噴施吲哚乙酸與油菜素內酯對烤煙煙葉耐熟性的影響

姜 浩, 裴曉東, 李洋洋, 肖漢乾, 張一揚

(1.湖南農業大學農學院,湖南長沙410128; 2.湖南省煙草公司長沙市公司,湖南長沙 410000;3.湖南省煙草科學研究所,湖南長沙 410004)

適宜的成熟度是保障烤后煙葉品質的重要條件之一。近年來,湖南地區(長沙)烤煙成熟期普遍存在高溫高濕現象,煙葉田間耐熟性差,高溫逼熟致使煙葉成熟度下降,假熟煙烘烤后葉片品質降低,表現為糖/堿失調、結構厚重、油分偏少、顏色暗淡、淀粉偏高、濃香型風格特征不穩定等相關質量問題[1]。

油菜素內酯(brassinosteroids,BR)是一類具有高生理活性的植物生長調節劑[2],在植物生長發育的各時期均能起到調控作用,可作為抗氧化劑,提高植物體內抗氧化物酶活性,促使細胞壁變得柔軟松弛[3],從而加快細胞生長,促進細胞分裂。閆慧萍等的研究表明,玉米種子通過24-表油菜素內酯(EBR)溶液浸泡后,顯著縮短種子的萌發時間,提升幼苗的生長水平,提升玉米幼苗抗氧化物酶活性,增加幼苗生物量的積累,提高玉米幼苗的抗逆性[4]。張暉等研究發現,外源噴施表油菜素內酯可促進葡萄果實的成熟以及花色苷的合成[5]。梁鑫等的研究表明,烤煙打頂后外源噴施油菜素內酯能有效提高葉面積,增加煙葉中的中性香味物質,提升烤后煙葉鉀氯比[6]。吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)是當前發現最早且能促進植物生長作用的內源激素[7],具有促進植物愈傷組織形成、延緩葉片衰老、促進植物根系生長、誘導果實發育[8]、調控植物株型和調節細胞壁松弛度等作用。劉洪展等試驗證實,通過噴施生長素可以縮短經鹽脅迫后小麥種子的萌發時間,提升小麥種子抗逆性[9]。鄭樂婭等研究發現,水稻葉片外源噴施適宜濃度的IAA可以提前水稻生育期,提升水稻葉面積指數和SPAD值以及水稻穗粒數、結實率等結實性狀,提高水稻產量[10]。劉一凡等研究證實,烤煙打頂后涂抹適宜濃度的IAA有助于均衡烤煙上部葉內各源激素含量,提高煙葉耐熟性,加快光合物質的產生和積累[11]。

目前關于烤煙不同成熟度對煙葉品質的影響研究較多,但對如何提高烤煙煙葉耐熟性報道較少。本研究以烤煙品種云煙87為供試材料,在烤煙打頂當天噴施不同濃度油菜素內酯和生長素,旨在研究外源噴施IAA和BR對烤煙耐熟性的影響,探索調控烤煙煙葉生長的技術和方法,為優質烤煙煙葉生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于2021年在湖南省長沙市寧鄉市喻家坳鄉進行,試驗土壤為黏性水稻土,其有機質含量為 39.27 g/kg、速效鉀含量為214.53 mg/kg、全氮含量為 2.12 g/kg、堿解氮含量為162.88 mg/kg。

1.2 試驗材料

試驗品種：烤煙品種云煙87,由湖南省煙草科學研究所提供。

試驗試劑：油菜素內酯(BR,10 mg/kg)和生長素吲哚乙酸(IAA,20 mg/kg)購于合肥巴斯夫生物科技有限公司。

1.3 試驗設計

設油菜素內酯(BR)和生長素吲哚乙酸(IAA)2種激素[12],噴施不同濃度的BR和IAA,以清水為對照,共有4個處理(表1)。試驗采取隨機區組設計,每個處理3次重復,壟寬1.2 m,每個小區長×寬為 20 m×3.6 m,小區間隔1 m,株距50 cm,共計12個小區。各處理均于煙株打頂當天噴施,均勻噴施整株葉面,以每張葉面濕潤為標準,共噴施1次。試驗地養分管理及栽培措施均按照寧鄉市煙葉生產技術標準進行。

