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摘要[目的]研究不同氮素营养水平下烟叶衰老特性及质体色素代谢的差异。[方法]选取豫烟10号(YY10)、中烟100(ZY100)、NC89 3个品种,设置60、45、30 kg/hm2 3个氮素营养水平,对叶片衰老过程中相关指标进行测定分析。[结果]在同一施氮处理下,衰老速度快的品种,叶绿素和可溶性蛋白积累量较小且降解量较大,同时SOD、POD、CAT活性低,LOX活性高,MDA积累量大,质体色素降解量大,香气物质含量高;随着施氮量增加,烟叶叶绿素、可溶性蛋白和GS活性升高且出现峰值推迟的现象。[结论]该研究可为提高烟叶产质量提供科学依据。
关键词 烟叶;衰老期;氮素;质体色素;代谢
中图分类号 S572 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2017)27-0025-06
Abstract [Objective]To study the differences of leaf senescence characteristics and plastid pigment metabolism under different nitrogen nutrition levels.[Method] YY 10,ZY 100 and NC 89 3 species were selected and 60,45,30 kg/ hm2 3 nitrogen nutrition levels were set up,and the related indexes of leaf senescence were measured and analyzed.[Result]The results showed that the varieties of chlorophyll and soluble protein,which were rapidly aging with the same nitrogen treatment,the accumulation quantity was small,the degradation quantity was larger.At the same time,SOD,POD,CAT have low activity,LOX activity and MDA accumulation were large,the quality of plastid pigment was large and the aroma content was high.As the amount of nitrogen increases,Chlorophyll,soluble protein and GS activity increased and peak delay,it showed that as the amount of nitrogen increases,the leaf tobacco age slows down.[Conclusion]The study can provide a scientific basis for improving the quality and yield of tobacco.
Key words Tobacco;Ageing;Nitrogen nutrition;Plastid pigment;Metabolic
煙叶衰老期是烟叶品质形成的关键时期[1-2],烟草质体色素是烟叶中性致香物质的重要前提物[3]。衰老程度越高的烟叶,其类胡萝卜素的降解量越大,质体色素降解产物的含量越高[4-5],其中性致香物质含量也越高[6-8]。氮素是影响烟叶产质量的关键因素之一[9-10],合理的氮素供应是最终收获优质烟叶的前提。研究表明,烟叶衰老期氮素尽快转化和降解,才有利于烟叶的成熟落黄[11]。烤烟对氮素营养敏感,增施氮肥可以增加产量,但在高施氮量条件下,烟叶氮代谢延长,烟株生长过旺,质体色素代谢受很大影响,烟叶成熟期推迟,造成烟叶品质低劣[12-14]。目前,关于烤烟衰老的研究大多集中于不同基因型烤烟氮素代谢差异[15-16],对于不同氮素利用效率品种在不同氮素营养水平下的烟叶衰老特性、质体色素降解量及降解产物含量的差异综合分析研究较少。笔者以施氮量、品种为处理,对烤烟衰老期相关指标进行测定,并对烟叶质体色素降解量和中性致香物质含量进行分析,旨在为揭示品种间烟叶品质的差异及确定豫西烟区较适品种和施氮量提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2015年在河南省洛阳市汝阳县进行。供试土壤质地为壤土,肥力中等,土壤pH 7.9,有机质含量10.0 g/kg,速效氮含量52.6 mg/kg,速效磷含量12.3 mg/kg,速效钾含量150.7 mg/kg。
