打顶时期和留叶数对山东烤烟上部叶生长发育的影响
Effects of Topping Period and Number of Remained Leaves on Growth and Development of Upper Leaves of Flue-Cured Tobacco in Shandong Province
Han Yuhuan ,, Liu Chen, Yang Long, Yu Tao ,
摘要
为探究打顶时期与留叶数对山东烤烟上部叶生长发育的影响，以中烟100为材料，设置6个不同的打顶时期与留叶数处理，并对上部叶农艺性状、光合特性、碳氮代谢、衰老特性、烤后烟叶化学成分、感官评吸质量及经济性状进行了分析。结果表明，同一打顶时期，多留叶有利于抑制成熟后期上部叶强盛的光合能力，留叶18及20片处理有利于上部叶开片，后期抗氧化酶及NR活性较低，NI活性较高，落黄较快，烤后烟叶化学成分协调，经济性状优良。初花打顶以留叶20片处理品质较好，盛花打顶以留叶18片处理品质较好。同一留叶水平以初花打顶烟叶长宽比适宜，叶面积较大，开片较好，烟叶感官品质较好。综合来看，以初花打顶、留叶20片处理上部叶农艺性状较优，化学成分协调，感官质量较好。
关键词：烤烟;打顶时期;留叶数;上部叶;生长发育;品质
Abstract
In order to explore the effects of topping period and numbers of remained leaves on the growth and development of upper leaves of flue-cured tobacco in Shandong province, Zhongyan 100 was used as material, and six different topping periods and number of remained leaves treatments were set up to analyze the agronomic traits, photosynthetic characteristics, carbon and nitrogen metabolism, senescence characteristics, chemical composition of flue-cured tobacco leaves, sensory smoking quality and economic traits of upper leaves. The results showed that, more remained leaves in the same topping period were beneficial to inhibit the strong photosynthetic capacity of upper leaves in the later stage of maturity. Treatment of 18 and 20 remained leaves were beneficial to the opening of upper leaves. In the later stage, the activities of antioxidant enzymes and NR were lower, and the activity of NI was higher, which could promote the yellowing of upper leaves, coordinate the chemical components of flue-cured tobacco leaves, and have good economic traits. The treatment with 20 remained leaves for the first flower topping and 18 leaves for the full flower topping had better quality. Under the same remained leaves level, the length-width ratio of topping tobacco with first flower was appropriate, the leaf area was larger and the opening of leaves was better, which was conductive to improve the sensory quality of tobacco leaves. In generally, the treatment of topping with first flower and 20 leaves remained had better agronomic characteristics, coordinated chemical composition and sensory quality.
