施用生物菌劑對烤煙葉片生理特征及鉀、氯含量的影響

毛家偉，張 翔，李 亮，余 瓊，司賢宗，索炎炎，吳俊林，孔德輝

(1.河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所，河南 鄭州 450002；2.駐馬店市煙草公司，河南 駐馬店 463000；3.洛陽市煙草公司，河南 洛陽 471000)

煙葉生長及其品質受土壤、栽培技術、氣候等諸多因素的影響[1-3]。在干旱和漬水等不利條件下，煙株吸收水分和養分的能力受到抑制，并引起一系列的生理響應[4]，如植物氣孔關閉、體內活性氧自由基大量累積等，而植物體內的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)等抗氧化酶協調作用能有效地清除活性氧自由基，減輕植物受到的傷害[5]。近年來，部分植煙土壤由于連作時間較長，長期使用單一化學肥料，忽視有機肥的使用[6]，造成土壤板結，土壤微生物活性降低[7]，營養元素利用率不高，從而造成煙葉品質下降。鉀含量和氯含量都是評價煙葉質量的重要指標[8-9]，近年來，黃淮煙區煙葉氯含量偏高和鉀含量偏低的問題一直未得到很好地解決，已經成為影響煙葉質量的關鍵問題之一[10]。微生物肥料含活性有益微生物，通過微生物代謝及其產物促進農作物代謝從而獲得高產[11]。很多研究表明，配施微生物肥料可以顯著提高作物的肥料利用率[12]，改善土壤結構[13]，減少病害[14]，提高作物的產量與品質[15]。隨著現代農業的發展，人們逐漸認識到過量施用化肥、農藥對環境造成的污染，因而對微生物肥料的研究和應用逐漸增加。近年來，關于生物菌劑在煙草上的應用有一些報道[16-18]，但由于微生物肥料種類繁多，不同地區氣候環境、土壤類型不同，微生物肥料效果也會出現較大差異。因此，在不同地區大量開展微生物菌劑的應用研究是有實際意義的。本試驗利用5種微生物菌劑，研究其對烤煙葉片抗氧化酶活性和鉀、氯含量的影響，為篩選高效生物菌劑、改良煙區土壤、提高煙葉品質以及合理施用生物菌劑提供理論和技術支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗于2016年分別在河南省豫西旱作煙區(DA)與豫南雨養煙區(RA)進行。豫西旱作煙區試驗布置在洛寧縣小界鄉王村煙田，該區屬豫西山地丘陵旱作區；年降水量僅600 mm左右，季節性干旱經常發生；此區供試烤煙品種為秦煙96，供試土壤為褐土，基礎理化性狀為：pH值7.94，有機質11.1 g·kg-1，堿解氮109.2 mg·kg-1，速效磷9.5 mg·kg-1，速效鉀197.5 mg·kg-1。豫南雨養煙區試驗布置在泌陽縣楊家集鄉，該區光、溫、水資源豐富，降水和地下水較充足，年降水量在750 mm以上；此區供試烤煙品種為豫煙6號，供試土壤為黃褐土，基礎理化性狀為：pH值5.79，有機質12.1 g·kg-1，堿解氮145.6 mg·kg-1，速效磷20.3 mg·kg-1，速效鉀150.3 mg·kg-1。兩試驗地點前茬作物均為煙草，供試肥料種類為：一銨(N11%、P2O544%)，硝銨磷(N32%、P2O54%)，硫酸鉀(K2O 50%)，供試微生物肥A、B、C、D、E技術參數見表1。

表1 生物菌劑產品技術參數

1.2 試驗設計

2個試驗區均分別設6個處理，分別是T1：對照，常規施肥，不施生物菌劑；T2：生物菌劑A 30.0 kg·hm-2+常規施肥；T3：生物菌劑B 30.0 kg·hm-2+常規施肥；T4：生物菌劑C 30.0 kg·hm-2+常規施肥；T5：生物菌劑D 30.0 kg·hm-2+常規施肥；T6：生物菌劑E 15.0 kg·hm-2+常規施肥。各處理生物菌劑用量按產品說明確定。