1.2 试验材料 供试烤烟品种为豫烟10号(YY10)、中烟100(ZY100)和NC89。
1.3 试验设计 试验采用裂区设计,氮素为主处理,烤烟品种为副处理。氮素用量设高氮 N60(60 kg/hm2)、中氮N45(45 kg/hm2)和低氮N30(30 kg/hm2) 3个处理,行株柜为120 cm×50 cm。3月1日播种,5月12日移栽并施入基肥,6月12日追肥,基追肥比为7∶3。其他田间管理按照优质烟生产技术方案要求进行。
1.4 样品采集 选取整齐一致的单株,以中部叶第12片叶(自下向上数)为研究对象,分别于打顶前1 d、打顶后10、20、30 d、烘烤前1 d取样,各品种取样重复3次。一部分用于测定可溶性蛋白和丙二醛(MDA)的含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性;另一部分于105 ℃杀青0.5 h后,70 ℃烘干后避光保存,用于质体色素含量的测定。调制后的烟叶在45 ℃下烘干、碾碎过60目筛后用于质体色素含量和中性致香物质的测定。 1.5 测定项目与方法 质体色素、可溶性蛋白和MDA含量分别用分光光度法、考马斯亮蓝G250法和硫代巴比妥酸法测定[17]。
按照O’Neal 等[18]的方法测定粗酶提取液的GS活性。脂氧合酶(LOX)活性参照Sekiya等[19]和韦凤杰等[20]的方法进行提取和测定。SOD、POD和CAT酶液的提取:取0.500 g剪碎的新鲜样品,置于冷研钵中,加入5 mL含l%聚乙烯吡咯烷酮的50 mmol/L,pH 7.8的冷磷酸缓冲液及少量石英砂,在冰浴中研磨成匀浆,再用5 mL磷酸缓冲液冲洗研钵,与之前液体合并于2 ℃ 20 kg冷冻离心20 min,上清液即为酶提取液。酶活性的测定参照植物生理学实验指导书中的方法[21]。中性致香物质测定参照史宏志等[22]的方法,用采用HP5890-5972气质连用仪测定。
1.6 数据处理
采用Microsoft Excel 2007软件进行数据处理与作图,运用SPSS 19.0进行统计学分析。
2 结果与分析
2.1 不同施氮量对烟叶质体色素含量的影响
由表1可知,叶绿素含量积累峰值在高氮水平下推迟至打顶后10 d,中氮和低氮条件下均在打顶前1 d达到峰值,烟叶进入衰老期;打顶后30 d开始大幅下降。随着施氮量的增大,叶绿素含量提高,整个生育期在同一氮肥条件下不同品种叶绿素含量均以NC89最高,YY10和这ZY100相差不大。
由表2可知,类胡萝卜素的含量变化动态与叶绿素基本一致,但含量和降幅均小于叶绿素。YY10前期积累峰值较高,但烘烤前1 d和烘烤后含量均以NC89最大,不同氮素水平下表现一致。类胡萝卜素含量变化并不随施氮量的增加而增大,ZY100和NC89均在中氮条件下最高,YY10在高氮条件下比中氮条件下略有下降。
2.2 不同施氮量对烟叶质体色素降解量的影响
由表3可知,叶绿素和类胡萝卜素的降解以衰老期为主。叶绿素的总降解量随施氮量的增加而增大,
中氮与高氮条件下,衰老期间降解量差异不大,高氮条件下调制期间降解量最大,中氮和低氮差异不大。在不同氮素处理下,YY10、ZY100的胡萝卜素总降解量均在中氮条件下最高,高氮条件下有明显下降。品种间的总降解量和衰老期间降解量均以YY10最高。
2.3 不同施氮量对烟叶GS活性和可溶性蛋白含量的影响
由表4可知,GS活性随烟叶的衰老在打顶前1 d或打顶后10 d开始逐渐下降,中氮和低氮处理在打顶后30 d至烘烤前1 d略有上升。不同施氮量处理下均以NC89最高,YY10最低。随着施氮量的增大,GS活性增大,在高氮处理下打顶后20 d仍保持较高酶活性,打顶后30 d至烘烤前1 d持续下降,不同于中氮和低氮处理下的小幅上升。
由表5可知,可溶性蛋白含量变化与GS活性一致。随着施氮量的增大,可溶性蛋白含量升高。品种间在各施氮量处理下可溶性蛋白的含量NC89高于YY10,ZY100居中,降解量以YY10号最大,NC89最小。
