不同基因型煙草對氯離子吸收、積累與分配的差異性分析

饒 巍，李春萍，文曉陽，覃德華，郭芳陽，王 慧，陳明燦

（1. 河南科技大學 農(nóng)學院，河南 洛陽 471000；2. 河南省農(nóng)業(yè)科學院 煙草研究所，河南 許昌 461000；3. 洛陽市煙草公司，河南 洛陽 471000）

氯是植物生長的必需元素之一[1]。但煙草對氯較為敏感，煙葉氯含量過高，糖類代謝受阻，淀粉積累過多，葉片厚而脆，燃燒性下降，陰燃持火時間短，易熄火[2-4]。研究表明，氯含量在0.3%～0.8%和鉀氯比為4～10有助于提高煙葉內(nèi)在品質(zhì)，過量的氯對煙葉的內(nèi)在品質(zhì)和外觀質(zhì)量產(chǎn)生不利影響[5-6]。近年來，由于含氯肥料施用量的增加，煙區(qū)土壤中氯離子含量上升，致使煙葉中氯離子含量增高，煙葉內(nèi)在化學成分失調(diào)，已影響到煙葉的內(nèi)在品質(zhì)和工業(yè)可用性[7-9]。因此，選育優(yōu)質(zhì)煙草品種，降低煙草葉片中氯離子含量，提高煙葉內(nèi)在品質(zhì)，成為提高煙草質(zhì)量急需解決的重要問題。

研究烤煙氯素營養(yǎng)特性，對于有效調(diào)節(jié)煙株對氯離子的吸收和利用，平衡煙葉內(nèi)部相關化學成分起到積極作用[10]。劉巧真等[11]研究認為，煙葉氯離子含量在南北方存在差異，南方煙區(qū)降雨量大造成土壤氯淋溶作用較強，煙葉氯離子含量較低。近年來研究表明，南方煙區(qū)需要增施氯肥以提高煙葉質(zhì)量[12-13]，而北方煙區(qū)煙葉氯離子含量相對較高，影響煙葉質(zhì)量，需要采取措施降低煙葉氯離子含量[14]。蔣佳磊等[15]調(diào)查測定了全國102 個主要烤煙種植縣（區(qū)）的煙葉氯離子含量，發(fā)現(xiàn)我國煙葉氯離子含量偏高的主要種植區(qū)集中在河南附近。陳海生等[16]研究發(fā)現(xiàn)，河南省48.86%的煙田土壤氯離子含量偏高，降低了該地區(qū)潛在的煙草生產(chǎn)力。關于煙草對氯離子吸收特性的研究多集中在單一或少數(shù)品種上[17-20]，而關于南北煙區(qū)不同基因型煙草對氯離子吸收特性的研究較少。為此，選取南北煙區(qū)9 種具有代表性的煙草品種，在不同氯離子濃度處理下，研究不同基因型煙草對氯離子的吸收、積累與分配的差異，以便更直觀地了解氯離子在各品種煙草中轉運變化規(guī)律和烤煙對其吸收積累特點，篩選出氯高吸收和低吸收基因型煙草種質(zhì)，為不同植煙區(qū)煙草品種的選育提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

2021 年在河南科技大學實驗農(nóng)場進行試驗，試驗地土壤基礎養(yǎng)分含量：有機質(zhì)14.15 g/kg、全氮0.866 g/kg、堿解氮86.1 mg/kg、速效磷14.43 mg/kg、速效鉀145.51 mg/kg、可溶性氯24.02 mg/kg、pH 值7.56。供試煙草品種：云煙87、云煙116、遼煙17、豫煙10、豫煙13、K326、中煙100、秦煙96、渝金香1號。

1.2 試驗設計

試驗采用盆栽設計，選用塑料缽盆（內(nèi)徑30 cm，高40 cm），每盆裝過篩風干土15 kg，施入復合肥（16-5-20）30 g。試驗設置3 個施氯水平，施氯量分別為0、50、100 mg/kg，以KCl 作為氯源，K2CO3補齊各處理間鉀離子差異，于移栽前50 d施入盆中，9次重復，于5 月19 日移栽，其他管理措施與常規(guī)煙草栽培一致。