Keywords：Flue-cured tobacco;Topping period;Numbers of remained leaves;Upper leaves;Growth and development;Quality
本文引用格式
韩玉环, 刘晨, 杨龙, 于涛.
Han Yuhuan, Liu Chen, Yang Long, Yu Tao. Effects of Topping Period and Number of Remained Leaves on Growth and Development of Upper Leaves of Flue-Cured Tobacco in Shandong Province. Crops, 2023, 39(2): 157-162 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2023.02.023
烟草是一种收获叶片的特殊经济作物，上部叶一般为6~7片，其产量可达烟叶总产量的40%，对于卷烟的吃味和风格具有很大影响，优质的上部叶是生产高级卷烟的主要原料[1-2]。由于田间成熟度不够和烘烤不当等因素，烤烟上部叶长期存在着叶厚、组织结构紧密、叶片僵硬、化学成分不协调和采收成熟度差等问题，严重影响到了上部叶的工业可用性，使其不能大量用于生产一类和二类卷烟，销路不畅，致使库存积压，影响经济效益[3-4]。因此，探究如何提高上部叶工业可用性是促进山东烟区烟叶发展的重要手段。
打顶是烟株生长过程中去除顶端优势的一种农事措施，有利于烟株内营养再分配，促使光合产物向烟叶内分配，增加干物质积累量，促进烟草根系生长发育，提高烟叶品质[5-6]。前人[7]研究表明，打顶时期显著影响烟株代谢水平，进而影响烟叶化学成分及感官质量。过早打顶，上部叶过大过厚，根系活力增强，烟碱合成积累量增加，对上部叶烟碱含量具有显著影响[8]；随着打顶时期的推迟，上部叶长宽比增加，烟碱含量降低，适当推迟打顶有利于形成“腰鼓形”烟株，烟叶落黄快，烘烤特性改善[9-10]，过迟打顶不利于内含物积累，烟叶产量及可用性降低[10]。适宜的打顶时期可促进上部叶开片，协调化学成分，增香提质[11]。留叶数的多少会影响田间通风透光条件，改变烟株养分分配，对优化烟叶结构和提升烟叶品质具有重要意义[12-13]。邵雪莲等[14]研究指出，低留叶水平、推迟打顶时间可显著降低上部叶烟碱含量，而高留叶水平时打顶时期对其影响不显著。黄一兰等[15]研究指出，留叶数偏少与打顶时间推迟对于烟叶产量具有一定影响，但同一打顶时期留叶数大于18片时处理间产量差异不显著。现有研究表明，打顶留叶技术对烟株的农艺性状及经济性状等具有显著影响，单一的打顶时期或留叶数的改变也会影响烟株的衰老特性及品质形成，但对不同打顶时期和留叶数对烤烟上部叶生长发育及品质特征的影响效应报道较少。本研究通过设置不同打顶时期与留叶数组合，重点探究其对烤烟上部叶农艺性状、光合特性、衰老特性、碳氮代谢、内在化学成分和烟叶产质量的影响，进一步揭示其影响上部烟叶质量的生理生化机理，为有效提高上部叶可用性、促进山东烟区烟叶发展提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于2021年在山东省日照市莒县烟草试验站（118°84′ E，35°58′ N）进行，供试烤烟品种为中烟100，由莒县试验站提供。大田土壤为棕壤土，土壤理化性质pH 6.47，有机质22.20g/kg，碱解氮、有效磷及速效钾含量分别为70、27.52和153.26mg/kg。大田管理中每公顷施纯氮90kg，氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）肥配比为1:1.5:2.5。
1.2 试验设计
采用随机区组试验设计，设置6个处理（表1），3次重复，共18个小区，每小区植烟4行，每行15株，行株距为120cm×50cm。烟株于5月5日移栽，7月11日初花打顶，7月16日盛花打顶。初花打顶方式为植株第1朵中心花开放时将主茎顶部和花轴、花序连同小叶一并摘去；盛花打顶为植株50%中心花开放时将主茎顶部和花轴、花序连同小叶一并摘去。留叶时去除底部不适烟叶，其他技术措施和田间管理按常规生产。