常規施肥氮、磷、鉀用量分別為N 67.5 kg·hm-2、P2O5101.25 kg·hm-2、K2O 236.25 kg·hm-2，氮肥70%條施、30%穴施，磷肥全部條施，鉀肥50%條施、20%穴施、30%追施，生物菌劑A兌水300倍澆施，其他生物菌劑均穴施。試驗采取隨機區組設計，設3個重復，小區面積72 m2。其他各項田間生產管理措施統一按當地規范化措施進行。

1.3 測定項目

1.3.1 葉片抗氧化酶活性、丙二醛及可溶性糖含量 在圓頂期，各處理隨機選3株植株，采集中部葉片5～6 g，并迅速用錫紙包好放于液氮中，采集完畢后帶回實驗室存放于-80℃冰箱。過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑法，過氧化物酶(POD)活性采用愈創木酚法，丙二醛(MDA)含量采用雙組分光光度計法，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[19]。

1.3.2 煙葉鉀、氯含量 分別在移栽后45 d和60 d取各處理煙株中部葉，在105℃下殺青30 min，然后在70℃下烘干至恒重，粉碎過40目篩后測定全鉀和Cl-含量[20]。

1.3.3 經濟性狀 各小區單獨計產，并根據烤煙42級煙葉分級國家標準對烤后煙葉分級，確定烤煙的產值、均價、上等煙比例。

1.3.4 烤后煙葉的化學成分 烘烤后各處理取中部葉(C3F)和上部葉(B2F)用于測定總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀和氯含量[21]。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2016和DPS軟件對試驗數據進行統計分析，并進行Duncan新復極差法多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同生物菌劑處理對煙葉葉片可溶性糖和丙二醛含量的影響

可溶性糖含量可以反映植株的碳代謝強度，同時在植株逆境防御中具有重要作用[22]。從圖1A可以看出，在雨養煙區，與對照T1相比，施用生物菌劑均提高了煙葉葉片中可溶性糖的含量，提高幅度為0.38%～1.43%，除T5處理和T6處理外，各處理均顯著提高了烤煙葉片中可溶性糖的含量，以T3處

理最高，達4.59%。在旱作煙區，生物菌劑處理可溶性糖含量均高于對照處理，以T2處理最高，達5.16%，說明該處理光合作用效率較高，碳水化合物的代謝旺盛[23]。

丙二醛(MDA)是膜脂過氧化的產物，具有細胞毒性，其含量高低可反映植物受害的程度[24]。由圖1B可見，除T2處理外，各處理MDA含量均表現為旱作煙區大于雨養煙區，說明干旱脅迫條件下煙葉細胞膜的損害程度較大。在雨養煙區，與對照T1處理相比，施用生物菌劑均降低了煙葉中MDA含量，除T2處理外差異均達顯著水平，以T4處理最低，為11.3 μmol·g-1。在旱作煙區，與對照T1處理相比，除T6處理外，各處理均顯著降低了煙葉中MDA含量，以T2處理和T3處理較低，分別為17.2 μmol·g-1和16.6 μmol·g-1。

注：不同小寫字母表示同一煙區處理間差異顯著(P<0.05)，下同。Note: Different small letters mean significant difference among treatments in the same tobacco planting areas at P<0.05 level. The same below. 圖1 不同處理對烤煙葉片可溶性糖和丙二醛含量的影響Fig. 1. Effects of different treatments on soluble sugar and MDA content of tobacco leaf

2.2 不同生物菌劑處理對煙葉葉片抗氧化酶活性的影響

由圖2A可知，雨養煙區葉片CAT活性明顯高于旱作煙區。在雨養煙區，除T5處理外，其他施用生物菌劑處理均比對照T1處理提高了煙葉CAT活性，以T4處理CAT活性最高，達47.8 μmol·min-1·g-1。在旱作煙區，與對照T1相比，施用生物菌劑均顯著提高了煙葉CAT活性，以T2和T3最高，均顯著高于其他處理。

由圖2B可以看出，在雨養煙區，生物菌劑處理均比對照T1提高了煙葉SOD活性，以T3處理和T4處理最高且顯著高于其他處理。在旱作煙區，施用生物菌劑對煙葉SOD活性稍有提高，但各處理間差異不顯著。