1.3 測定項目及方法

移栽后90 d，對各施氯處理下煙株腳葉和下、中、上部葉片分別進行標記，并取樣烘烤，測定烤后各部位生物量及根、莖、葉中氯離子含量。氯離子含量采用硝酸銀滴定法測定[21]。分析煙草各部位氯離子積累量、轉運系數(shù)、分配率等[22]，通過聚類分析進行品種篩選。轉運系數(shù)表示煙草對氯離子從根部向地上部的有效轉運程度。分配率表示煙草各部位氯離子積累量的分布規(guī)律。

葉轉運系數(shù)=葉氯含量/根氯含量；

莖轉運系數(shù)=莖氯含量/根氯含量；

分配率=（煙株某部位氯積累量/整株氯積累量）×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 25.0 和Origin 2019 進行數(shù)據(jù)的方差分析及圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 不同基因型煙草各部位氯離子含量

由表1可以看出，不同基因型煙草各部位氯離子含量表現(xiàn)為腳葉＞下部葉＞中部葉＞上部葉＞莖＞根。其中，K326不同部位葉片氯離子含量較高，中、上部葉氯離子含量分別為197.28 mg/kg和133.89 mg/kg，顯著高于多數(shù)基因型煙草；渝金香1號中、上部葉氯離子含量較低，分別為150.09 mg/kg 和95.00 mg/kg，腳葉氯離子含量較高，為278.51 mg/kg。

表1 不同基因型煙草各部位氯離子含量Tab.1 Chlorion content in different parts of tobacco with different genotypes mg/kg

2.2 不同基因型煙草各部位氯離子積累量

由表2 可以看出，不同基因型煙草各部位氯離子積累量表現(xiàn)為中部葉＞莖＞下部葉＞上部葉＞腳葉＞根。其中，K326中、上部葉氯離子積累量較高，分別為6.92 mg和4.19 mg，高于其他基因型煙草；秦煙96上部葉氯離子積累量較低，為3.22 mg，下部葉氯離子積累量較高，為5.10 mg；豫煙13 中部葉氯離子積累量較低，為6.22 mg，莖部和腳葉氯離子積累量較高，分別為6.91 mg和1.30 mg。

表2 不同基因型煙草各部位生物量和氯離子積累量Tab.2 Biomass and chlorion accumulation in different ports tobacco with different genotypes

2.3 不同基因型煙草各部位氯離子轉運系數(shù)和分配率

由表3 可以看出，不同基因型煙草各部位氯離子轉運系數(shù)表現(xiàn)為腳葉＞下部葉＞中部葉＞上部葉＞莖；不同基因型煙草各部位分配率表現(xiàn)為中部葉＞莖＞下部葉＞上部葉＞腳葉＞根。其中，K326 各部位葉片氯離子轉運系數(shù)較高，腳葉和下、中、上部葉氯離子轉運系數(shù)分別為13.92、10.81、9.91 和7.18，中、上部葉氯離子分配率分別為32.56%和19.77%，高于其他基因型煙草；渝金香1號莖部和中、上部葉氯離子轉運系數(shù)較低，分別為3.26、7.15、4.25，莖部氯離子分配率僅為20.48%；豫煙13中部葉氯離子分配率較低，為27.76%；秦煙96 上部葉氯離子分配率較低，為15.38%。

表3 不同基因型煙草各部位氯離子轉運系數(shù)與分配率Tab.3 Chlorion transport coefficient and distribution rate in different parts of tobacco with different genotypes

