叶峰 秦缘 裴晓东 姜浩 施美君 张一扬

摘要 探究氮钾浓度对烟苗生理生化特性的影响，为烟叶苗期氮钾营养平衡提供参考依据。采用水培法，利用基础Hoagland营养液，设置5个不同氮钾浓度处理，分析处理间烟苗的生理生化指标差异。结果表明，氮浓度对烟苗干物质、叶绿素的积累有显著影响，在相同钾浓度下，随着氮浓度的增加，烟苗干物质、叶绿素含量、根系活力显著增加。不同氮水平下，低钾处理间的根系MDA含量、叶片GS活性差异显著。K+对烟苗叶绿素的合成、根系活力、GS活性有一定的促进作用。高氮水平下，高浓度K+会使根系活力、叶片可溶性蛋白含量下降。

关键词 氮; 钾;烟苗

中图分类号 S572 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）03-0165-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.03.045

Abstract To explore the effect of nitrogen and potassium concentration on the physiological and biochemical characteristics of tobacco seedlings，and to provide a reference for the nutritional balance of nitrogen and potassium in tobacco seedlings.Using the hydroponic method，under the basic Hoagland nutrient solution，5 different nitrogen and potassium concentration treatments were set to analyze the differences in physiological and biochemical indicators of tobacco seedlings between treatments.Nitrogen concentration had a significant effect on the accumulation of dry matter and chlorophyll in tobacco seedlings.Under the same potassium concentration，with the increase of nitrogen concentration，the dry matter，chlorophyll content，and root activity of tobacco seedlings increased significantly.Under different nitrogen levels，root MDA content and leaf GS activity were significantly different between treatments with low potassium.K+ could promote the chlorophyll synthesis，root vitality，and GS activity of tobacco seedlings.Under a high nitrogen level，a high concentration of K+ would reduce root vitality and leaf soluble protein content.

Key words Nitrogen;Potassium;Tobacco seedlings

N、K作為植物主要的营养元素，在植物矿物质营养中存在广泛相互作用，氮素水平过高会使烟草体内蛋白质的代谢过程延长，拖长烟株的营养生长期[1]。当大量施N而供K不足时，植物会积累蛋白质合成的中间产物，蛋白质合成速率下降，可溶性氨基酸含量明显增加，并出现大量异常的含N化合物。研究[2-3]指出棉花幼苗容易受氮素胁迫，抑制地上部（幼苗叶片数和叶面积的增加等）以及地下部（根表面积、体积、细根0.05～0.20 mmol/L、中等长0.20～0.45 mmol/L的根）的生长，导致幼苗耗水量和干物质量减少。

K可促进蛋白质的合成，小麦籽粒中蛋白质含量和某些氨基酸含量均随着施K量的增加而增加[4]。K能促进水稻对N素的吸收和积累，但有人认为高浓度K+对NH4+吸收会产生拮抗作用[5]。在烤烟生产中，N/K比对叶片光合作用也有明显的影响，N、K配合不当会降低品质和经济效益[6]。施N能促进棉花和水稻对K+的吸收积累，供应K也会提高N的利用效率[7-8]。植物组织中普遍存在谷氨酰胺合成酶（GS），它是NH4+同化过程中的关键酶，对NH4+有较高的親和力，经过GS/谷氨酸合成酶（GOGAT）循环形成氨基酸。研究[9-11]表明在氮肥供应正常的条件下，GS过量表达对植株生长和光合作用影响并不显著，但在氮胁迫下，其过量表达能使转基因烟草的株高、根干重和叶表面积显著增加。两者对增加作物产量、改善作物品质具有重要作用。

笔者采用水培法，比较在不同氮钾供应水平下烟苗的生长情况，结合生理、形态指标，研究氮钾浓度对烟苗生理生化特性的影响，说明烟苗营养吸收的差异，为烟叶氮钾营养平衡、提高肥料的利用率及配合施用提供营养诊断和合理施肥依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 供试品种为K326。

1.2 试验设计 采用改良的Hoagland营养液培养，改良后营养液成分：MgSO4·7H2O 0.5 mmol/L、KH2PO4 0.25 mmol/L、CaCl2 1.25 mmol/Lol/L、Fe-EDTA 25 μmol/L、H3BO3 29 μmol/L、MnCl2·4H2O 11.43 μmol/L、CuSO4·5H2O 0.4 μmol/L、ZnSO4·7H2O 0.8 μmol/L、H2MoO4·H2O 0.7 μmol/L。