表1 试验处理具体打顶时间和留叶数
Table 1
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1.3 测定指标与方法1.3.1 农艺性状
烟株打顶后第15天，每小区选择6株代表性烟株的上部叶（自下而上第15片叶），按照YC/T 142-2010烟草农艺性状调查测量方法测定叶长和叶宽，计算长宽比与叶面积。
1.3.2 衰老特性打顶后30d每小区选取6株代表性烟株的上部叶（第15叶位），使用3051D植物光合作用测定仪参照任志广等[16]的方法根据使用说明测定光合特性相关参数（Pn、Tr、Gs和Ci）。
打顶后45d，各处理随机选取6片新鲜上部叶（第15叶位），液氮速冻后按照试剂盒（北京索莱宝科技有限公司）说明测定超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性及丙二醛（MDA）含量。采用同样的方法测定硝酸还原酶（NR）、中性转化酶（NI）、α淀粉酶、β淀粉酶、总淀粉酶活性及蔗糖含量。
1.3.3 化学成分烟叶烘烤结束后，各处理选取6片B2F等级烟叶，采用流动分析法测定烟碱、总糖和还原糖含量[17-18]。
1.3.4 感官品质评价由山东中烟工业有限责任公司评吸专家进行感官品质评价。将不同处理烟叶卷制成单料烟后，根据YC/T 138-1998对各处理烤烟上部叶香气质、香气量、杂气、刺激性、余味、燃烧性和灰色等指标进行评分鉴定。
1.3.5 烤烟整株经济性状各处理全部烟叶经常规烘烤调制后，按照烤烟42级国家标准对其进行分级，统计计算各个处理的整株上中等烟率、产量、产值和均价等经济性状。
1.4 数据处理通过Excel 2019进行试验数据统计，利用SPSS 19.0软件采用Duncan检验法进行显著性差异分析。
2 结果与分析
2.1 打顶时期与留叶数对烤烟上部叶农艺性状的影响
由表2可知，打顶后15d打顶时期与留叶数显著影响上部叶长宽比及叶面积。打顶时期以初花打顶处理上部叶较长，长宽比较适宜，盛花期打顶处理叶片较为窄小，长宽比大，不利于上部叶开片。留叶数18或20片处理均可有效增加叶长和叶宽，各处理间以T2处理上部叶叶面积最大，长宽比适宜，农艺性状最优。
表2 打顶时期与留叶数对烤烟上部烟叶农艺性状的影响
Table 2
Treatment叶长
Leaf length
(cm)叶宽
Leaf width
(cm)长宽比
Length-width
ratio叶面积
Leaf area
(cm²)T152.10±0.75c24.43±0.44b2.13±0.06ab807.41±10.29bcT260.17±0.93a29.93±0.68a2.01±0.04b1143.12±37.47aT358.27±2.78ab29.20±2.49a2.01±0.09b1088.09±146.21aT445.87±1.14d19.47±1.64c2.38±0.17a568.52±59.48cT552.33±0.71c23.93±0.86b2.19±0.06ab795.33±37.21bcT654.17±1.75bc26.30±1.48ab2.07±0.07b906.69±75.78ab
不同小写字母表示处理间差异达到显著（P < 0.05）水平，下同
Different lowercase letters represent significant difference (P < 0.05) in the same column, the same below
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2.2 打顶时期与留叶数对烤烟上部叶衰老特性的影响2.2.1 对上部叶光合特性的影响
由表3可知，打顶时期与不同留叶数处理对烤烟上部叶打顶后30d光合特性具有一定的影响。同一打顶时期，留叶数对上部烟叶Pn影响显著，随着留叶数增加呈下降趋势，留叶数20片处理显著低于留叶数16和18片处理；同一留叶数下，盛花期打顶处理Pn大多低于初花打顶处理，但差异不显著。各处理间以T3处理Pn最低，较最高处理T1低16.91%。Tr与Gs均随光合速率升高呈上升趋势，以T3和T6处理较低。Ci随Pn呈下降趋势，各处理大小表现为T3>T6>T2>T5>T4>T1。说明适宜的打顶留叶处理能够抑制成熟后期上部烟叶的光合性能，以T3处理抑制效果较强，该处理较优。
表3 打顶时期与留叶数对上部烟叶光合特性的影响
Table 3
TreatmentPn
[μmol/(m2·s)]Tr
[mmol/(m2·s)]Gs
[mol/(m2·s)]Ci
