小苗膜下移栽對(duì)烤煙硝酸還原酶、轉(zhuǎn)化酶活性及致香物質(zhì)的影響

孔銀亮，韓富根，沈 錚，牛全旭，邸慧慧

（1.河南省平頂山市煙草專賣局，河南 平頂山 467000；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地，鄭州 450002；3.平頂山市煙草公司寶豐分公司，河南 寶豐 467400）

為恢復(fù)和發(fā)展河南濃香型優(yōu)質(zhì)煙葉，豫中煙區(qū)在提高煙葉品質(zhì)方面調(diào)整了諸多農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，收到了良好效果。但與五、六十年代的煙葉質(zhì)量相比仍有差距，有關(guān)專家認(rèn)為其中一條重要原因是與煙田移栽過晚有關(guān)，為躲避煙草病毒病在早期移栽煙田中的大量發(fā)生，不斷推遲移栽期（5月上中旬），致使煙葉收烤期多在雨季進(jìn)行，從而影響了煙葉品質(zhì)的進(jìn)一步提高。為改變這種現(xiàn)狀，近年來，河南部分煙區(qū)積極推廣了小苗膜下移栽技術(shù)，使移栽期提前至4月中下旬，不僅利用膜下移栽預(yù)防了煙草病毒病的發(fā)生，而且充分利用了光熱水等資源，提高了煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)，關(guān)于這些方面的文章也曾有報(bào)道[1-2]，但就有關(guān)小苗膜下移栽生理生化方面的研究則報(bào)道較少。煙株碳氮代謝間的相互作用，是決定煙葉質(zhì)量和化學(xué)成分的根本因素，硝酸還原酶（NR）是煙株體內(nèi)硝態(tài)氮還原為亞硝態(tài)氮的關(guān)鍵酶，該酶活性的強(qiáng)弱反映吸收利用氮素能力以及氧代謝水平的高低，并受土壤氮素含量的影響[3]；轉(zhuǎn)化酶（INV）可催化細(xì)胞質(zhì)中蔗糖轉(zhuǎn)化形成單糖，使葉綠素中淀粉積累減少，光合碳同化過程加強(qiáng)，其活性標(biāo)志著植物葉片光合產(chǎn)物利用的強(qiáng)度，是煙株碳代謝的重要指標(biāo)[4]；根系的陽離子交換量（CEC）大，氧化能力強(qiáng)，則植物對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收量就相應(yīng)增多[5]。為此，筆者在大田條件下，就小苗膜下移栽對(duì)烤煙碳氮代謝相關(guān)酶活性、根系陽離子交換量、干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)、化學(xué)成分及致香物質(zhì)含量進(jìn)行了研究，為今后推廣小苗膜下移栽技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為中煙 100，種子由中國(guó)煙草總公司青州煙草研究所提供，采用大棚漂浮育苗。

試驗(yàn)于 2009年在河南省寶豐縣石橋鎮(zhèn)石橋村試驗(yàn)田進(jìn)行。試地土壤為褐土，砂壤、質(zhì)地疏松。土壤速效氮、磷、鉀含量分別為 67.9、12.1、130.5mg/kg，土壤pH為7.8，有機(jī)質(zhì)含量為1.65%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)2個(gè)處理：處理Ⅰ為小苗膜下移栽法（簡(jiǎn)稱膜下移栽，T1），處理Ⅱ?yàn)槌Ｒ?guī)移栽法（簡(jiǎn)稱膜上移栽，并設(shè)為CK）。隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。移栽期為4月16日，田間施肥水平相同，管理按試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

小苗膜下移栽技術(shù)要點(diǎn)：移栽煙苗采用小苗配套，即葉片 5～6片、莖高 1.5～2 cm，剪葉 1～2次；移栽采取挖大穴（穴深25～30 cm、穴口直徑25 cm）、澆足水（4～5 kg）、深栽煙（插秧式移栽），栽后及時(shí)覆膜，煙苗在膜下（穴內(nèi)）生長(zhǎng)，期間采取“打孔”通風(fēng)換氣以防燒苗，膜下生長(zhǎng)至團(tuán)棵期（栽后30 d左右），生長(zhǎng)點(diǎn)將要頂膜時(shí)，“掏苗”在膜外生長(zhǎng)，并及時(shí)圍根、封膜，以后管理同常規(guī)移栽法。