2.4 不同施氮量对烟叶SOD、POD和CAT活性的影响
由表6~8可知,活性氧清除系统的关键酶SOD、POD和CAT活性在烟叶衰老期间均呈先升后降的趋势。其中,SOD和POD均在打顶后20 d达到最大,CAT在低氮和中氮处理下,在打顶后10 d达到峰值,在高氮处理下高峰期推迟到打顶后20 d。随着施氮量的增大3种酶活性均有不同程度的增加,高氮条件下从打顶后10 d至打顶后30 d酶活性高于中氮和低氮处理,且持續较高的活性。打顶前1 d,品种间在低氮条件下差异不明显,高氮条件下YY10略高于ZY100和NC89,在打顶后20 d至烘烤前1 d YY10号均低于NC89,ZY100居中。
2.5 不同施氮量对烟叶LOX活性和MDA含量的影响
由表9可知,各处理的LOX活性基本在打顶后20 d达到最大。不同施氮量处理下,在打顶前1 d至打顶后20 d均以低氮处理活性最高,打顶后30 d低氮处理最低。品种间在打顶前1 d ZY100最低,打顶后10 d至打顶后30 d YY10均显著高于其他品种。
由表10可知,MDA含量不断上升。低氮处理下,MDA含量在打顶前1 d品种间差异不显著,中氮和高氮下YY10显著高于NC89 ,ZY100居中;打顶10 d至烘烤前1 d均以YY10最高。施氮量增大时,MDA含量下降,在烘烤前1 d低氮处理含量是高氮处理的近2倍,低氮处理的MDA积累速率高于高氮条件下。
2.6 不同施氮量对烟叶质体色素降解产物含量的影响
利用 GS/MS 方法从烤后烟叶中分离鉴定出15种类胡萝卜素降解产物(表11),质体色素降解产物占中性香气成分的含量在90%左右,新植二烯含量占85%左右。叶绿素降解产物新植二烯则均以中氮处理下含量最高,且转化效率(新植二烯含量/叶绿素降解总量)较高。低氮处理下NC89新植二烯含量最高,中氮和高氮均以YY10含量最高。类胡萝卜素降解产物以β-二氢大马酮、β-大马酮、巨豆三烯酮和法尼基丙酮含量较高,香叶基丙酮、二氢猕猴桃内酯、螺岩兰草酮和3-羟基-β-二氢大马酮含量较低,其他物质含量极少。不同品种和施氮量处理下,NC89以低氮最高,高氮条件下最低;YY10和NC89在中氮下最高,但高氮与中氮相比YY10有小幅下降,而ZY100和NC89则大幅下降。类胡萝卜素转化为香气物质的效率(类胡萝卜素降解产物总量/类胡萝卜素降解总量)大都在9%~10%,高氮与中氮处理相比,YY10和ZY100有所升高,而NC89则下降。
3 讨论
质体色素在中部叶的积累高峰在打顶前,打顶后进入降解阶段,烟叶进入衰老期[23]。该研究表明,打顶后烟叶质体色素除高氮处理积累峰值推迟10 d外,中氮和低氮处理均逐渐下降,打顶至采收前随着烟叶的衰老,质体色素降解量逐渐增大,这与前人的研究结果一致[24]。 烟叶衰老时叶绿素和可溶性蛋白含量反映了烟叶营养状况,其降解是叶片衰老的标志[25]。谷氨酰胺合成酶是氮素合成的关健酶,也是调控植物衰老的关健酶[25]。该研究表明,施氮量增加时,叶绿素、可溶性蛋白含量和GS活性升高且均出现峰值推迟的现象,说明随着施氮量增大,GS活性升高,烟叶的氮素合成能力强,使叶绿素和可溶性蛋白含量升高,烟叶衰老减慢,这与已有的研究结果一致[15]。高氮条件下叶绿素总降解量和调制期间降解量均高于中氮和低氮处理,但叶绿素的转化效率较低,特别是高氮条件下烟叶叶绿素含量较高虽然有利于其降解,但不利于叶绿素向新植二烯转化,这也可能是很多相关研究中高氮条件下新植二烯含量较低的原因。
不同品种在不同氮素处理下对氮素的响应差异很大。在低氮条件下YY10号叶绿素含量和降解量较低,衰老速度过快,不利于物质的积累,在中氮和高氮条件下具有较快的衰老速度;而NC89则在中低氮条件下衰老速度较快,高氮条件下衰老速度大幅下降,造成了烟叶贪青晚熟和烘烤后青烟比例过高。叶片衰老GS活性、叶绿素和可溶性蛋白含量升高时ZY100和NC89类胡萝卜素含量未持续的升高,说明类胡萝卜素含量存在品种与氮素的互作效应。但类胡萝卜素的降解与叶绿素和可溶性蛋白降解规律一致。品种间的降解规律差异很大,即使在高氮条件下的YY10类胡萝卜素降解量也显著高于各种施氮处理下ZY100和NC89的降解量,这与高氮条件下YY10类胡萝卜素积累量增大且衰老速度相对较快有关。