以NH4NO3为唯一氮源，K2SO4为主要钾源，设置5个不同氮钾浓度处理（表1），根据试验设计的培养条件加入相应浓度的NH4NO3和K2SO4，T1（NH4NO3 1.25 mmol/L）、T2（NH4NO3 3 mmol/L）、T3（NH4NO3 3 mmol/L、K2SO4 3 mmol/L），T4（NH4NO3 1.25 mmol/L、K2SO4 3 mmol/L），CK（NH4NO3 1.875 mmol/L、K2SO4 0.75 mmol/L），选取长势良好、均匀一致的7叶1心烟苗，移入黑色塑料容器中（容器深约11 cm），塑料容器上覆盖具孔盖板，每个容器12株，用海绵固定在盖板上。每隔3 d换一次营养液，并用Ca（OH）2调节pH于6.0～6.2。连续培养15 d，每个处理设3次重复。挑选具有代表性样品用于测定生物量、根系活力等（将暂时来不及测定的样品，放于-80 ℃冰箱中保存）。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 烟株生物量。用离子水冲洗植株，吸干水分，先分出根、茎和叶，再编号装入信封，置于70 ℃烘箱48 h，在千分之一天平称重、记录。

1.3.2 GS含量测定（试剂盒法）。

称取约0.1 g组织，加入1 mL 提取液进行冰浴匀浆。8 000 g、4 ℃离心10 min，取上清，置冰上待测。酶标仪预热30 min以上，调节波长至540 nm，蒸馏水调零。测定管中依次加入160 μL试剂一、70 μL 试剂三、70 μL样本提取液;对照管中依次加入160 μL试剂二、70 μL试剂三、70 μL样本提取液，混匀，准确水浴30 min。再加入100 μL试剂四，静置10 min后，5 000 g、常温离心10 min，取200 μL上清液至96孔酶标板中，测定540 nm处的吸光值A。ΔA=A测定管-A对照管。GS活力单位（1 g组织在反应体系中1 min使540 nm下吸光值变化0.005定义为一个酶活力单位）按样本鲜重计算：

式中，V反总为反应体系总体积，0.4 mL;V样为加入样本体积，0.07 mL;V样总为加入提取液体积，1 mL;T为反应时间，30 min;W为样品质量，g。

1.3.3 MDA含量（试剂盒法）。称取约0.1 g组织，加入1 mL提取液，进行冰浴匀浆;8 000 g、4 ℃离心10 min，取上清，置冰上待测。测定步骤：①依次吸取0.3 μL MDA检测工作液、100 μL各样本提取液、100 μL试剂三于1.5 mL离心管中混匀;②混合液在100 ℃水浴中保温30 min（盖紧，防止水分散失），置于冰浴中冷却，10 000 g、25 ℃离心10 min;③吸取200 μL上清液于96孔酶标板中，测定其在450、532和600 nm处的吸光度。植物组织中MDA含量，按照样品质量计算：

式中，W为样品质量（g）。

1.3.4 叶绿素含量。叶绿素易溶于有机溶剂，故采用丙酮乙醇混合浸提法[12]，将无水乙醇和丙酮按1∶1制成混合提取液，称取同一部位新鲜叶片0.25 g，剪碎后放入装有20 mL混合液的玻璃瓶中，确保叶片全部浸到混合提取液中，盖上瓶盖，置于28～30 ℃恒温箱过夜，在此期间摇晃数次，次日若观察到完全变白的叶片组织，即可取出玻璃瓶，用紫外分光光度计测定在波长470、663、645 nm下的光密度值。

1.3.5 可溶性蛋白质含量。采用考马斯亮蓝法[13]，在稀酸溶液下，游离状态呈红色的马斯亮蓝G250会与蛋白质的疏水区结合变为青色，在一定蛋白质浓度范围内（1～100 μg），蛋白质的含量与色素结合物在波长595 nm下的光吸收成正比。①制作标曲。②提取粗酶。称取鲜样0.5 g放入研钵中，加入少量去离子水和石英砂研磨成匀浆，转入10 mL离心管，重复用去离子水润洗研钵数次，将液体倒入离心管并定容至刻度线，将离心管置于离心机中以5 000 g离心10 min，得到蛋白质提取液。③测定。分别用移液枪吸取0.5 mL样品提取液，加入0.5 mL蒸馏水，放入2支试管（即2个平行管）再加入5.0 mL考马斯亮蓝溶液反应5 min后，以0.5 mL蒸馏水加5.0 mL考马斯亮蓝溶液作为参比，测定595 nm下的吸光度值。蛋白质含量计算公式：