表1 外源噴施IAA和BR對云煙87耐熟性影響的試驗設計

1.4 測定項目及方法

1.4.1 煙葉顏色參數變化檢測 在煙葉現蕾打頂時(進入成熟期),每隔10 d測定1次,共4次,每個重復選取2株代表樣中部葉(頂10)。各定位葉基部、中部、尖部并避開主脈在兩側選取2個點(距主脈 5 cm)作為色差計的測定點,每張葉片6個點的平均值為此葉片色差值,采用便攜式全自動色差儀LS171測定。測定項目：L*為亮度值,泛指色彩的明亮程度,0為黑色,0～100之間為灰色,100為白色,表示由黑到白的變化;a*為紅色度,正值時為紅色,負值時為綠色,表示由綠色到紅色的色澤變化;b*為黃色度,正值時為黃色,負值時為藍色,表示由藍色到黃色的色澤變化;C*為色彩飽和度,別稱純度,由色差儀自動計算,C*=[(a*)2+(b*)2]1/2;H*為色相角,色差儀自動計算,H*=arctan(b/a)。

1.4.2 生理指標檢測 選取顏色參數測定煙葉,取煙葉中間部分,注意避開主脈和支脈(面積約為 3 cm×4 cm)。將所取煙葉樣品迅速用純凈水清洗干凈,放入液氮速凍保存帶回實驗室,隨后置于 -80 ℃ 超低溫冰箱儲存備用。檢測生理指標包括葉綠素含量(SPAD值)、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、可溶性蛋白含量、過氧化物酶(POD)活性,測定方法分別為SPAD502葉綠素儀法[13]、硫代巴比妥酸(TBA)顯色法[14]、氮藍四唑(NBT)光還原比色法[15]、Bradford考馬斯亮藍法[15]、愈創木酚法[16]。

1.4.3 煙葉成熟度外觀特征 每次取樣時,根據中部煙葉的直觀呈色和葉片、葉脈的變化特征[17-18]進行初步成熟度直觀判定(表2),分別記載每個處理在各時期成熟度變化情況。

表2 不同成熟度中部煙葉外觀特征

1.5 數據分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2021軟件處理,利用SPSS 22.0軟件對數據進行方差分析(ANOVA)和多重比較(Duncan’s法,α=0.05)及相關性分析,并采用Origin 2021軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同成熟度云煙87中部葉顏色參數的變化

不同成熟度鮮煙葉顏色參數范圍如表3所示,隨著烤煙生育期的推進,葉片成熟度逐漸提高,煙葉顏色參數L*、a*、b*和C*逐漸升高,表明煙葉外觀質量的亮度(L*)、紅色(a*)和黃色(b*)色相增強,顏色飽和度(C*)得到提高,色相角H*值變化趨勢則相反,呈逐漸降低,表明葉黃素增幅大于葉紅素。適宜成熟度云煙87中部葉顏色參數范圍為：L*53.73～57.01、a*-9.36～-8.26、b*32.18～42.15、C*36.42～42.91和H*101.82～105.49。

表3 不同成熟度鮮煙葉顏色參數范圍

2.2 外源噴施BR和IAA對云煙87中部葉顏色參數的影響

由圖1可知,隨著生育期的延長,各處理煙葉L*值、b*值、a*值和C*值變化整體表現為逐漸上升,H*值則逐漸下降。

各處理亮度值在噴施當天差異不明顯(圖1-A)。噴施后10 d,T3處理L*顯著低于CK,T1、T2和CK間無顯著性差異;20 d各處理間差異不顯著;30 d 時,T1、T2和T3處理L*均顯著低于CK,各處理相較于CK分別降低3.5%、3.7%和4.3%,表現為T3

噴施IAA與BR后10 d處理間紅度值出現顯著差異(圖1-B),T3處理a*值均低于CK、T1和T2,其中T3處理顯著低于對照CK,T1和T2處理間無顯著差異。在30 d,T3處理a*值均低于其他處理,顯著低于CK和T2;相較于CK,各處理a*分別降低11.6%、6.7%和25.5%,表現為T3

在打頂后10、20 d時,CK、T1、T2與T3處理間黃度值呈顯著性差異(圖1-C),T3處理b*值顯著低于其他處理。30 d時,CK、T1和T2處理差異不明顯,T3處理b*值顯著低于CK和T1,各處理相較于CKb*分別降低1.3%、3.0%和5.7%,表現為 T3