常規(guī)移栽法技術(shù)要點(diǎn)：移栽煙苗為常規(guī)苗（高莖壯苗），即葉片8～9片，莖高10～15 cm，剪葉3～4次；移栽后隨即覆蓋地膜，及時(shí)“掏苗”在膜外生長(zhǎng)，大田管理同常規(guī)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

①煙葉生長(zhǎng)發(fā)育及干物質(zhì)積累測(cè)定，生長(zhǎng)發(fā)育分別在團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、現(xiàn)蕾期田間進(jìn)行；干物質(zhì)積累分別在不同生育期采鮮煙“殺青”稱重；②陽離子交換量（CEC）測(cè)定，采用張德生的土壤動(dòng)態(tài)生物化學(xué)研究法[6]；硝酸還原酶（NR）活性測(cè)定，采用活體法[7]；蔗糖轉(zhuǎn)化酶（INV）活性測(cè)定，采用坤鉬酸比色法[8]；③煙葉中性致香物質(zhì)測(cè)定，前處理采用二氯甲烷溶劑萃取法；采用美國(guó) HP5890Ⅱ—5972氣質(zhì)聯(lián)用儀定性、內(nèi)標(biāo)法定量[9]；④煙葉化學(xué)成分分析，隨機(jī)采集各處理的中部煙葉混合樣品，采用YC/T159—162、173—202標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定總糖、還原糖、煙堿、總氮、氯和鉀[10]。測(cè)定項(xiàng)目均在國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 小苗膜下移栽方式對(duì)烤煙根系陽離子交換量的影響

根系陽離子交換量（CEC）控制著根系自由空間的選擇性吸收，從而影響了根系吸收礦質(zhì)元素的成分。根系陽離子交換量的多少、氧化力的高低等都直接影響植物根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收能力，根系CEC大，氧化力強(qiáng)，則植物通過根系吸收土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素就多[11-12]。從表1可以看出，T1處理的根系陽離子交換量分別在團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、成熟期高于對(duì)照1.37、1.50、1.51倍，且差異均達(dá)到顯著水平，表明采取小苗膜下移栽方式能有效提高根系陽離子的交換量，從而促進(jìn)了根系對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收能力。

表1 烤煙根系陽離子交換量 cmol/kgTable1 The cation exchange capacity of flue-cured tobacco roots

2.2 小苗膜下移栽方式對(duì)烤煙葉片硝酸還原酶活性的影響

硝酸還原酶活性（NR）的強(qiáng)弱將直接影響到煙株中氮素含量的高低，只有積累的氮素達(dá)到一定量后，才能將其分配到各器官[13]，因此在一定氮用量范圍內(nèi)，提高硝酸還原酶的活性，有利于煙葉對(duì)氮素的吸收，促進(jìn)煙株的生長(zhǎng)發(fā)育[14]。由圖1可看出，煙株生長(zhǎng)從團(tuán)棵期到現(xiàn)蕾期的過程中，不同處理的NR活性變化總趨勢(shì)基本一致，表現(xiàn)為先降低后升高的趨勢(shì)；但就兩處理之間相比，T1處理的NR活性在不同生育時(shí)期均高于 CK，分別在團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、成熟期較對(duì)照提高1.4、1.31、1.49倍，這表明采用小苗膜下移栽有利于提高煙葉對(duì)氮素的吸收，從而能促進(jìn)煙株的生長(zhǎng)發(fā)育。

圖1 烤煙葉片NR活性Fig.1 Activity of NR in flue-cured tobacco leaves

2.3 小苗膜下移栽方式對(duì)烤煙葉片蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性的影響

蔗糖轉(zhuǎn)化酶（INV）是作物中重要的糖代謝酶，可促進(jìn)葉綠體內(nèi)磷酸丙糖向外運(yùn)轉(zhuǎn)，使葉綠體中淀粉積累減少，并通過與呼吸作用偶聯(lián)的氧化磷酸化產(chǎn)生能量，使光合碳固定過程加強(qiáng)，因此轉(zhuǎn)化酶活性的強(qiáng)弱反映了碳代謝的強(qiáng)弱[15-16]。作為煙草來說，煙葉中后期碳代謝的增強(qiáng)，可促進(jìn)煙葉碳水化合物的積累和轉(zhuǎn)化，利于各種煙葉化學(xué)組分的協(xié)調(diào)。

