何仲秋 刘洋 王艺 王晓琳 解梦凡 闫慧峰

摘要 [目的]分析缺氮條件下烤烟叶片性状变化特征，明确叶片性状与叶绿素含量的关系，为优化烤烟氮肥管理策略提供理论依据。[方法]采用大田试验，以云烟87为材料，设置对照施肥和不施氮肥2个处理，在移栽90 d后比较不同处理叶片性状特征（包括叶片干重、叶面积、比叶重、叶片厚度、叶片密度、叶长、叶宽）和叶绿素含量的差异，分析叶片性状和单位面积叶绿素含量以及单位质量叶绿素含量间的关系。[结果]在缺氮条件下，烤烟中、上部叶的叶片干重、叶面积、比叶重、叶长、叶宽和单位面积叶绿素含量减小，叶片厚度无显著变化。下部叶的叶面积和叶片厚度显著减小。单位叶面积叶绿素含量与比叶重和叶片厚度呈极显著正相关，单位质量叶绿素与叶片厚度呈极显著正相关。[结论]不施氮肥影响了烤烟叶片性状，烤烟通过减小叶面积保持叶片厚度来提高叶绿素含量。

关键词 烤烟;氮;叶片性状;叶绿素含量

中图分类号 S572文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）10-0149-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.10.040

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Nitrogen Deficiency on Leaf Traits and Chlorophyll Content of Flue-cured Tobacco

HE Zhong-qiu1，LIU Yang2，WANG Yi2et al （1.Tobacco Research Institute of CAAS/Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Qingdao，Shandong 266101;2.Linqu Tobacco Branch of Weifang Tobacco Corporation，Linqu，Shandong262600）

Abstract [Objective] To provide theoretical basis for optimizing nitrogen management strategy of flue-cured tobacco，the change characteristics of leaf traits under nitrogen deficiency were analyzed and the relationship between leaf traits and chlorophyll content was established.[Method]In field experiment，Yunyan 87 was used as the material，and two treatments of control fertilization and nitrogen-deficiency fertilization were set up.After 90 days of transplanting，the differences of leaftraits （including leaf dry weight，leaf area，specific leaf weight，leaf thickness，leaf density，leaf length and leaf width） and chlorophyll content of different treatments were compared，the relationship between leaf traits and chlorophyll content per unit area and unit mass of chlorophyll content were analyzed.[Result]Under the condition of nitrogen deficiency，leaf dry weight，leaf area，specific leaf weight，leaf length，leaf width and chlorophyll content per unit area of middle and upper leaves of flue-cured tobacco decreased，but there was no significant change in leaf thickness.The leaf area and thickness of the lower leaves decreased significantly.Chlorophyll content per unit leaf area was significantly positively correlated with specific leaf weight and leaf thickness，and chlorophyll content per unit mass was significantly positively correlated with leaf thickness.[Conclusion]The lack of nitrogen fertilizer affects the traits of flue-cured tobacco leaves.Leaf chlorophyll content was increased by reducing leaf area and maintaining leaf thickness.

Key words Flue-cured tobacco;Nitrogen;Leaf characters;Chlorophyll content

氮素是植物生长必需的元素之一，氮肥的大量使用已经引起越来越严重的环境和生态问题[1]。与主要粮食作物不同，烟草以叶片为收获器官，产量和品质是实现烟草生产最大经济效益的2个决定性因素，而叶片的产量和品质分别受到氮肥用量的正负调控[2]。叶片是烟草进行光合作用的主要器官，烟草产量和品质的形成依赖于烟叶光合作用产生的有机物质[3] 。

叶片性状是决定烤烟品质的重要因素，主要包括叶长、叶宽、叶面积、比叶重、叶片密度、叶片厚度等[4]。比叶重是表示单位叶面积的叶片干重，叶片厚度和叶片密度是影响比叶重的主要因素[5-7]。叶苗[8]研究发现水稻叶片密度随着叶片厚度的增加而下降;范晶等[9]研究发现白桦、水曲柳、蒙古栎和红松各自的叶面积与叶干重具有显著的相关关系;徐肇友等[10]研究发现秀丽四照花的叶长、叶宽与叶面积呈显著正相关。

