烤煙新品種渠首1號對低氮脅迫的響應

李雪君， 吳 疆， 吳家靜， 孫 煥， 孫計平， 耿勝娜， 馬翥驊， 侯 詠， 李旭輝， 俎煥新， 平文麗

(1.河南省農業科學院煙草研究所/煙草行業黃淮煙區煙草病蟲害綠色防控重點實驗室，河南許昌461000；2.河南省煙草公司南陽市公司，河南南陽 473000)

烤煙品種是煙葉生產的基礎，對“兩煙”的發展起著非常重要的作用。云煙87是河南省的主栽品種之一，常年種植面積占全省植煙面積的40%左右。該品種在河南省種植近20年，隨著種植年代的增加和自然條件的變化，根部病害逐漸加重，目前基本不適應河南煙區的種植，生產上急需可替代品種。不同品種煙葉質量差異較大，工業為了配方的穩定性，要求煙葉的質量相對穩定，質量差異較大的品種更換難度較大。烤煙新品種渠首1號是河南省煙草公司南陽市公司從烤煙品種云煙87的自然變異株中定向培育的新品種，該品種既保持了云煙87優質、易烘烤的特性，又具有豐產、根部病害抗性提高的優點，特別是針對目前較為嚴重的鐮刀菌根腐病有較好的抗性。渠首1號既能夠滿足生產種植的需要，也能滿足工業原料的需求，是替代云煙87的最佳選擇之一，推廣應用潛力很大。

氮素是影響煙葉品質和產量的重要因素，氮素作為主要營養元素之一，相比其他主要營養元素，在土壤中含量較不穩定。目前，在烤煙生產過程中，為追求產量存在著氮肥施用量過多的現象。過量氮肥不僅會增加種煙成本投入，造成煙葉品質下降，降低煙農收益，還會導致土壤氮污染。因此，在烤煙生產中篩選耐低氮基因型的品種，降低煙草生長對土壤氮素的需求，提高氮素利用效率，是減少氮素對土壤污染的一種有效途徑，有利于煙草農業的可持續發展。

不同烤煙品種的需氮量不同，要想實現高產優質的育種目標，需從品種本身出發，探索品種適宜的需氮量。在大田示范種植過程中，渠首1號的需氮量與云煙87有明顯的差異。在適宜云煙87正常生長和烘烤的施氮量條件下，渠首1號則表現為植株過大、不易落黃甚至無法烘烤，與云煙87相比較，渠首1號初步呈現出需氮量較低的特性。本研究旨在對渠首1號在低氮脅迫下的耐受力、耐瘠薄特征進行探討，為渠首1號種植栽培技術和推廣適宜區域提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗品種為渠首1號、云煙87，其中渠首1號由河南省農業科學院煙草研究所提供，云煙87由玉溪中煙種子有限公司提供。

1.2 試驗設計

本試驗于2020年5月在河南省農業科學院煙草研究所進行。對供試的2個品種分別設置2個施氮處理水平：低氮(0.5 mmol/L)和正常供氮(5 mmol/L)處理。每個處理設置3個重復，每個重復30株。

1.3 試驗方法

采用漂浮育苗，將種子播種于育苗大棚中，待煙苗長至4葉1心時，挑選長勢一致的健壯材料洗去培養基質后進行懸浮培養。采用Hoagland營養液，將溶液pH值調整至6.0，每隔3 d換1次營養液。在低氮和正常氮素水平處理后的第21天，分別取樣測定渠首1號和云煙87的相關指標。

1.4 測定指標及方法

農藝性狀：分別從2個不同氮素水平處理的煙苗中各選取長勢相對一致的單株5株，分別測定株高、葉長、葉寬、葉片數、莖圍。

光合指標：分別從2個不同氮素水平處理的煙苗中各選取長勢相對一致的單株5株，利用LI-6400XT型便攜式光合作用測定儀測定葉片的光合指標，主要測定凈光合速率、氣孔導度、胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率，3次重復，并求平均值。

葉綠素相對值SPAD值用葉綠素儀進行測量，硝酸還原酶(NR)活性采用活體檢測法進行檢測。

根系指標：分別從2個不同氮素水平處理的煙苗中各選取長勢相對一致的單株5株，使用根系掃描儀對根部指標進行測量，包括根長、根面積、根數及根體積。根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測定。

葉鮮質量及葉干質量測量：將葉片從健壯植株中采摘，后置于105 ℃烘箱內殺青0.5 h，70 ℃烘干至恒質量，用電子天平進行稱量，并求平均值。

1.5 統計分析方法

采用Excel 2010和DPS 19.05數據分析軟件對所測得的數據進行統計學分析、方差分析(新復極差法)并作圖。

2 結果與分析

2.1 低氮脅迫對渠首1號及云煙87農藝性狀的影響

如圖1所示，在正常氮量供應下，渠首1號的株高、葉長、莖圍、葉寬指標均高于云煙87，說明渠首1號對氮素的需求量低于云煙87，正常供氮能使其保持正常的生長發育，云煙87對氮素的需求量相對較大；在低氮脅迫下，渠首1號和云煙87的各農藝性狀指標均有所下降，但株高和葉寬渠首1號和正常供氮水平下云煙87相當，葉長和莖圍渠首1號在低氮脅迫下顯著高于云煙87正常供氮水平；說明渠首1號農藝性狀受影響較云煙87小。

2.2 低氮脅迫對渠首1號及云煙87葉綠素含量(SPAD)的影響

為了進一步了解渠首1號及云煙87葉片中葉綠素含量的變化，分別對處理后葉片中SPAD值進行測定。結果(圖2)表明，在正常供氮條件下，渠首1號和云煙87的SPAD值基本一致；在低氮脅迫下，渠首1號和云煙87的SPAD值均呈下降趨勢，但兩者下降幅度不同，其中渠首1號與正常施氮水平無明顯差異，云煙87則顯著降低。