從圖2看出，煙葉從團(tuán)棵期到現(xiàn)蕾期的過程中，不同處理的 INV活性變化均表現(xiàn)為逐漸升高的趨勢(shì)，從團(tuán)棵期到旺長(zhǎng)期升高較快，旺長(zhǎng)期至現(xiàn)蕾期趨于緩慢，這與史宏志等[17]的研究結(jié)果基本一致。但就兩處理之間相比，各時(shí)期T1的INV活性均高于CK，并分別在團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、成熟期提高1.2、1.4、1.4倍，這表明小苗膜下移栽處理對(duì)煙株生長(zhǎng)中后期有機(jī)化合物的合成提供較多的碳架和能量，有利于促進(jìn)煙葉產(chǎn)量的形成和品質(zhì)的提高。

圖2 烤煙葉片INV活性Fig.2 Activity of INV in flue-cured tobacco leaves

2.4 小苗膜下移栽方式對(duì)烤煙干物質(zhì)積累的影響

烤煙干物質(zhì)積累的多少直接關(guān)系著煙株生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的形成。從表2綜合情況看，T1處理的地上、地下部分的鮮、干質(zhì)量在不同生育時(shí)期均高于CK。就地下部而言，根系發(fā)育T1處理明顯好于對(duì)照，根部干質(zhì)量在團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、成熟期分別高于對(duì)照的2.7、1.4、1.2倍，且在團(tuán)棵期差異達(dá)到了顯著水平，這與煙苗前期在膜下適宜溫、濕度條件下促進(jìn)根系快速生長(zhǎng)發(fā)育有直接關(guān)系；從地上部分看，葉片干重在團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、成熟期分別高于對(duì)照的1.3、1.1、1.3倍，在現(xiàn)蕾期差異達(dá)到顯著水平。

表2 烤煙地上地下部分干物質(zhì)積累 gTable2 The dry weight of above-ground part and under-ground part of flue-cured tobacco

由此表明小苗膜下移栽在生長(zhǎng)發(fā)育的團(tuán)棵期（伸根期）能顯著促進(jìn)根系發(fā)育，在煙葉成熟期能顯著促進(jìn)葉片干物質(zhì)積累，有利于煙葉產(chǎn)量的提高和品質(zhì)的改善。

2.5 小苗膜下移栽方式對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響

煙葉化學(xué)成分是影響煙葉內(nèi)在質(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ)。煙葉主要化學(xué)成分中還原糖、總堿、總氮等指標(biāo)與吸味有關(guān)，氯和鉀的含量與燃燒性有關(guān)，還有一些指標(biāo)如還原糖/煙堿、總氮/煙堿、鉀/氯等是影響吸味協(xié)調(diào)性的重要指標(biāo)[18]。從表3可以看出，雖然兩處理的主要化學(xué)成分沒有完全達(dá)到優(yōu)質(zhì)煙的指標(biāo)要求，但相對(duì)而言，T1處理要接近優(yōu)質(zhì)煙的指標(biāo)要求。特別是對(duì)煙葉質(zhì)量不利的成分如氯離子、蛋白質(zhì)含量，T1處理明顯低于對(duì)照，而對(duì)煙葉吸味協(xié)調(diào)性較強(qiáng)的鉀/氯、還原糖/煙堿、總氮/煙堿這些指標(biāo)較明顯好于對(duì)照。由此說明采取小苗膜下移栽方式有利于煙葉化學(xué)成分趨于協(xié)調(diào)。

表3 煙葉化學(xué)成分含量Table3 The content of chemical components in flue-cured tobacco leaves