叶片光合能力是烟草产量的最主要决定因素，叶绿素是绿色植物进行光合作用的物质基础，是叶片的主要光合色素，叶绿素含量是衡量植物光合作用、营养状况和生长态势的重要指标[11-12]。叶绿素作为植物进行光合作用的主要色素，其含量与叶片结构性状密切相关，二者的协同变异关系对于优化植物的光合收益和生存策略具有重要意义[13]。

氮素是调控烤烟生长发育和产质量形成的最重要营养元素，对烟叶的产量和品质影响极为显著[14]。氮素供应不足，会造成烟叶产量降低且品质不高;氮肥施用过量往往引起烟叶贪青晚熟，烟叶品质下降[15]。在一定范围内，随着氮肥用量的增加，烤烟叶长、叶宽、叶片厚度和各器官干物质积累量明显增加[16-17]。烤后烟叶颜色随施氮量增加而逐渐加深，叶片厚度由稍薄到适中，单叶重增大[18]。研究发现，水稻叶片厚度随着施氮量的增大而减小[19];苜蓿现蕾期的比叶重随着施氮量的增大而增大[20]。氮素是叶绿素的主要组成成分，对植物叶绿素含量有明显的影响。适当增施氮肥有利于烤烟叶绿素的合成，提高烤烟叶片的光合速率[21-22]。

烟草合理施用氮肥以实现烟叶产量和品质协调是烟草栽培的关键。研究不同供氮条件下烤烟叶片性状特征与叶绿素含量的变化以及叶片性状特征与叶绿素含量的关系，有助于优化烤烟叶片性状与光合能力协同的氮肥管理策略，为实现烟草提质增效的氮肥高效管理提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料 供试烤烟品种为云烟87。

1.2 试验地概况 试验于2019年在山东省潍坊市临朐县寺头镇长达裕村进行，海拔290.2 m，地理坐标为118°29′59.34″E、36°18′58.56″N。供试土壤为棕壤，土壤基础理化性质：pH 6.42，有机质19.3 g/kg，碱解氮51.66 mg/kg，有效磷16.25 mg/kg，速效钾212.84 mg/kg。

1.3 试验设计

试验设2个处理，分别为常规对照处理和不施氮肥处理，CK为常规对照处理：75 kg N/hm2、75 kg P2O5/hm2和225 kg K2O/hm2; -N为不施氮肥处理：0 kg N/hm2、75 kg P2O5/hm2和225 kg K2O/hm2。行距1.2 m，株距0.5 m，每个处理3次重复，每小区面积为57.6 m2（4行×12 m），随机区组排列。其他田间管理措施均参照当地生产方案执行。

1.4 测定项目与方法 移栽90 d后（平顶期）取样，试验将整株烟草叶片分为下部无效叶、上部无效叶和有效叶片，有效叶片共20片，从下往上分别编号为1～20。取样时每个处理选择3株长势一致的烟株，取有效叶片的第2～3、10～11、18～19片叶分别表示下部叶、中部叶和上部叶，测定其叶面积、叶长、叶宽、叶片厚度、叶绿素含量及叶片干重。

叶面积、叶长、叶宽测定：以5 cm×5 cm的绿色方块为对照，对叶片进行数字图像采集，采集的数字图像使用ImageJ软件分析获得叶面积、叶长和叶宽。叶片厚度测定：使用叶片厚度计测定。叶绿素含量测定：参考 Arnon[23]的方法并作改进，在测定叶面积及叶片厚度后，用打孔器（直径 6 mm）取样，随机取4个叶圆片，浸泡在 80 %丙酮中，振荡使圆片完全浸泡在丙酮中，定容至10 mL，暗处理 48 h，至叶片完全变白，暗处理期间，每隔 8 h 振荡一次。用紫外分光光度计（UV-2600）分别在 663和646 nm 的波长下测定 OD 值，并计算叶绿素含量。叶绿素含量以单位质量（mg/g）与单位面积（mg/dm2）2种方式表示。