(μmol/mol)T110.23±0.35a3.91±0.11a0.23±0.01a254.93±1.97bT29.93±0.34a3.83±0.39a0.22±0.02ab265.00±4.83bT38.50±0.15b3.06±0.16b0.18±0.01b279.07±3.90aT410.03±0.12a3.46±0.10ab0.22±0.01ab255.93±4.98bT59.70±0.25a3.57±0.28ab0.20±0.01ab257.43±3.53bT68.55±0.34b3.10±0.08b0.18±0.01b277.70±4.30a
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2.2.2 对上部叶保护酶活性及MDA含量的影响
由表4可知，打顶时期与留叶数对上部烟叶保护酶活性及MDA含量影响显著。SOD活性以T3处理最低，同一打顶时期，均以留叶数16片的处理活性最高；不同打顶时期与留叶数对POD活性的影响显著，各处理间T3和T6处理活性最小；同一留叶数水平下，以盛花期打顶处理CAT活性较低，同一打顶时期，随着留叶数的增多，CAT活性呈逐渐降低趋势；而同一打顶时期下，MDA含量则随留叶数增多而升高，以留叶数20片含量较高。总体上，成熟后期各处理以T3处理抗氧化酶类活性较低，能够促进上部叶衰老，提高采收成熟度。
表4 打顶时期与留叶数对上部烟叶保护酶活性及MDA含量的影响
Table 4
TreatmentSOD活性
SOD activity
[U/(g∙min)]POD活性
POD activity
(U/g)CAT活性
CAT activity
[U/(g∙min)]MDA含量
MDA content
(mmol/g)T1245.62±9.53a268.69±2.61a255.70±4.04a56.36±0.56cT2239.99±9.37a243.26±5.97b237.21±6.72ab59.18±0.90bcT3212.85±11.39b212.60±8.21c206.48±4.32c69.70±1.02aT4241.11±5.46a267.34±7.34a237.03±7.67ab57.05±1.95cT5226.57±3.59ab260.89±4.57ab232.44±8.06b61.75±2.23bT6223.34±3.44ab214.80±9.79c210.87±3.71c66.41±1.15a
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2.2.3 对上部叶碳氮代谢指标的影响
由表5可知，打顶时期与留叶数对上部叶碳氮代谢活动具有显著影响。NR活性在盛花期打顶处理整体比初花期打顶稍低，同一打顶时期下，均以留叶数20片处理NR活性最低；各处理间α淀粉酶活性以T3处理最高，比最低处理T4高27.20%，同一打顶时期均以留叶数16片处理活性最低；β淀粉酶活性各处理大小表现为T3>T2>T5>T4>T1>T6，T3处理显著高于T4、T1和T6处理；总淀粉酶活性表现为T3>T2>T5>T1>T4>T6，T2和T3处理显著高于其他处理；NI活性表现为T3>T2>T5>T6>T1>T4，T2和T3处理显著高于其他处理；蔗糖含量T3处理显著低于其他处理。说明适宜的打顶留叶处理能够抑制上部叶NR活性，提高淀粉酶及NI活性，促进淀粉和蔗糖的代谢转化，提高烟叶品质，以T3处理效果最优。
表5 打顶时期与留叶数对上部烟叶碳氮代谢的影响
Table 5
TreatmentNR活性
Nitrate reductase
activity (U/g)α淀粉酶活性
Alpha amylase
activity (U/g)β淀粉酶活性
Beta amylase
activity (U/g)总淀粉酶活性
Total amylase
activity (U/g)NI活性
Neutral invertase
activity (U/g)蔗糖含量
Sucrose content
(µmol/g)T10.18±0.02ab2.47±0.07c9.36±0.44b11.83±0.43b46.94±0.75bc92.25±1.21bcT20.15±0.02bc2.95±0.06a11.15±0.47ab14.09±0.44a53.82±1.29a89.48±1.07cdT30.11±0.01c3.04±0.08a12.02±1.02a15.06±1.10a56.71±1.54a88.41±1.31dT40.21±0.01a2.39±0.11c9.40±0.62b11.79±0.73b46.21±0.66c94.91±0.69abT50.13±0.01c2.83±0.05ab10.39±0.46ab13.23±0.51ab50.30±0.68b92.20±0.87bcT60.11±0.01c2.56±0.13bc9.00±0.73b11.56±0.66b48.16±1.17bc96.19±0.67a
