光温逆境条件下外源钙盐对烤烟的调控效应及其机理研究

【摘要】烟叶质量的形成是生态因素、遗传因素及栽培因素共同作用的结果，外界生态环境决定了烟叶香气风格的类型，栽培因素决定了风格特色的彰显度。钙是作物生长发育所必需的营养元素，参与诸多与环境胁迫相关的响应调节过程；在光合作用中Ca2+参与了气孔运动等生理过程，能够有效改善植物的光合能力。外源钙盐可以增强植株细胞对逆境的抗性，有效缓解植株光合能力的下降，提高植物的光合性能。在不同的生态条件下，烟叶对钙的吸收利用状况是不同的；不同的光、温环境中外源钙盐对烟株光能吸收、分配、利用的影响也是有差异的，本文着重研究了外源钙盐对不同光照强度、不同温度环境、不同烟草品种光合特性及品质形成的影响。试验于2011-2013年连续两年在河南省许昌县(北纬34°01′,东经113°49′)河南农业大学许昌校区进行，2011-2012年采取大田盆栽试验，2012-2013年采取人工气候室盆栽试验。共包括3个单项试验：(1)外源钙盐对不同烤烟品种光合作用的调控效应研究：选取‘中烟100’和‘豫烟10号’2个烤烟品种为供试材料，每个烤烟品种分别喷施3种不同类型的外源钙盐[30mmol.L-1CaCl2、Ca(NO3)2和Ca(Ac)2]以及蒸馏水(CK)，采用土培盆栽试验，研究烟叶发育过程中外源钙盐对两品种烤烟光合生理指标、叶绿素荧光参数、水分利用效率及干物质积累的影响。(2)不同光照强度下外源钙盐对烤烟光合作用及品质指标的调控效应研究：在整个大田生长期利用不同层次的白色纱布进行遮阴处理，设置4种光强水平(L0:982.63-1244.44μmol·m-2·s-1；L1:786.50-996.67μmol·m-2·s-1；L2:691.67-867.89μmol·m-2·s-1；L3:480.00-618.89μmol·m-2·s-1)，每种光强下喷施3种不同类型的钙盐[CaCl2、Ca(NO3)2和Ca(Ac)2]以及蒸馏水(CK)，分析各种钙盐在不同光环境中对烤烟光合气体交换参数、叶绿素荧光特性、矿质营养元素吸收、干物质积累、化学品质以及致香物质形成的影响。(3)不同温度条件下外源钙盐对烤烟光合特性及香气品质的调控效应研究：在人工气候室内设置低、中、高3种温度条件(T1:14℃/20℃；T2:22℃/28℃；T3:30℃/36℃)，并在每种温度条件下分别喷施CaCl2、Ca(NO3)2和Ca(Ac)2三种不同类型的钙盐及蒸馏水(CK)进行复因子土培盆栽试验，分析外源钙盐在不同温度条件下对烤烟质体色素各组分含量、光合生理指标、光响应曲线、RuBP羧化酶初始活性、酸性及中性致香物质含量等的影响。主要研究结果如下：(1)伴随烟株的衰老，光合作用下降，外源钙盐在一定程度上提高了两品种烤烟的光合速率(Pn)，并且其对Pn下降的缓解作用以烟叶成熟期最为显著，与‘中烟100’相比，‘豫烟10号’Pn的下降幅度较小，生育后期仍能够保持相对较高的光合活性。‘中烟100’和‘豫烟10号’的Pn最大值分别出现在Ca(Ac)2处理和Ca(NO3)2处理，二者对Pn的促进效果最佳。钙盐处理后两品种烤烟的光饱和点(LSP)升高，加速了烟株生长。经钙盐处理后Pn、光化学淬灭系数(qP)和PSII实际光化学效率(ФPSII)较对照升高，表明外源钙盐不仅能够提高烟株的光化学反应效率，加强光合碳同化能力，还能减轻光抑制。总体而言，外源钙盐提高了两品种烤烟的光能利用效率及光合生产能力，进而促使烟株的光合碳同化产物积累量增加。