飽和度C*表示色彩的鮮艷程度,低飽和度色彩變得暗淡溫和,高飽和度則色彩變得鮮艷飽滿。打頂當天各處理間無顯著性差異(圖1-D),打頂10 d后出現顯著差異,打頂后各時期CK和T1處理C*均顯著高于T3,CK、T1與T2處理無顯著差異。30 d時,各處理C*相較于CK分別降低1.6%、3.5%和6.2%,表現為T3

色相角H*是色彩的基本屬性。在打頂后 10 d,各處理間出現差異(圖1-E),打頂后各時期始終以T3處理C*值最高,且始終與CK和T2呈顯著性差異,30 d各處理H*相較于CK分別升高1.2%、0.9%和2.8%,表現為CK

2.3 外源噴施BR和IAA對云煙87中部葉生理指標的影響

由圖2可知,隨著煙葉成熟度增加,各處理煙葉SPAD值和可溶性蛋白含量持續降低,丙二醛(MDA)含量逐步升高,超氧化物歧化酶(SOD)活性和過氧化物酶(POD)活性均呈現先逐步上升后迅速下降的變化趨勢。

各處理煙葉葉綠素SPAD值在打頂當天及打頂后10 d無顯著性差異(圖2-A),在20、30 d時,各處理SPAD值均高于CK,其中以T3處理SPAD值最高。30 d時,CK與T1、T2、T3均存在顯著性差異,SPAD值表現為T3>T2>T1>CK,其中T3較CK SPAD值提升了32.9%。表明噴施IAA與BR均能提升煙葉SPAD值,但兩者綜合效果最好。

在噴施當天,不同處理間煙葉丙二醛含量變化差異不明顯(圖2-B)。在噴施后各時期,各處理間差異顯著,其中T1、T2和T3處理MDA含量均低于CK,始終以T3最低,且顯著低于CK,在打頂后10、20、30 d,T3的MDA含量較CK分別降低21.6%、19.5%、10.7%,30 d各處理MDA含量依次為 T3T2>T1>CK。表明噴施IAA與BR顯著提高煙葉SOD活性,增強煙葉抗氧化性,延緩煙葉衰老。

打頂噴施10、20、30 d時,各處理間POD活性差異顯著(圖2-D),其中CK與其他處理差異顯著,T1和T2間無顯著差異,各時期內POD活性均以T3最高,CK最低。30 d時,T3處理POD活性較其他處理分別提升23.0%、6.5%和9.1%,依次表現為 T3>T1>T2>CK。結果表明,在打頂后噴施IAA與BR可顯著提高煙葉POD活性,增強葉片抗逆能力。

打頂當天各處理間可溶性蛋白含量無顯著性差異(圖2-E),打頂后10、20、30 d的CK可溶性蛋白含量均顯著低于各處理。在打頂后10 d,可溶性蛋白含量以T3最高,顯著高于CK、T1和T2。20 d時,T3顯著高于CK和T2,T1和T2無顯著性差異。30 d時,各處理可溶性蛋白含量達到最低,T1、T2和T3處理間無顯著差異,表現為T3>T2>T1>CK。結果表明,經外源性生理激素調控后煙葉可溶性蛋白含量上升,有助于提高葉片代謝能力。

2.4 云煙87葉片顏色參數與生理指標的相關性

由表4可知,部分顏色參數與生理指標呈極顯著相關,不同取樣時間生理指標與顏色參數的相關性存在差異。

打頂10 d,紅度值(a*)與可溶性蛋白含量呈顯著負相關,黃度值(b*)與可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性和過氧化物酶活性呈極顯著負相關,與丙二醛含量呈極顯著正相關。色彩飽和度(C*)與超氧化物歧化酶活性呈極顯著負相關與丙二醛含量呈極顯著正相關。色相角(H*)與可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性和過氧化物酶活性呈極顯著正相關與丙二醛含量呈極顯著負相關;打頂 20 d 時,黃度值(b*)與可溶性蛋白含量和過氧化物酶活性呈顯著負相關與丙二醛含量呈極顯著正相關。色彩飽和度(C*)與可溶性蛋白含量和過氧化物酶活性呈顯著負相關與丙二醛含量呈極顯著正相關;打頂30 d,顏色參數L*、a*、b*、C*和H*均與SPAD值、丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性和過氧化物酶活性出現了顯著相關性,其中亮度值(L*)與可溶性蛋白含量和過氧化物酶活性呈極顯著負相關,紅度值(a*)和黃度值(b*)與SPAD值和超氧化物歧化酶活性呈極顯著負相關與過氧化物酶活性呈顯著負相關,色彩飽和度(C*)與SPAD值呈極顯著負相關與超氧化物歧化酶活性和過氧化物酶活性呈顯著負相關,色相角(H*)與SPAD值呈極顯著正相關與超氧化物歧化酶活性和過氧化物酶活性呈顯著正相關。由此表明,隨著烤煙成熟期的推進,葉片成熟度的增加,葉片不同顏色參數的變化與生理指標丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性和過氧化物酶活性在特定時期表現出顯著相關性。