该研究表明,高氮SOD、POD和CAT活性的峰值显著增加,且在衰老期均大于中氮处理,低氮处理最低。LOX活性则与SOD、POD和CAT活性规律变化相反,因此低氮处理与高氮处理相比,自由基的清除能力弱,导致膜的损伤和破坏增加,脂氧合酶活性高,膜脂过氧化产物MDA的积累量大,叶绿素降解,衰老加快。ZY100在衰老期间叶绿素降解量较大,但可溶性蛋白降解量小,可能与其活性氧清除能力强有关,其膜脂过氧化程度显著低于YY10,衰老程度减慢,这与水稻叶片衰老和色素蛋白复合体降解的研究结果一致[26]。该研究表明,类胡萝卜素降解量增大时香气物质含量大幅增加,但氮素过多会引起烟叶衰老减慢,质体色素降解受阻,特别是类胡萝卜素的最大积累量和降解量均减少。因此,提高烟叶衰老程度对质体色素降解和降解产物的积累至关重要。
通过增施氮量提高烟叶的产量是生产中的常用做法,但要想提高烟叶质体色素降解产物的含量,应根据品种对氮素的响应和自身的衰老特性来决定,盲目地增施氮肥不但使烟叶衰老减慢,出现贪青晚熟,还会大幅影响质体色素的降解和转化,烤后烟叶品质下降。
4 结论
烟叶的衰老速度和衰老程度与质体色素的降解及其香气产物的形成密切相关。质体色素在成熟期间的降解量远大于调制期间,施氮量增大时叶绿素含量提高,但类胡萝卜素含量品种间表现不一致,在中氮或高氮条件下达到最大。适当增施氮肥可以增加质体色素转化效率和香气物质含量。衰老速度快的品种叶绿素和可溶性蛋白在同一施氮处理下
积累量较小且降解量较大,同时SOD、POD、CAT活性低,
LOX活性高和MDA积累量大,质体色素降解量大,香气物质含量高。因此,烟叶衰老期是质体色素降解和香气物质形成的关键时期,根据烟叶的衰老特性选择合适的施氮量有助于同时提高烟叶的产量和香气品质。
参考文献
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关键词 烟叶;衰老期;氮素;质体色素;代谢
中图分类号 S572 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2017)27-0025-06
Abstract [Objective]To study the differences of leaf senescence characteristics and plastid pigment metabolism under different nitrogen nutrition levels.[Method] YY 10,ZY 100 and NC 89 3 species were selected and 60,45,30 kg/ hm2 3 nitrogen nutrition levels were set up,and the related indexes of leaf senescence were measured and analyzed.[Result]The results showed that the varieties of chlorophyll and soluble protein,which were rapidly aging with the same nitrogen treatment,the accumulation quantity was small,the degradation quantity was larger.At the same time,SOD,POD,CAT have low activity,LOX activity and MDA accumulation were large,the quality of plastid pigment was large and the aroma content was high.As the amount of nitrogen increases,Chlorophyll,soluble protein and GS activity increased and peak delay,it showed that as the amount of nitrogen increases,the leaf tobacco age slows down.[Conclusion]The study can provide a scientific basis for improving the quality and yield of tobacco.