2.4 不同基因型煙草中部葉氯離子吸收、轉運、積累與分配

由圖1A、圖1B 可以看出，不同基因型煙草中部葉氯離子含量和轉運系數(shù)隨著土壤氯離子含量的增大而升高。其中，在50 mg/kg和100 mg/kg氯處理下，總體上K326 葉片氯離子含量和轉運系數(shù)均為最高，分別為194.43 mg/kg、213.40 mg/kg 和9.61、12.09；渝 金 香1 號 最 低，分 別 為148.67 mg/kg、163.60 mg/kg 和6.70、7.01，豫煙13 和秦煙96 次之；在50 mg/kg 和100 mg/kg 氯處理下，遼煙17 葉片氯離子含量與CK（0 mg/kg，下同）相比分別增長59.62%和95.67%，氯離子轉運系數(shù)與CK 相比分別增長39.88%和89.43%，均顯著高于其他基因型煙草；豫煙13 在50 mg/kg 氯處理下葉片氯離子含量與CK 相比差異不顯著，在100 mg/kg 處理下僅增長7.08%；渝金香1 號在50 mg/kg 和100 mg/kg 氯處理下氯離子轉運系數(shù)僅增長7.88%和12.90%。

由圖1C、圖1D 可以看出，不同基因型煙草中部葉氯離子積累量和分配率隨著土壤氯離子含量的增大而升高。其中在50 mg/kg 氯處理下，K326葉片氯離子積累量較高，為7.33 mg；在100 mg/kg 氯處理下，遼煙17 葉片氯離子積累量較高，為7.58 mg，K326次之；在50 mg/kg 和100 mg/kg 氯處理下，云煙87 葉片氯離子積累量均較低，分別為6.05 mg 和6.31 mg，秦煙96 次之。在50 mg/kg 和100 mg/kg 氯處理下，遼煙17 葉片氯離子積累量與CK 相比增長37.04%和52.49%；云煙116 葉片氯離子分配率與CK 相比分別增長3.23%和4.91%；秦煙96氯離子積累量和分配率僅增長1.73%、2.04% 和0.05%、0.07%。

圖1 氯對不同基因型煙草中部葉氯離子含量（A）、轉運系數(shù)（B）、積累量（C）和分配率（D）的影響Fig.1 Effect of chlorine on chlorion content（A），transport coefficient（B），accumulation（C）and distribution rate（D）in middle leaf of different tobacco genotypes

2.5 不同基因型煙草對氯離子吸收、積累與分配特性的聚類分析

以不同基因型煙草在50 mg/kg 和100 mg/kg 氯處理下各部位葉片氯離子含量、積累量、轉運系數(shù)、分配率進行聚類分析。由圖2 可以看出，不同基因型煙草主要分為2 類：第一類主要有秦煙96、渝金香1號、豫煙13 和中煙100，該類品種煙草葉片的氯離子吸收較少，轉運系數(shù)低，氯離子積累量和分配率較小，屬于氯低吸收基因型；第二類是K326、遼煙17、云煙116、豫煙10 和云煙87，該類品種葉片的氯離子吸收較多，轉運系數(shù)較高，氯離子積累量和分配率較大，屬于氯高吸收基因型。

圖2 不同基因型煙草對氯離子吸收、積累與分配特性的聚類分析Fig.2 Cluster analysis of chlorion uptake，accumulation and distribution characteristics of tobacco with different genotypes

3 結論與討論

土壤是煙草吸收氯離子的主要來源，其中根系最先受到影響，進而影響煙草的地上部分。適量施氯可以改善烤煙氯素營養(yǎng)，提高煙葉品質(zhì)，過量施氯則導致煙葉中氯離子含量偏高，影響煙葉品質(zhì)[23]。有研究表明，煙株氯離子含量和積累量與施氯量呈極顯著的正相關。施氯量在0～40 kg/hm2增加時，上部葉中的氯離子含量明顯增加，施氯量進一步增加到96 kg/hm2時，中、下部葉中氯離子含量增加顯著，莖和根的氯離子含量隨施氯量增加表現(xiàn)出下降趨勢[24]。本研究結果顯示，在土壤氯離子含量增高時，煙株中氯離子含量和積累量表現(xiàn)為葉片＞莖＞根，不同部位葉片中氯離子含量與轉運系數(shù)表現(xiàn)為腳葉＞下部葉＞中部葉＞上部葉，這與前人的研究結果一致[25-27]。不同部位葉片中氯離子積累量與分配率表現(xiàn)為中部葉＞下部葉＞上部葉＞腳葉。在50 mg/kg 和100 mg/kg氯處理下，煙株各部位氯離子含量和積累量均顯著上升，不同基因型煙草中部葉氯離子含量、轉運系數(shù)、積累量及分配率與CK 相比分別增加2.77%～95.67%、4.65%～94.49%、0.10%～4.91%和2.18～44.65%。田飛[28]研究表明，施氯量在30～45 kg/hm2時，煙草中部葉氯離子含量與未施氯處理增加7%～91%。這表明隨著氯用量的增加，煙株氯離子吸收量也相應增加。