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2.3 打顶时期与留叶数对烤烟上部叶化学成分含量的影响
由表6可知，盛花期打顶处理烟碱含量较初花期打顶处理低，随着留叶数的增加，烟碱含量呈显著下降趋势；还原糖和总糖含量均以初花期打顶处理较高，还原糖含量以T2和T3处理高于或显著高于其他处理，总糖含量则以T1和T2处理高于或显著高于其他处理。同一打顶时期，以留叶数18或20片处理糖碱比及两糖比较高。总体来说，推迟打顶能够有效降低烟碱含量，且在低留叶水平下降低效果显著，但推迟打顶导致还原糖及总糖含量降低，化学成分不协调，而初花期打顶下，两糖含量高，随着留叶数的增加，烟碱含量降低，能够改善糖碱比，进而改善上部叶可用性，以T3处理最优。
表6 打顶时期与留叶数对烤后上部烟叶化学成分含量的影响
Table 6
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2.4 打顶时期与留叶数对烤烟上部叶感官质量的影响
由表7可知，打顶时期与留叶数能够显著影响上部烟叶的感官质量。初花期打顶有利于提高烤后上部叶香气质及香气量，提升感官质量总分，初花期打顶处理其平均感官质量总分比盛花处理高1.25个百分点；随着留叶数的增多，香气质增加，余味改善。各处理间杂气、刺激性和燃烧性等差异不显著。说明初花期打顶与适当的留叶数有利于提升烤后上部叶感官品质，以T2和T3处理最优。
表7 打顶时期与留叶数对烤后上部烟叶感官质量的影响
Table 7
Treatment香气质
Aroma quality (18)香气量
Aroma quantity (16)杂气
Miscellaneous (16)刺激性
Irritating (20)余味
After taste (22)燃烧性
Flammability (4)灰色
Grey (4)合计
Total (100)T116.13±0.15b14.10±0.06b14.53±0.09a16.43±0.03a16.50±0.06c4.00±0.00a4.00±0.00a85.27±0.15bT216.77±0.18a14.47±0.03a14.30±0.06a16.63±0.12a17.43±0.19a4.00±0.00a4.00±0.00a87.60±0.21aT316.60±0.10a14.33±0.12ab14.33±0.13a16.43±0.24a17.17±0.15ab4.00±0.00a4.00±0.00a86.87±0.46aT416.10±0.10b14.13±0.03b14.37±0.09a16.20±0.15a16.47±0.03c4.00±0.00a4.00±0.00a85.27±0.20bT515.97±0.12b14.13±0.03b14.30±0.12a16.30±0.12a16.90±0.12b4.00±0.00a4.00±0.00a85.60±0.31bT615.90±0.12b14.27±0.09ab14.23±0.09a16.37±0.09a16.90±0.12b4.00±0.00a4.00±0.00a85.67±0.09b
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2.5 打顶时期与留叶数对烤烟整株经济性状的影响
由表8可知，打顶时期与留叶数对烤烟整株经济性状具有一定的影响。打顶时期对烤烟产量及上中等烟比例影响较为显著，以初花期打顶处理产量及上中等烟比例较高，平均较盛花期打顶处理分别高2.32%和2.13%，并且初花期打顶下随着留叶数的增加，上中等烟比例呈上升趋势，盛花期打顶则呈先升高后下降趋势。留叶数对上等烟比例及产值具有一定影响，留叶18和20片处理上等烟比例及产值较高，以T2和T3处理较优。均价在各处理表现为T3>T2>T5>T6>T1>T4，T3处理显著高于T1和T4处理。总体来说，以T3处理上中等烟比例及均价最高，产量和产值较高。
表8 打顶时期与留叶数对烤烟整株经济性状的影响
Table 8
Treatment上中等烟比例
Superior and secondary
tobacco rate (%)上等烟比例
Superior
tobacco rate (%)产量