Key words Tobacco;Ageing;Nitrogen nutrition;Plastid pigment;Metabolic
煙叶衰老期是烟叶品质形成的关键时期[1-2],烟草质体色素是烟叶中性致香物质的重要前提物[3]。衰老程度越高的烟叶,其类胡萝卜素的降解量越大,质体色素降解产物的含量越高[4-5],其中性致香物质含量也越高[6-8]。氮素是影响烟叶产质量的关键因素之一[9-10],合理的氮素供应是最终收获优质烟叶的前提。研究表明,烟叶衰老期氮素尽快转化和降解,才有利于烟叶的成熟落黄[11]。烤烟对氮素营养敏感,增施氮肥可以增加产量,但在高施氮量条件下,烟叶氮代谢延长,烟株生长过旺,质体色素代谢受很大影响,烟叶成熟期推迟,造成烟叶品质低劣[12-14]。目前,关于烤烟衰老的研究大多集中于不同基因型烤烟氮素代谢差异[15-16],对于不同氮素利用效率品种在不同氮素营养水平下的烟叶衰老特性、质体色素降解量及降解产物含量的差异综合分析研究较少。笔者以施氮量、品种为处理,对烤烟衰老期相关指标进行测定,并对烟叶质体色素降解量和中性致香物质含量进行分析,旨在为揭示品种间烟叶品质的差异及确定豫西烟区较适品种和施氮量提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2015年在河南省洛阳市汝阳县进行。供试土壤质地为壤土,肥力中等,土壤pH 7.9,有机质含量10.0 g/kg,速效氮含量52.6 mg/kg,速效磷含量12.3 mg/kg,速效钾含量150.7 mg/kg。
1.2 试验材料 供试烤烟品种为豫烟10号(YY10)、中烟100(ZY100)和NC89。
1.3 试验设计 试验采用裂区设计,氮素为主处理,烤烟品种为副处理。氮素用量设高氮 N60(60 kg/hm2)、中氮N45(45 kg/hm2)和低氮N30(30 kg/hm2) 3个处理,行株柜为120 cm×50 cm。3月1日播种,5月12日移栽并施入基肥,6月12日追肥,基追肥比为7∶3。其他田间管理按照优质烟生产技术方案要求进行。
1.4 样品采集 选取整齐一致的单株,以中部叶第12片叶(自下向上数)为研究对象,分别于打顶前1 d、打顶后10、20、30 d、烘烤前1 d取样,各品种取样重复3次。一部分用于测定可溶性蛋白和丙二醛(MDA)的含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性;另一部分于105 ℃杀青0.5 h后,70 ℃烘干后避光保存,用于质体色素含量的测定。调制后的烟叶在45 ℃下烘干、碾碎过60目筛后用于质体色素含量和中性致香物质的测定。 1.5 测定项目与方法 质体色素、可溶性蛋白和MDA含量分别用分光光度法、考马斯亮蓝G250法和硫代巴比妥酸法测定[17]。
按照O’Neal 等[18]的方法测定粗酶提取液的GS活性。脂氧合酶(LOX)活性参照Sekiya等[19]和韦凤杰等[20]的方法进行提取和测定。SOD、POD和CAT酶液的提取:取0.500 g剪碎的新鲜样品,置于冷研钵中,加入5 mL含l%聚乙烯吡咯烷酮的50 mmol/L,pH 7.8的冷磷酸缓冲液及少量石英砂,在冰浴中研磨成匀浆,再用5 mL磷酸缓冲液冲洗研钵,与之前液体合并于2 ℃ 20 kg冷冻离心20 min,上清液即为酶提取液。酶活性的测定参照植物生理学实验指导书中的方法[21]。中性致香物质测定参照史宏志等[22]的方法,用采用HP5890-5972气质连用仪测定。
1.6 数据处理
采用Microsoft Excel 2007软件进行数据处理与作图,运用SPSS 19.0进行统计学分析。
2 结果与分析
2.1 不同施氮量对烟叶质体色素含量的影响