受品種、氣候、地域等因素的影響，不同產(chǎn)地的煙葉氯離子含量有較大差異[29]。前人研究表明，K326、云煙87、云煙116 煙葉氯離子含量均較高，K326 葉片氯離子含量實測均值比預測均值高出7%，顯著高于其他煙草品種[30-34]。李亮等[35]研究表明，在氯處理下煙草各生育時期葉片氯離子含量和積累量均呈現(xiàn)豫煙10＞中煙100＞豫煙13 的規(guī)律。孫計平等[36]研究表明，秦煙96 煙葉氯離子含量顯著低于中煙100 和云煙87。本研究結果顯示，不同基因型煙草葉片氯離子含量表現(xiàn)為K326＞云煙87＞云煙116＞遼煙17＞豫煙10＞中煙100＞豫煙13＞秦煙96＞渝金香1 號。其中，K326 葉片氯離子含量和積累量最大，秦煙96、渝金香1 號葉片氯離子含量和積累量較小。不同基因型煙草氯離子轉運系數(shù)和分配率表現(xiàn)為葉＞莖＞根。這是由于氯被煙株根部吸收后會由下而上運輸?shù)饺~綠體、氣孔等生理活躍的部位，葉脈是煙株體內(nèi)氯中轉貯存的中心，因此，煙株葉片中氯離子含量高于根和莖[37]。本研究中，不同基因型煙草根部氯離子分配率均低于2.50%，地上部分不同部位氯離子轉運、分配差異較大，其中K326 地上部各部位氯離子轉運系數(shù)均較高，中上部葉氯離子分配率達52.33%；豫煙13、秦煙96 煙株氯離子主要分布在莖部和腳葉、下部葉，中上部葉氯離子分配率較低，分別為43.82%和45.42%。孫計平等[38]研究表明，在90.25 mg/L 高氯灌溉水處理下，豫煙13 葉片氯積累分配比例在57.57%～64.34%，顯著低于其他煙草品種，這說明該品種對氯的吸收較少，煙葉氯離子含量較低。本研究通過聚類分析表明，在9個參試材料中，隨著土壤施氯量的增加，秦煙96、渝金香1 號各部位葉片氯離子含量較低，煙株各部位氯離子分配較為協(xié)調(diào)；K326 各部位葉片氯離子含量、積累量、轉運系數(shù)、分配率均較高，該品種在生產(chǎn)上應適量控制含氯肥料的施用。

綜上所述，隨著土壤施氯量的增加，煙草各部位氯離子含量顯著上升。不同基因型煙草對氯離子的吸收、轉運特性不同，其中K326、遼煙17、云煙116 對氯離子吸收性較強，煙株各部位氯離子含量和積累量均較高，隨著土壤施氯量的增加，葉片氯離子轉運系數(shù)和分配率與CK 相比增長較大；秦煙96、渝金香1 號、豫煙13 氯離子主要分布在根部、腳部和下部葉，中、上部葉氯吸收量較低。聚類分析表明，秦煙96、渝金香1 號各部位葉片氯離子吸收較少，氯離子轉運系數(shù)低，氯離子積累量和分配率較小，屬于氯低吸收基因型，可在土壤氯離子含量較高的煙區(qū)種植。K326 各部位葉片氯離子吸收較多，氯離子轉運系數(shù)較高，氯離子積累量和分配率較大，屬于氯高吸收基因型，在生產(chǎn)上應控制含氯肥料的施用，以降低土壤氯離子含量，減少煙株對氯離子的吸收。