Yield
(kg/hm2)均价（元/kg）
Average price
(yuan/kg)产值（元/hm2）
Output value
(yuan/hm2)T194.83±0.41b35.61±0.54b2570.43±56.45b27.35±0.58b70 303.33±2040.45cT295.16±0.23ab38.82±0.44a2754.85±20.59a29.82±0.97ab82 112.81±2085.48abT396.76±0.27a39.11±1.11a2715.42±28.46a30.90±0.81a83 925.37±2688.23aT493.70±0.47bc35.73±0.60b2561.23±22.92b27.25±0.64b69 770.54±1445.73cT594.16±0.76bc36.81±0.65ab2658.70±40.57ab28.54±0.47ab75 910.53±2286.78bcT692.92±0.80c37.10±0.79ab2638.25±35.35ab28.48±0.98ab75 186.92±3471.88bc
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3 讨论
烤烟上部叶与中下部叶片相比，往往出现开片较差、叶片窄而厚等问题，影响其可用性[19-20]。前人[21-22]研究发现，适宜的打顶留叶处理可改善烟株生长的光温资源条件，协调烟株营养分配。当烟株留叶数一致时，随着打顶时期的推迟，上部叶最大叶长叶宽均减小，产量和产值呈先增加后降低的趋势[23-24]，以初花打顶烟株农艺性状优良，上等烟比例较高[25-26]。本试验中，初花期打顶处理整体性状优于盛花期打顶处理，与前人结果一致，这可能是由于盛花期打顶较迟，外界环境条件改变无法提供烟株生长所需养分，烟株消耗过多自身养分所致[26]。当打顶时期一致时，随着留叶数的增加，烟叶叶面积减小，产量增加[27-28]，本试验结果显示，打顶后15d随着留叶数增加，上部叶叶面积在一定范围内有增大趋势，与前人研究结果不同，这可能是由于本试验测定的是打顶留叶对前期上部叶发育的影响，各处理上部叶在生长前期的开片程度影响有所不同。此外，李宙文等[29]的研究也表明，在同等密度条件下，烟株随着留叶数的增多，生长发育状况明显提高，在叶长和叶宽方面都表现出增长的趋势，说明由于品种特性、自然条件及大田管理措施的不同，对上部叶的开片效果存在一定的差异性。
烤烟上部叶采收成熟度较差及内部化学成分不协调也是影响其工业可用性的重要原因[30]。烟叶的成熟过程与衰老特性有关，且内部化学成分协调性及最终烟叶品质与碳氮代谢关系密切[31-32]。前人[33-34]研究发现，烟叶衰老特性及碳氮代谢与相关酶活性有关，适宜栽培措施可通过调控相关酶活性改善烟叶衰老特性及碳氮代谢过程。本试验中，初花期打顶与盛花期打顶的保护酶活性总体差异不显著，但化学成分方面差异较大，初花期打顶处理有利于可溶性糖的积累，香气质和香气量显著提升，盛花期打顶处理烟碱含量较低，可能是由于打顶过迟对根系影响较小，烟碱合成积累量少[8]，这与陈爱国等[35]研究中打顶时间对烟叶膜脂过氧化作用没有明显影响结果一致。而留叶数增加可显著降低保护酶活性，促进烟叶落黄衰老，这可能与留叶数增加及叶片之间相互遮蔽，能够有效抑制上部叶光合作用有关[36]，留叶数的增加显著影响了上部叶碳氮代谢，NR活性降低，还原糖含量先增加后降低，烟碱含量降低，这与宋淑芳等[37]的研究结果一致。在本试验条件下，初花期打顶且留叶20片处理不仅能抑制烟株保护酶及NR活性和氮代谢，同时提高淀粉酶及NI活性，改善上部叶碳氮代谢过程，有利于协调其化学成分，提高工业可用性。
烟叶感官质量是决定工业可用性的关键因素，其好坏与烟叶内在化学成分协调性密切相关，研究表明，烟叶感官质量与还原糖和糖碱比等呈显著正相关[38]，适宜的打顶时期与留叶数能够增加香气物质，协调化学成分，提升烟叶内在质量[11,39]。本试验结果表明初花打顶且留叶20片的打顶留叶组合可使烤烟上部叶化学成分更加协调，香气质和香气量增加，余味改善，感官质量提高，进而提升烟叶经济性状。
4 结论
打顶时期与留叶数对上部烟叶农艺性状、产质量和经济性状影响显著，本试验中，初花打顶且留叶数20片处理在改善上部叶农艺性状、促进成熟、协调碳氮代谢与化学成分、提高感官质量等方面效果较好。本研究发现打顶时期与留叶数对上部烟叶产质量的影响机制是降低烟株生育后期光合作用与抗氧化酶活性，协调碳氮代谢，促进烟叶落黄衰老。
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