(2)随光强减弱和增施钙盐烟叶的叶绿素和类胡萝卜素含量显著升高，外源钙盐的施入刺激了光合色素的合成，使烟叶能够吸收较多的光能，激发了叶肉细胞的光化学活性，因而相对提高了光能传递效率；弱光条件下光系统II(PSII)把吸收的光能较多地分配给光合电子传递用于光合作用，外施钙盐促使光能以更高的速度和效率转化为化学能，从而表现出较高的电子传递速率和光化学效率，随钙盐施入和光强减弱光化学猝灭系数(qP)、PSII最大光化学效率(Fv/Fm)和PSII电子传递速率(ETR)均相对升高，初始荧光(Fo)下降，表明喷施钙盐后PSII在适度弱光环境中具有更大的光化学潜能。在本试验条件下，接近饱和光强的适度弱光(L2:70%光照强度691.67-867.89μmol·m-2·s-1)能够有效提高烟株的光合生产能力。不同钙盐间以Ca(NO3)2处理各部分的光合产物积累量最高。(3)外源钙盐有助于l,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)初始活性的提高，进而提高了Pn，促使烟株保持较高的光能利用效率(LUE)。经温度处理后Pn、E、Gs均呈先增加后降低的变化规律，Ci则呈下降的趋势，不同温度间以T2处理(22℃/28℃)的Pn最高。钙盐处理的烟叶表现出较高的光合潜力，Ca(Ac)2处理的最大净光合速率(Amax)最高，CaCl2处理的光饱和点(LSP)和表观量子效率(AQY)最高。增施钙盐后烤烟叶片叶绿素及类胡萝卜素各组分含量均有所增加，一方面有利于烟叶捕光能力的提高，另一方面，避免了光合器官在逆境环境中受到光氧化的破坏，有利于光合能力的保持。不同钙盐间以Ca(Ac)2处理在逆境温度下对烟株光合性能的改善效果最显著。(4)外源钙盐对碳氮平衡的调节作用及其对烟叶品质的促进效果在弱光条件下更为显著。在弱光环境中，钙盐处理的总糖、还原糖含量显著高于对照，且伴随着光强的降低，增加的幅度随之升高，与此同时，外源钙盐能使烟叶中总氮和烟碱的含量降低，不同钙盐间以Ca(Ac)2和Ca(NO3)2对碳氮平衡的促进效果较为显著。光强降低后烟叶中一些矿质营养元素的含量随之增加，与对照相比，钙盐处理的大量和微量元素含量增加，但烤后烟叶中的钙元素含量并未比对照显著增高，并未因增施一定浓度的外源钙盐对烟叶品质带来了额外的不利影响。中性挥发性致香物质总量在L3(50%光照强度下)达到最大，这与弱光环境中烟叶内质体色素含量的增加使其降解产物含量较高有关。外源钙盐有利于香气成分的形成，能够有效改善烟叶的香气质量。(5)低温对烟叶品质的影响较大，在适宜的温度条件下(T2：22℃/28℃)烟叶中各种单糖及双糖的含量增加，经外源钙盐处理后能够使这些甜类物质的含量显著增加，从而减轻由于含氮化合物偏高对烟气带来的苦涩味。钙盐处理的多元羧酸和有机酸总量高于对照，但高级脂肪酸含量却低于对照，有利于烟气平衡协调。中性挥发性致香物质含量随温度升高而增加，增施钙盐促进了酸性及中性致香物质的增加，以Ca(Ac)2处理的效果最为显著，有效改善了不利的温度条件对烟叶的香气质及香气量造成的影响，有利于其优良品质的形成。
【作者】云菲；
【导师】刘国顺；
【作者基本信息】河南农业大学，烟草学，2014，博士
【关键词】光照强度；温度；外源钙盐；烤烟；品种；光合特性；品质；

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