由表1可知,叶绿素含量积累峰值在高氮水平下推迟至打顶后10 d,中氮和低氮条件下均在打顶前1 d达到峰值,烟叶进入衰老期;打顶后30 d开始大幅下降。随着施氮量的增大,叶绿素含量提高,整个生育期在同一氮肥条件下不同品种叶绿素含量均以NC89最高,YY10和这ZY100相差不大。
由表2可知,类胡萝卜素的含量变化动态与叶绿素基本一致,但含量和降幅均小于叶绿素。YY10前期积累峰值较高,但烘烤前1 d和烘烤后含量均以NC89最大,不同氮素水平下表现一致。类胡萝卜素含量变化并不随施氮量的增加而增大,ZY100和NC89均在中氮条件下最高,YY10在高氮条件下比中氮条件下略有下降。
2.2 不同施氮量对烟叶质体色素降解量的影响
由表3可知,叶绿素和类胡萝卜素的降解以衰老期为主。叶绿素的总降解量随施氮量的增加而增大,
中氮与高氮条件下,衰老期间降解量差异不大,高氮条件下调制期间降解量最大,中氮和低氮差异不大。在不同氮素处理下,YY10、ZY100的胡萝卜素总降解量均在中氮条件下最高,高氮条件下有明显下降。品种间的总降解量和衰老期间降解量均以YY10最高。
2.3 不同施氮量对烟叶GS活性和可溶性蛋白含量的影响
由表4可知,GS活性随烟叶的衰老在打顶前1 d或打顶后10 d开始逐渐下降,中氮和低氮处理在打顶后30 d至烘烤前1 d略有上升。不同施氮量处理下均以NC89最高,YY10最低。随着施氮量的增大,GS活性增大,在高氮处理下打顶后20 d仍保持较高酶活性,打顶后30 d至烘烤前1 d持续下降,不同于中氮和低氮处理下的小幅上升。
由表5可知,可溶性蛋白含量变化与GS活性一致。随着施氮量的增大,可溶性蛋白含量升高。品种间在各施氮量处理下可溶性蛋白的含量NC89高于YY10,ZY100居中,降解量以YY10号最大,NC89最小。
2.4 不同施氮量对烟叶SOD、POD和CAT活性的影响
由表6~8可知,活性氧清除系统的关键酶SOD、POD和CAT活性在烟叶衰老期间均呈先升后降的趋势。其中,SOD和POD均在打顶后20 d达到最大,CAT在低氮和中氮处理下,在打顶后10 d达到峰值,在高氮处理下高峰期推迟到打顶后20 d。随着施氮量的增大3种酶活性均有不同程度的增加,高氮条件下从打顶后10 d至打顶后30 d酶活性高于中氮和低氮处理,且持續较高的活性。打顶前1 d,品种间在低氮条件下差异不明显,高氮条件下YY10略高于ZY100和NC89,在打顶后20 d至烘烤前1 d YY10号均低于NC89,ZY100居中。
2.5 不同施氮量对烟叶LOX活性和MDA含量的影响
由表9可知,各处理的LOX活性基本在打顶后20 d达到最大。不同施氮量处理下,在打顶前1 d至打顶后20 d均以低氮处理活性最高,打顶后30 d低氮处理最低。品种间在打顶前1 d ZY100最低,打顶后10 d至打顶后30 d YY10均显著高于其他品种。
由表10可知,MDA含量不断上升。低氮处理下,MDA含量在打顶前1 d品种间差异不显著,中氮和高氮下YY10显著高于NC89 ,ZY100居中;打顶10 d至烘烤前1 d均以YY10最高。施氮量增大时,MDA含量下降,在烘烤前1 d低氮处理含量是高氮处理的近2倍,低氮处理的MDA积累速率高于高氮条件下。
2.6 不同施氮量对烟叶质体色素降解产物含量的影响
利用 GS/MS 方法从烤后烟叶中分离鉴定出15种类胡萝卜素降解产物(表11),质体色素降解产物占中性香气成分的含量在90%左右,新植二烯含量占85%左右。叶绿素降解产物新植二烯则均以中氮处理下含量最高,且转化效率(新植二烯含量/叶绿素降解总量)较高。低氮处理下NC89新植二烯含量最高,中氮和高氮均以YY10含量最高。类胡萝卜素降解产物以β-二氢大马酮、β-大马酮、巨豆三烯酮和法尼基丙酮含量较高,香叶基丙酮、二氢猕猴桃内酯、螺岩兰草酮和3-羟基-β-二氢大马酮含量较低,其他物质含量极少。不同品种和施氮量处理下,NC89以低氮最高,高氮条件下最低;YY10和NC89在中氮下最高,但高氮与中氮相比YY10有小幅下降,而ZY100和NC89则大幅下降。类胡萝卜素转化为香气物质的效率(类胡萝卜素降解产物总量/类胡萝卜素降解总量)大都在9%~10%,高氮与中氮处理相比,YY10和ZY100有所升高,而NC89则下降。