葉綠素含量SPAD值在打頂后30 d時與各顏色參數均具相關性,其與b*、C*和H*相關系數絕對值呈逐漸上升趨勢。丙二醛含量在打頂后10、20 d 時與b*和C*呈極顯著正相關,相關系數分別由0.728和0.599上升至0.735和0.734。超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性打頂后10～30 d時與a*、b*、C*和H*的相關系數絕對值呈先下降后上升趨勢。

3 討論

葉片顏色變化[19-21]是判別烤煙田間成熟度的重要依據之一,通過L*、a*、b*、C*、H*等顏色參數更能準確判斷顏色變化,進而確定烤煙田間成熟度。前人研究表明,隨著煙葉成熟度的增加,葉片的顏色參數亮度值、紅度值、黃度值和色彩飽和度的變化趨勢基本相同,均隨著成熟度的提高而不斷上升[22-23],這與本研究結果一致。本研究發現,在打頂噴施IAA與BR后10～30 d,紅度值、黃度值等參數顯著下降,這可能是外源噴施BR和IAA后一定程度上提升了煙株的碳氮代謝能力[12],延長了生育期,推遲了煙葉的成熟落黃的時期。

前人研究表明,葉綠素含量(SPAD值)、MDA含量、SOD活性、POD活性、可溶性蛋白含量等生理指標[24-27]可在一定程度上反映煙葉成熟度。已有研究指出,超氧化物歧化酶、過氧化物酶活性在烤煙發育過程中變化規律基本相同,均表現出先升后降[28],與本試驗結果基本吻合。本研究中,與CK相比,處理后葉片POD活性、SOD活性、可溶性蛋白含量和葉綠素含量SPAD值顯著升高,MDA含量下降,其原因可能是打頂后葉面噴施BR和IAA,增強了烤煙葉片清除活性氧自由基水平,提升了抗氧化酶活性,膜質過氧化損傷降低[29-35],其具體機理還需進一步研究。

煙葉顏色參數值與各生理指標間存在顯著或者極顯著相關性,并且不同時期煙葉生理指標與顏色參數的相關性也存在差異。隨著烤煙生育期推進,SPAD值逐漸降低,紅度值a*、黃度值b*和飽和度C*逐漸上升,其始終存在負相關關系,在打頂后30 d呈極顯著負相關,其原因在于煙葉成熟過程中,葉綠素降解幅度大于類胡蘿卜素[23],葉片逐漸褪綠顯黃,色澤愈加明亮。本試驗對煙葉生理指標、顏色參數和外觀特征進行監測,煙葉顏色參數值與生理指標的相關性顯著。因此在判斷田間煙葉成熟度時,利用色差儀作為監測工具進行顏色參數測定,進而根據具體數據判斷田間煙葉成熟度,這與前人研究建議[22,36]一致。

4 結論

通過煙葉外觀特征、煙葉顏色參數及生理指標的監測,確定最佳成熟度煙葉顏色參數范圍。因此,可以使用色差儀測定煙葉顏色參數,實現煙葉成熟度定量判別,為適宜成熟度采收云煙87中部葉提供技術依據。

IAA與BR交互噴施措施相比2種植物激素單獨噴施更有利于提高葉片抗氧化酶活性,降低葉片MDA含量,提高葉片可溶性蛋白含量和葉綠素含量(SPAD值),增強生長代謝狀態,進而提高煙葉田間耐熟性,達到適宜成熟度,在本試驗條件下,以T3處理(10 mg/kg BR+20 mg/kg IAA)效果最佳。