式中，W为查得标准曲线值，μg;VT为提取液体积， mL;Vi为测定用提取液量，mL;W为制备提取液时所用样品干重，g。

1.3.6 根系活力测定。

根系活力测定用氯化三苯基四氮唑（TTC）法[13]，称取根样品0.5 g，放入扁形玻璃称量器皿（40 mm×25 mm）中，加入磷酸缓冲液（1/15 mol/L，pH 7.0）和0.4%TTC溶液各5 mL，保证根充分浸没在混合溶液内，在37 ℃下暗保温1～2 h，然后再加入1 mol/L硫酸2 mL，终止反应。（空白试验需要先加硫酸后加根样品，37 ℃下暗保温后不加硫酸，其他操作相同），最后将根取出，吸干水分后置于研钵，加入少量石英砂后少量分次加入乙酸乙酯充分研磨根，提取出TTF（三苯基甲），把红色提取液移入10 mL试管，用乙酸乙酯标定至刻度线，在紫外分光光度计485 nm下比色，以空白为参比，得到光密度，计算四氮唑还原量。

1.4 数据分析

采用Excel 2010、SPSS 22.0（statistics package for social science）统计软件进行数据处理和统计分析，GraphPadprism 7作图。

2 结果与分析

2.1 氮钾浓度对烟苗生物量的影响

由表2可知，在低水平氮下，随着钾浓度的增加，除根冠比，地上部干重、根系干重、总干重都有增大，高钾较低钾处理分别高16%、5.6%、15.56%，低钾、高钾处理间差异不显著，且均低于对照，低钾处理的根冠比高于高钾;高氮水平下，低钾处理的地上部干重、总干重与高钾、对照差异显著，分别高出高钾27.87%、25.64%，高出对照62.5%、58.8%，说明在高浓度氮下，一定浓度的钾能促进烟苗干物质的积累，低钾和高钾处理的根系干重差异不显著，与对照差异显著，较对照分别高29.2%、20.8%;钾浓度相同时，随着氮浓度的增加，地上部干重、根系干重、总干重增幅较大，在低浓度钾下，高氮处理显著高于低氮，较低氮高91.4%、72%、90.6%，在高浓度钾下，高氮也显著高于低氮处理，较低氮高29.1%、52.6%、31.3%，低水平钾下的烟苗干物质增幅显著高于高水平钾，不同钾水平下高氮处理的根冠比均大于低氮，随着氮水平的增加，烟苗干物质量增大，表明氮浓度对烟苗干物质的积累有显著影响。

2.2 氮钾浓度对烟苗叶绿体色素的影响

叶绿素是与光合作用（photosynthesis）有关的一类重要色素。光合作用是通過合成一些有机化合物将光能转变为化学能的过程。叶绿素具有吸收、传递和转化光能的作用[14]。由表3可知，在低水平氮下，低钾、高钾处理与对照间差异不显著，但均低于对照，随着钾浓度的提高，烟苗的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、叶绿素浓度都有增加。高钾较低钾处理分别高1.3%、4.4%、2%、2.3%，对照较低钾处理分别高14.1%、12.1%、13.6%、13.6%;高氮水平下，低钾、高钾处理叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、叶绿素浓度都高于对照，低钾处理的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、叶绿素浓度与高钾差异显著，只有叶绿素b与对照差异显著，低钾较高钾处理分别高25.8%、30.4%、26.6%、26%;在低钾水平下，随着氮浓度的增加，叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、叶绿素浓度都有增加，高氮处理显著高于低氮处理，较低氮处理分别高24.3%、31.9%、26.3%、26.6%。

2.3 氮钾浓度对烟苗可溶性蛋白的影响

可溶性蛋白是调节植物渗透的重要营养物质，可溶性蛋白的积累与增加有利于提高细胞的保水能力，保护细胞生物膜以及膜内生命物质。由图1可知，烟苗叶片和根系可溶性蛋白含量有显著差异。在不同氮水平下，烟苗叶片可溶性蛋白含量随着钾浓度的增加略有下降，低氮水平下，低钾较高钾处理高3.6%，与对照差异不显著;高氮水平下，低钾、高钾处理差异不显著，低钾较高钾处理高2.3%，低钾、高钾处理与对照间可溶性蛋白含量差异显著，较对照分别高17.0%、14.4%;在相同钾浓度下，叶片可溶性蛋白含量随着氮浓度的增加而增多，在不同氮水平下，烟苗根系可溶性蛋白含量表现出与叶片相同的趋势，低钾处理与高钾处理间差异不显著，低钾处理与对照间差异显著，低氮水平下，较对照高19.2%，高氮水平下，较对照高20.1%。处理间根系可溶性蛋白含量增幅大于叶片。