圖2C顯示，在雨養煙區，施用生物菌劑處理均比對照T1的煙葉POD活性有一定程度提高，以T4處理最高，但其他處理與T1差異未達顯著水平。在旱作煙區，各處理POD活性由高到低的順序為：T3>T2>T4>T6>T5>T1，除T5處理外，其他處理均顯著提高了煙葉的POD活性。

圖2 不同處理對烤煙葉片抗氧化酶活性的影響Fig.2 Effects of different treatments on antioxidant enzyme activities of tobacco leaf

2.3 不同生物菌劑處理對煙葉鉀、氯離子含量的影響

不同處理移栽后45 d和60 d中部煙葉中全鉀含量見圖3A。在雨養煙區移栽后45 d，以T1和T4的煙葉鉀含量較低，顯著低于其他處理，以T3和T5煙葉鉀含量較高，分別達3.44%和3.64%，顯著高于其他處理；在移栽后60 d，以T3煙葉鉀含量最高，達2.52%，顯著高于其他處理。在旱作煙區移栽后45 d，與對照T1相比，各處理均顯著提高了煙葉鉀含量0.42%～0.94%。在移栽后60 d，各處理煙葉中鉀含量由高到低的順序表現為：T2>T4>T5>T3>T6>T1，T2鉀含量達2.65%，顯著高于其他處理。

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)Note: Different small letters mean significant difference among treatments (P<0.05). 圖3 不同處理對煙葉鉀、氯離子含量的影響Fig.3 Effects of different treatments on potassium and chlorine content of tobacco leaves

不同處理移栽后45 d和60 d中部煙葉中Cl-含量見圖3B。在雨養煙區移栽后45 d，與對照T1相比，T2、T3和T5均顯著降低了煙葉中Cl-含量；移栽后60 d，T5處理的葉片Cl-含量最高，達0.94%，說明施用該生物菌劑提高了煙葉Cl-含量；以T3和T4處理煙葉Cl-含量最低，顯著低于其他處理，其中T3處理Cl-含量為0.61%。在旱作煙區，移栽后45 d，對照T1葉片中氯離子含量顯著高于其他處理，T2、T3、T5處理氯離子含量較低且三者之間差異不顯著；在移栽后60 d，以T3處理煙葉氯離子含量最低，但與T2處理差異不顯著。

2.4 不同生物菌劑處理對烤煙經濟性狀的影響

不同處理對烤煙經濟性狀的影響見表2。在雨養煙區，與常規對照T1處理相比，施用生物菌劑處理產量提高幅度為99～447 kg·hm-2，T4處理產量最高，達2 753 kg·hm-2，T3處理和T4處理間產量差異不顯著；產值由高到低的順序為：T3>T4>T5>T6>T2>T1，T3產值顯著高于其他處理；各處理均價和上等煙比例均以T3最高，分別為22.25元·kg-1和54.2%。在旱作煙區，與常規對照處理相比，施用生物菌劑處理產量提高幅度為19～171 kg·hm-2，T3產量最高，達2 585 kg·hm-2，T3和T2產量均顯著高于對照處理；與對照處理相比，除T6外，各處理均顯著提高了煙葉產值，以T2處理產值最高，達63 214元·hm-2，除T4外與其他處理產值差異均達顯著水平；各處理均價和上等煙比例均以T2最高，分別為24.82元·kg-1和61.8%。

表2 不同處理對烤煙經濟性狀的影響

2.5 不同生物菌劑處理對烤后煙葉化學成分的影響

從表3可以看出，在雨養煙區，與對照T1處理相比，除T6處理外的其他施用生物菌劑處理均降低了中部葉和上部葉總糖、還原糖和煙堿含量，上部葉總氮含量也均有所降低，各施用生物菌劑處理對煙葉鉀含量均有所提高，中部和上部葉鉀含量均以T3處理最高，分別達1.84%和1.76%。Cl-含量分析結果表明，與對照處理相比，上部葉除T3處理有所增加外，其余處理均降低了上部煙葉Cl-含量。在旱作煙區，與對照處理相比，施用生物菌劑處理均提高了中部葉總糖和還原糖含量，上部葉除T6處理外，各處理總糖含量均有一定降低。從總氮含量比較，施用生物菌劑處理中部葉總氮含量均有一定上升。與對照處理相比，T2處理和T5處理中部葉煙堿含量有一定降低。施用生物菌劑處理均明顯提高煙葉鉀含量，中部葉提高0.25%～0.84%，上部葉提高0.18%～0.31%，不同生物菌劑處理間相比，中部葉鉀含量以T2處理和T4處理較高，均為1.94%。各處理煙葉氯離子含量均在小于0.8%的適宜范圍[21]。