2.3 低氮脅迫對渠首1號及云煙87光合特性的影響

通過對低氮脅迫下渠首1號和云煙87的光合參數進行分析，結果(圖3)表明，在正常供氮條件下，渠首1號除胞間CO濃度顯著低于云煙87外，其他指標與云煙87差異不顯著；在低氮脅迫下，渠首1號和對照云煙87的光合速率、氣孔導度以及蒸騰速率均呈下降趨勢，渠首1號的光合速率、氣孔導度和蒸騰速率的下降幅度均比云煙87的小，且下降后數值仍大于云煙87；在低氮脅迫下，渠首1號的胞間CO濃度反而有所增高。

2.4 低氮脅迫對渠首1號及云煙87硝酸還原酶(NR)活性的影響

如圖4所示，正常供氮水平下，渠首1號葉片中硝酸還原酶活性比云煙87略高，但差異不顯著；在低氮處理下，雖然渠首1號和云煙87硝酸還原酶活性均受到影響，二者均有顯著下降，但渠首1號的硝酸還原酶活性仍然顯著高于云煙87。

2.5 低氮脅迫對渠首1號及云煙87根系的影響

2.5.1 低氮處理對根系活力的影響 如圖5所示，在正常供氮條件下，渠首1號的根系活力顯著高于云煙87；在低氮脅迫下，渠首1號和云煙87的根系活力均呈顯著的下降趨勢，此時渠首1號的根系活力與正常供氮水平下的云煙87無明顯差異，且是低氮條件下云煙87的2倍左右。

2.5.2 低氮處理對根系形態的影響 由圖6可知，在正常供氮條件下，渠首1號總根長顯著高于云煙87，總根面積、根體積較云煙87低。在低氮脅迫條件下，云煙87的總根長、根數、總根面積和根體積均呈下降趨勢；渠首1號僅總根長呈下降趨勢，且下降幅度較小，總根數、總根面積和根體積均有提高。

2.6 低氮脅迫對渠首1號及云煙87生物量的影響

由圖7可知，低氮脅迫下渠首1號及云煙87的生物量鮮質量、干質量都呈下降趨勢。在正常供氮條件下，渠首1號的生物量顯著高于云煙87；在低氮脅迫下，渠首1號與云煙87生物量均有顯著降低，渠首1號下降幅度較云煙87小，且渠首1號生物量與云煙87生物量存在著顯著性差異。

3 討論與結論

3.1 討論

氮元素是植物進行光合作用的基礎，也是葉綠素、遺傳物質(DNA、RNA)和一些關鍵反應酶的主要組成成分，氮素不僅影響葉綠素的合成，而且對植物光合作用過程中一系列的反應酶活性有重要影響。本試驗結果表明，低氮處理下，渠首1號和云煙87的株高、葉長、莖圍、葉寬、SPAD值、硝酸還原酶活性均有所降低，這與前人研究結果一致；正常施氮水平下，渠首1號株高、葉長、莖圍、葉寬均顯著高于云煙87，這說明渠首1號的氮吸收能力高于云煙87；但是渠首1號下降比例顯著低于云煙87，說明相比于云煙87，氮素在渠首1號中得到了更高效地利用。本試驗中，正常施氮水平下，二者凈光合速率、氣孔導度及蒸騰速率均無明顯差異；而在低氮處理下，渠首1號和云煙87光合指標(除胞間CO濃度)均有下降，但是渠首1號仍顯著高于云煙87，這說明渠首1號比云煙87更耐低氮。

硝酸還原酶(NR)是植物體氮素同化和代謝過程中硝態氮同化的第1個酶，在植物高效利用氮素過程中具有重要的研究意義，NR活性的高低可以反映植株的氮素營養狀況和氮代謝水平。本試驗條件下，減施氮肥后，二者硝酸還原酶活性下降較為迅速，這與前人研究結果相符。但渠首1號硝酸還原酶活性仍顯著高于云煙87，說明此水平下渠首1號氮素同化和氮代謝能力高于云煙87。

根系作為植物吸收氮的主要器官，其形態和生理特性的適應性變化是植物高效利用氮的重要物質基礎。前人研究表明，植物側根 (LR)能響應體外硝酸鹽的局部刺激而伸長；根系通過增加根密度等形態學響應，從而增強植物競爭有機氮的能力。本試驗結果表明，低氮處理下，云煙87的總根長、總根面積、根數均顯著低于渠首1號，云煙87總根面積與根體積在正常施氮水平下高于渠首1號，在不同氮水平處理下差異較顯著，這說明云煙87對氮素水平較為敏感，而渠首1號在不同氮素水平處理下無明顯差異，耐瘠薄力更強。

適宜的施肥量能增加植物地上生物量，缺乏氮素會抑制植物的生長和生物量的積累。本研究結果表明，渠首1號葉鮮質量、干質量均顯著高于云煙87，低氮脅迫下渠首1號所受的脅迫程度相對較輕，干物質積累更加穩定，表現優于云煙87。

3.2 結論

本研究通過對低氮脅迫下2個品種農藝性狀、光合特性、根系指標及生物量的差異分析，說明了新品種渠首1號在低氮脅迫下比云煙87具有更強的耐受力，即渠首1號的需氮量低于云煙87。因此在生產實踐中，為了達到煙株正常生長和落黃，與云煙87相比較，應該減少氮肥的用量。至于渠首1號耐低氮的分子機理，待作為后續研究內容繼續開展。