS活性在移栽后60 d達到峰值，隨著煙葉的成熟酶活性降低，表明煙葉生長前期氮代謝旺盛，后期氮代謝減弱，酶活下降，這與康雪莉等的研究結果［24］相同。煙葉NR和GS活性隨施氮量的增加而增加，表明增加施氮量能增強煙葉氮代謝水平，但氮肥施用量過少，煙葉酶活較低，氮代謝較弱，影響煙葉的正常生長發育；而氮肥施用量過高，煙葉NR和GS活性始終保持在較高水平，不利于氮代謝向碳代謝轉化，易造成煙葉晚熟、不易落黃等不良影響［25-26］。在相同施氮量下，NR和GS活性隨種植密度的增加呈現出先增后降的趨勢，可能是由于煙株在高密度種植下前期根系生長發育較弱，對氮的吸收和同化作用較小，導致氮代謝強度較弱［27］。C2處理種植密度下酶活較高，氮代謝過程較強，有利于煙葉的生長發育。

烤后煙葉的化學成分及其協調性與煙葉品質緊密聯系?？竞鬅熑~總糖、還原糖、總氮、煙堿和氯離子含量可以衡量煙葉的香吃味，糖堿比反映煙葉酸堿平衡，鉀氯比影響煙葉燃燒性，這些都是決定煙葉品質的重要指標［28-29］。相關研究表明，種植密度和施氮量等因素對烤后煙葉品質的形成有較好的調節作用［30-31］。夏玉珍等的研究表明，增加施氮量可以提高煙葉氮含量、降低糖含量［32］。本研究結果表明，在同一施氮量下，隨種植密度增大，總糖、還原糖、糖堿比增加，總氮含量呈先增后降的趨勢，這與高升的研究結果［33］一致。煙堿含量隨種植密度增大而降低，可能是因為植煙密度過大，田間溫度相對較低，濕度相對較高，煙堿的合成積累較少［34］。在同一種植密度下，隨施氮量增加，煙堿、總氮含量增加，總糖、還原糖含量減少，糖堿比下降，這與晏玲等的研究結果［35-36］一致，可能是因為增加施氮量，能夠有效促進煙株對氮素的吸收，氮素同化作用增強，煙葉光合作用加強，煙葉碳固定和轉化代謝強度增大，糖分形式減弱。鉀、氯離子含量隨施氮量增加表現出先增后降的趨勢，說明適宜的施氮量可以提高烤后煙葉鉀、氯離子含量。

本研究相關性結果表明，不同時期煙葉碳氮代謝酶活性與烤后煙葉還原糖、總氮、鉀、氯離子含量之間存在顯著或極顯著相關性，說明煙株生長發育過程中碳氮代謝影響煙葉化學成分的轉化合成，且烤后煙葉各成分之間存在一定關聯性，它們共同影響烤后煙葉品質的形成［24］。

種植密度和施氮量對烤煙G80碳氮代謝關鍵酶活性以及煙葉品質均產生顯著影響。綜合來看，種植密度為16 666株/hm2，施氮量為172.5 kg/hm2組合的C2B2處理煙葉碳氮代謝關鍵酶活性較高，碳代謝與氮代謝轉化平衡，且烤后煙葉化學成分最為協調，可作為烤煙特色品種G80在瀏陽煙區種植的適宜氮密組合。

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