表3 不同處理對烤后煙葉化學成分的影響

3 討論與結論

可溶性糖是原煙重要品質指標之一，在一定范圍內，可溶性總糖含量越高，煙葉品質越好[25]。本試驗結果表明，與對照處理(T1)相比，施用生物菌劑處理均提高了煙葉葉片中可溶性糖的含量，不同處理間相比，雨養煙區以T3處理最高，旱作煙區以T2處理最高。MDA含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度，最直接的特征在于葉片的快速衰老[26]，從本試驗看，MDA含量均表現為旱作煙區大于雨養煙區，施用生物菌劑處理均降低了葉片中MDA含量。生物體內各種代謝途徑都是由酶來催化和調控的，特別是一些起調控作用的抗氧化酶[27]。研究表明，向土壤中添加有機物料能夠明顯改善土壤理化性質和植物葉片的抗氧化酶活性[28]，孫運杰等[29]試驗結果表明，施用生物有機肥使藍莓葉片的過氧化氫酶活性顯著提高，提高了藍莓的抗逆能力。本研究結果表明，與對照處理相比，除雨養煙區T5處理外，其他施用生物菌劑處理均提高了烤煙葉片CAT、SOD、POD活性，說明施用生物菌劑提高了煙葉清除活性氧分子的能力，減輕了逆境對細胞膜系統的傷害，增強煙株的抗逆能力和環境適應能力。

本試驗研究結果表明，施用生物菌劑處理(除雨養煙區T5外)中部葉鉀含量均高于對照處理，在移栽后60 d，雨養煙區以T3中部葉全鉀含量顯著高于其他處理，旱作煙區則以T2鉀含量最高。從煙葉中Cl-含量分析，與對照T1相比，在移栽后45 d，除雨養煙區T4處理外，其他施用生物菌劑處理Cl-含量均有所降低，在移栽后60 d，雨養煙區T3和T4煙葉Cl-含量較低，旱作煙區以T3和T2煙葉Cl-含量較低。弓新國等[30]研究表明，微生物菌劑在苗期和大田期施用均可促進烤煙生長，減少病害發生，提高煙葉產量、質量。張良等[31]試驗結果顯示，復合菌劑與有機無機肥配施可以顯著提高烤煙上等煙比例和均價。從本試驗經濟性狀來看，與對照T1相比，施用生物菌劑處理提高了烤煙產量、產值、均價和上等煙比例，各生物菌劑處理間相比，雨養煙區以T3最佳，旱作煙區則以T2表現最佳。從烤后煙葉化學成分來看，在雨養煙區，與對照T1相比，除T6處理外，其他施用生物菌劑處理均降低了中部葉和上部葉總糖、還原糖和煙堿含量，而在旱作煙區，施用生物菌劑處理均提高了中部葉總糖和還原糖含量，并且煙葉鉀含量均有所提高，在雨養煙區和旱作煙區分別以T3和T2表現較好。Cl-含量除雨養煙區T5處理外，其他處理煙葉Cl-含量均在小于0.8%的適宜范圍。

綜合來看，與常規施肥相比，施用生物菌劑能提高烤煙葉片中可溶性糖的含量，降低葉片中MDA含量，提高抗氧化酶活性，增強煙株的抗逆能力，提高煙葉的產量和產值，促進烤后煙葉化學成分更加協調。在雨養煙區和旱作煙區，分別以T3處理(生物菌劑B，用量30.0 kg·hm-2，施用方式為穴施)和T2處理(生物菌劑A，用量30.0 kg·hm-2，施用方式為兌水300倍澆施)較果較好。