2.6 小苗膜下移栽方式對(duì)煙葉致香物質(zhì)的影響

香氣是煙葉主要品質(zhì)因素之一，煙葉中的香氣物質(zhì)含量和組分與煙氣的香味有密切關(guān)系，煙葉中許多香氣成分可直接進(jìn)入煙氣，并對(duì)煙氣的香氣量、香氣質(zhì)和香型產(chǎn)生重要影響[19]。經(jīng)對(duì)烤后煙葉樣品測(cè)定，共檢測(cè)出 24種對(duì)煙葉香氣物質(zhì)有較大影響的化合物。其中醛類4種，酮類11種，醇類5種，脂類1種，雜環(huán)類2種，烴類1種。由表4可知，T1各類別的香氣成分含量均明顯高于對(duì)照，其中類胡蘿卜素類降解產(chǎn)物總量、非酶棕色化反應(yīng)產(chǎn)物總量、苯丙氨酸類降解產(chǎn)物總量分別為對(duì)照的1.51、2.81、5.33倍；與煙葉香氣質(zhì)達(dá)到極顯著正相關(guān)的6-甲基-5-庚烯-2-酮[20]在T1中的含量為對(duì)照的4.48倍。類西柏烷類為腺毛的主要分泌物，對(duì)煙葉的香氣質(zhì)量具有重要貢獻(xiàn)[20-21]，T1的茄酮含量為對(duì)照的1.47倍。新植二烯為葉綠素類降解產(chǎn)物，其閾值較大對(duì)煙葉的香氣貢獻(xiàn)較小但仍與煙葉香氣質(zhì)量呈正相關(guān)[20-21]，其在T1中的含量為對(duì)照的1.7倍。香氣物質(zhì)（除新植二烯）總量為對(duì)照的1.83倍。由此可見，小苗膜下移栽方式對(duì)提高煙葉的香氣成分含量有顯著的促進(jìn)作用。

3 小 結(jié)

小苗膜下移栽有效改善了煙株前期生長(zhǎng)的一系列環(huán)境條件，使土壤生態(tài)和煙株地下、地上部生長(zhǎng)發(fā)生了很大變化，與對(duì)照處理相比，根系陽離子交換量、硝酸還原酶活性、蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性及干物質(zhì)積累等在煙株的整個(gè)生育期中均有明顯的增加，這與小苗膜下移栽的煙苗在特殊的膜下環(huán)境生長(zhǎng)，使“苗穴”保持相對(duì)的適宜溫度和濕度、穩(wěn)定的地溫，有效利用了光、熱、水等自然資源，較快的促進(jìn)了根系發(fā)育，提高煙株前期對(duì)氮素的吸收能力，促使煙株后期的碳代謝增強(qiáng)有關(guān)。由此表明，小苗膜下移栽有利于挖掘豫中煙區(qū)烤煙的生長(zhǎng)潛力。

表4 煙葉致香物質(zhì)含量Table4 Th content of aromatic components in flue-cured tobacco leaves

本研究結(jié)果還表明，小苗膜下移栽的煙葉化學(xué)成分較為協(xié)調(diào)，這與其改善煙株碳氮代謝，使其碳、氮化合物之間較為平衡協(xié)調(diào)是分不開的。另外，其鉀與氯比值相對(duì)較高，這對(duì)于降低煙葉的雜氣和刺激性，改善煙葉香氣質(zhì)量和燃燒性較為有利，從而有利于煙葉安全性的提高。

不同的處理導(dǎo)致了煙葉香氣物質(zhì)含量的差異，本試驗(yàn)檢測(cè)到的 24種煙葉主要香氣成分中，烤后煙葉中新植二烯的含量都占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。小苗膜下移栽處理的各種致香物質(zhì)含量除脫氫β-紫羅蘭酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯、巨豆三烯酮 2、5-甲基糠醛、3,4-二甲基-2,5-呋喃二酮較對(duì)照增幅較小外，其他致香物質(zhì)含量均較對(duì)照增幅較大，這些致香物質(zhì)可賦予煙葉優(yōu)良的香吃味。因此表明小苗移栽可增加對(duì)煙葉香氣有貢獻(xiàn)的致香物質(zhì)含量。需要說明的是，本試驗(yàn)是在大田條件下得出的結(jié)論，對(duì)指導(dǎo)煙葉生產(chǎn)有現(xiàn)實(shí)意義，至于小苗移栽對(duì)煙葉致香物質(zhì)含量貢獻(xiàn)率的比例，尚需進(jìn)一步研究，以便更好的為調(diào)控烤煙致香物質(zhì)代謝奠定基礎(chǔ)。

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