2.4 氮钾浓度对烟苗GS活性的影响

谷氨酰胺合成酶（GS）作为氮的供体，参与氮有机物的生物合成，是氮素代谢过程的关键酶[15]。由图2可知，烟苗叶片与根系中谷氨酰胺合成酶活性有显著差异。在低氮水平下，随着钾浓度的增加，烟苗叶片中谷氨酰胺合成酶活性降低，低钾、高钾处理的谷氨酰胺合成酶活性都低于对照，分别较对照低31.1%、36.5%，低钾处理高于高钾处理，较高钾处理高4.1%;在高氮水平下，低钾、高钾处理与对照间谷氨酰胺合成酶活性差异显著，较对照分别高19.7%、41.7%;在相同钾浓度下，随着氮浓度的增大，谷氨酰胺合成酶活性增加，低钾水平下，处理间差异显著，高氮处理的谷氨酰胺合成酶活性比低氮高41.3%;高钾水平下，高氮处理显著高于低氮，较其高74.1%。在低氮水平下，高钾处理的根系谷氨酰胺合成酶活性较低钾处理的显著高15.4%，高钾处理的谷氨酰胺合成酶活性与对照差异显著;高氮水平下，低钾、高钾处理与对照间差异显著，分别较对照高63.9%、64.7%。

2.5 氮钾浓度对烟苗MDA活性的影响

植物细胞质膜过氧化的最终产物是MDA，其含量高低可以反映出细胞膜的损伤程度和植物抗逆性的强弱[16]。由图3可知，各处理间烟苗叶片中的丙二醛活性无显著差异。在低氮水平下，随着钾浓度的增加，低钾、高钾处理的烟苗叶片丙二醛活性有所降低，低钾处理较高钾处理、对照分别高12.5%、8.6%;在高氮水平下，随着钾浓度的增加，处理间烟苗叶片丙二醛活性有

所增加，处理与对照间的丙二醛活性差异不显著，对照丙二醛活性较低钾处理高9.8%;在低钾水平下，各处理间的丙二醛活性差异不显著，低氮处理较高氮处理高19.1%;在高钾水平下，高氮处理的丙二醛活性较低氮处理高3.2%。在低氮水平下，随着钾浓度的增加，低钾、高钾处理的烟苗根系丙二醛活性有所增加，低钾处理较高钾处理的丙二醛活性高15.9%，处理与对照间的丙二醛活性差异不显著;高氮水平下，低钾处理丙二醛活性显著高出对照的39.3%，在钾浓度相同时，随着氮浓度的增大，丙二醛活性增加。

2.6 氮钾浓度对烟苗根系活力的影响

根系活力是衡量根系功能的重要指标，直接影响植株的生长以及对养分的吸收。由图4可知，在钾浓度相同时，处理间根系活力随着氮浓度的增大而增大，在低钾水平下，高氮处理的根系活力显著高于低氮处理和对照，分别高32.0%、21.7%，在氮浓度相同时，随着钾离子浓度的增加，根系活力降低，低钾处理根系活力较高钾处理显著高13.4%。

3 讨论

不适宜的N/K比会阻碍烤烟的生长发育。N和K在植物代谢过程中存在协同作用，协同作用常出现在较低浓度养分下，同性离子、阴离子与阳离子之间，为了维持电荷平衡和恢复供应矿质养分的需要。干物质积累的主要形式是通过烟叶光合与呼吸作用、合成与分解代谢平衡的碳水化合物总量[17]。该试验中，随着氮水平的增加，烟苗干物质量增大，这与单长卷等[18]研究结果一致。表明氮浓度对烟苗干物质的积累有显著影响，氮能改变碳水化合物的库源关系、能量消耗水平和调节光合产物的积累[19]。

该试验在相同钾浓度时，随着氮浓度的增加，叶绿素含量、根系活力显著增加，烟苗叶片与根系中可溶性蛋白、谷氨酰胺合成酶活性均显著差异，其中高氮低钾处理的生理特征表现最好。说明供氮水平能显著影响叶绿素的合成及其相关酶的活性[17]。研究认为烟株在正常营养供应水平下生长，叶绿素的合成、运转达动态平衡，超量的氮素、钾素对其无意义[20]。该试验中，烟苗的叶绿素含量在低氮水平下會随着钾浓度的提高而增加，说明K+对烟苗叶绿素的合成有一定的促进作用，高氮水平下，高浓度K+反而会抑制叶绿素的合成。

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