3 讨论
质体色素在中部叶的积累高峰在打顶前,打顶后进入降解阶段,烟叶进入衰老期[23]。该研究表明,打顶后烟叶质体色素除高氮处理积累峰值推迟10 d外,中氮和低氮处理均逐渐下降,打顶至采收前随着烟叶的衰老,质体色素降解量逐渐增大,这与前人的研究结果一致[24]。 烟叶衰老时叶绿素和可溶性蛋白含量反映了烟叶营养状况,其降解是叶片衰老的标志[25]。谷氨酰胺合成酶是氮素合成的关健酶,也是调控植物衰老的关健酶[25]。该研究表明,施氮量增加时,叶绿素、可溶性蛋白含量和GS活性升高且均出现峰值推迟的现象,说明随着施氮量增大,GS活性升高,烟叶的氮素合成能力强,使叶绿素和可溶性蛋白含量升高,烟叶衰老减慢,这与已有的研究结果一致[15]。高氮条件下叶绿素总降解量和调制期间降解量均高于中氮和低氮处理,但叶绿素的转化效率较低,特别是高氮条件下烟叶叶绿素含量较高虽然有利于其降解,但不利于叶绿素向新植二烯转化,这也可能是很多相关研究中高氮条件下新植二烯含量较低的原因。
不同品种在不同氮素处理下对氮素的响应差异很大。在低氮条件下YY10号叶绿素含量和降解量较低,衰老速度过快,不利于物质的积累,在中氮和高氮条件下具有较快的衰老速度;而NC89则在中低氮条件下衰老速度较快,高氮条件下衰老速度大幅下降,造成了烟叶贪青晚熟和烘烤后青烟比例过高。叶片衰老GS活性、叶绿素和可溶性蛋白含量升高时ZY100和NC89类胡萝卜素含量未持续的升高,说明类胡萝卜素含量存在品种与氮素的互作效应。但类胡萝卜素的降解与叶绿素和可溶性蛋白降解规律一致。品种间的降解规律差异很大,即使在高氮条件下的YY10类胡萝卜素降解量也显著高于各种施氮处理下ZY100和NC89的降解量,这与高氮条件下YY10类胡萝卜素积累量增大且衰老速度相对较快有关。
该研究表明,高氮SOD、POD和CAT活性的峰值显著增加,且在衰老期均大于中氮处理,低氮处理最低。LOX活性则与SOD、POD和CAT活性规律变化相反,因此低氮处理与高氮处理相比,自由基的清除能力弱,导致膜的损伤和破坏增加,脂氧合酶活性高,膜脂过氧化产物MDA的积累量大,叶绿素降解,衰老加快。ZY100在衰老期间叶绿素降解量较大,但可溶性蛋白降解量小,可能与其活性氧清除能力强有关,其膜脂过氧化程度显著低于YY10,衰老程度减慢,这与水稻叶片衰老和色素蛋白复合体降解的研究结果一致[26]。该研究表明,类胡萝卜素降解量增大时香气物质含量大幅增加,但氮素过多会引起烟叶衰老减慢,质体色素降解受阻,特别是类胡萝卜素的最大积累量和降解量均减少。因此,提高烟叶衰老程度对质体色素降解和降解产物的积累至关重要。
通过增施氮量提高烟叶的产量是生产中的常用做法,但要想提高烟叶质体色素降解产物的含量,应根据品种对氮素的响应和自身的衰老特性来决定,盲目地增施氮肥不但使烟叶衰老减慢,出现贪青晚熟,还会大幅影响质体色素的降解和转化,烤后烟叶品质下降。
4 结论
烟叶的衰老速度和衰老程度与质体色素的降解及其香气产物的形成密切相关。质体色素在成熟期间的降解量远大于调制期间,施氮量增大时叶绿素含量提高,但类胡萝卜素含量品种间表现不一致,在中氮或高氮条件下达到最大。适当增施氮肥可以增加质体色素转化效率和香气物质含量。衰老速度快的品种叶绿素和可溶性蛋白在同一施氮处理下
积累量较小且降解量较大,同时SOD、POD、CAT活性低,
LOX活性高和MDA积累量大,质体色素降解量大,香气物质含量高。因此,烟叶衰老期是质体色素降解和香气物质形成的关键时期,根据烟叶的衰老特性选择合适的施氮量有助于同时提高烟叶的产量和香气品质。
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