叶片干重的测定及比叶重与叶片密度的计算：采集的烟叶在105 ℃下杀青30 min，80 ℃烘干分别测定干重。根据叶片干重、叶面积及叶片厚度计算比叶重和叶片密度，比叶重=叶片干重/叶面积，叶片密度=比叶重/叶片厚度。

1.5 数据分析 试验数据采用 Microsoft Excel 2019、SPSS 26.0 软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 缺氮条件下不同部位烤烟叶片性状特征变化

缺氮条件下烤烟不同部位叶片性状特征的变化见表1。由表1可知，对照处理烤烟相同叶位叶片的单叶重、叶面积、比叶重、叶长和叶宽均高于缺氮处理。与对照处理相比，缺氮处理烤烟中、上部叶的单叶重和叶面积以及下部叶的叶片厚度显著减小。缺氮处理与对照处理下部叶除叶片厚度外的叶片性状无显著差异。

同一处理不同叶位的单叶重、叶面积、叶长和叶宽无显著差异。对照处理上部葉单叶重显著大于缺氮处理叶片单叶重，对照处理下部叶与中部叶单叶重显著大于缺氮处理中部叶单叶重。对照处理叶面积显著大于缺氮处理中部叶与上部叶的叶面积，与缺氮处理下部叶叶面积无显著差异。对照处理各部位叶片比叶重无显著差异，对照处理与缺氮处理上部叶的比叶重显著高于缺氮处理下部叶和中部叶。2个处理上部叶的叶片厚度显著高于下部叶，对照处理下部叶厚度显著高于缺氮处理下部叶，缺氮处理各部位叶片厚度随着叶位的升高而增厚，且差异显著。对照处理各部位叶片密度无显著差异，缺氮处理各部位叶片密度为上部叶>下部叶>中部叶，且差异显著。缺氮处理上部叶叶片密度显著高于对照处理各部位叶片。

通过双因素分析发现，叶片密度存在不同处理与叶位的交互效应，而叶片单叶重、叶面积、比叶重、叶片厚度、叶长、叶宽无交互效应。不同处理间，烤烟叶片的单叶重和叶面积有显著差异;不同叶位间，烤烟叶片的比叶重、叶片厚度和叶片密度有显著差异。

2.2 缺氮条件下不同部位烤烟叶片叶绿素含量变化

由图1可知，单位面积叶绿素a含量与叶绿素含量表现为上部叶>中部叶>下部叶，各部位叶片之间差异显著。上部叶与中部叶的单位面積叶绿素b含量显著大于下部叶。单位质量叶绿素a含量为上部叶>中部叶>下部叶，各部位叶片之间差异显著。上部叶与中部叶的单位质量叶绿素b含量与单位质量叶绿素含量无显著差异，但两者均显著高于下部叶。

缺氮处理烤烟不同部位的叶片叶绿素a含量与叶绿素含量均小于对照，而存在显著差异的仅有上部叶的单位面积叶绿素a含量和中部叶的单位面积叶绿素a含量与单位面积叶绿素含量。叶绿素b含量在中部叶与下部叶为对照处理大于缺氮处理，而在上部叶为缺氮处理大于对照处理，各处理间均无显著差异。

2.3 各部位烤烟叶片性状特征相关性

由表2可知，叶片单叶重与叶面积、比叶重、叶长和叶宽呈显著正相关，与叶片厚度、叶片密度无显著相关性。此外，叶面积与叶长和叶宽呈显著正相关，叶长与叶宽呈显著正相关。结果表明，烟草叶片的单叶重与叶面积、叶长和叶宽关系密切，与叶片厚度无相关性。比叶重与叶片厚度和叶片密度呈显著正相关，叶片厚度与叶片密度不相关。

2.4 烤烟叶片形态特征与叶绿素含量的关系

叶绿素含量与比叶重、叶片厚度及叶片密度的相关性见图2。单位面积叶绿素含量与比叶重（r=0.612，P<0.01）和叶片厚度（r=0.823，P<0.01）呈极显著正相关，与叶片密度无相关性。单位质量叶绿素含量与叶片厚度（r=0.714，P<0.01）呈极显著正相关，与叶片密度和比叶重无显著相关性。

3 讨论

氮素作为烤烟生长发育最重要的限制因素之一，在氮素缺乏的条件下，烤烟叶片性状及叶绿素含量的改变反映了其适应对策。该研究结果显示，缺氮处理中部叶与上部叶的单叶重和叶面积显著减小，中部叶的叶片密度显著减小，上部叶的叶片密度显著增加，其余叶片性状无显著差异。虽然对照处理与缺氮处理相同叶位的比叶重、叶长和叶宽无显著差异，但对照处理的比叶重、叶长和叶宽大于缺氮处理。这与之前多位学者的研究结果基本相符[24-27]，即随着施氮量的降低，烤烟各部位叶片的叶片长度、叶片宽度、叶面积、叶片干重、叶片厚度、比叶重随之显著降低。与之不同的是，该研究结果表明缺氮对烤烟下部叶的叶片性状影响不大。

该试验条件下，烤烟叶片的叶绿素含量与叶绿素a含量随叶位降低而降低，即叶绿素含量存在空间异质性，这与前人的研究结果相符[28]。缺氮处理各部位叶片的叶绿素a含量与叶绿素含量均小于对照，但存在显著差异的仅有中部叶的单位面积叶绿素a含量与单位面积叶绿素含量和上部叶的单位面积叶绿素a含量。对照处理的中部叶与下部叶的叶绿素b含量大于缺氮处理，各处理间均无显著差异。对照处理上部叶的叶绿素含量和叶绿素a含量为各处理中最高值。这些结果与以往研究结果一致[28-33]，即烟叶内叶绿素含量随施氮量增加而增加。

该研究中烤烟同一叶位叶片中单位面积叶绿素含量缺氮处理与对照处理存在显著差异，而单位质量叶绿素含量无显著差异，即氮素缺乏对单位质量叶绿素含量影响较小。

比叶重是叶片生长发育的重要表现形式之一[34]。比叶重由叶片的厚度和密度共同决定，而关于叶片厚度和密度对比叶重的贡献至今仍没有一致的结论。研究认为厚度是决定物种间比叶重的主要因素[7]，另一些研究认为密度更重要[5-6]。该研究结果显示，比叶重与叶片厚度（r=0.715，P<0.01）及叶片密度（r=0.658，P<0.01）有相关关系，其中比叶重与叶片厚度的相关性更密切。此外，各叶片性状特征的相关性表明，烤烟叶片的单叶重与叶面积、叶长和叶宽关系密切，与叶片厚度、叶片密度没有关联。

单位面积叶绿素含量和单位质量叶绿素含量皆与叶片厚度呈极显著正相关，即叶片厚度越厚，叶绿素含量越高。与对照相比，缺氮处理中部叶与上部叶的叶面积显著减少，而叶片厚度无显著变化，说明在氮素缺乏的条件下，烤烟通过减小叶面积保持叶片厚度来提高叶绿素含量，以维持正常的光合作用。

4 结论

在不施氮肥条件下，烤烟选择小而厚的叶片来适应氮缺乏的环境。烤烟中、上部叶的叶片干重、叶面积、比叶重、叶片密度、叶长、叶宽和单位面积叶绿素含量减小;叶面积是叶片干重的决定因素;叶片厚度是决定比叶重的主要因素，叶片厚度同时是决定单位质量叶绿素含量的主要因素。比叶重和叶片厚度共同决定了单位叶面积的叶绿素含量。

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