硼对烤烟碳氮代谢的影响研究

摘要：研究了硼对烤烟碳氮代谢的影响。结果表明，缺硼（5μMH3BO3）烟株各器官硼、氮、钾、干物质积累量极显著降低；烟株对NO3的吸收及同化能力减弱，氮代谢受阻，叶片NH4含量增加，氨基酸和蛋白质含量下降。与此同时，烟株叶片光合速率下降，叶片非结构糖（葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉）大量积累。随着烟株供硼浓度的增加（20μ MH3BO3、20μMH3BO3）烟株叶片碳氮代谢增强、植株各器官氮、钾、硼含量增加，干物质积累增强。

　　关键词：硼　烤烟　碳氮代谢

　　硼是微管束植物所必须的微量营养元素，硼缺乏可引起植物解剖学、生理学和生物化学上的紊乱。大量研究表明，植物体内大多数硼在细胞壁中与鼠李聚糖半乳糖醛酸形成多羟基链以稳定细胞壁的结构，部分可与糖结合促进碳水化合物的运输，影响内源激素的产生和运输、核酸的代谢、酚类物质代谢、生物膜的完整性和功能等。由于硼酸县有羟基，它有可能和生物体内任何具有羟基结构的物质，如和细菌群体感应器（bacterial quorumsensing），鸟嘌呤核苷一磷酸（GMP），细菌藿四醇（bacteriohopanetetrol），肌醇三磷酸（IP3），葡萄糖六磷酸脱氢酶，辅酶（NAD／NADH）系统等物质的羟基部位结合形成酯，来影响这些物质的生理功能，进而引起生物的代谢过程变化。尽管许多作物的缺硼症状已经被清楚地描述，但硼作为植物正常生长发育所必须的微量元素，人们对它在植物体内的生理功能的了解仍然是所有八种微量元素中最少的一种。

　　氮对中等需硼作物烟草的生长发育、调制后烟叶品质产生重要影响。大量研究表明，硼缺乏可影响植物对氮的吸收和转运、氨基酸合成及组分、硝酸还原酶活性等氮代谢过程，增加植物体内淀粉和其他碳水化合物含量，影响植物的碳氮代谢过程。

　　中国长江以南分布着世界上最广大的连续缺硼耕作带，大部分土壤热水溶性硼含量低于0.25 mg.kg-1，此耕作带正是中国优质烤烟主要种植区，大量试验也证明施用硼肥对烟叶产量、上等烟率、均价等指标都有明显的提高。烟草生育期碳氮代谢过程与决定烤烟品质的化学成分的形成密切相关。为此，我们研究了硼对烤烟碳氮代谢的影响，以期为生产上烤烟施用硼肥提供理论参考。

　　1、材料与方法

　　1.1试验材料

　　试验与2006年在广西大学温室进行。供试烤烟品种为K326（Nicotiana tabacum L），购自中国烟草南方育种中心。采用漂浮育苗，4叶1心时小心取均匀一致的烟苗自来水洗净，再用去离子水冲洗3遍后置于去离子水中长出新根，然后植入填满蛭石和珍珠岩（V：V=1：1）的塑料盆（盆面直径25cm，盆底直径17cm，高25cm）中，每天淋施H3BO3浓度分另别为5μmol（B0）、20μmol（B1）、40 μ mol（B2）的Hoagland及Aron培养液（pH 6.0-6.5，）。试验设3个处理（B0、B1、B2），每小区植烟6株，每处理重复3次。60d后，每小区小心挖出3株洗净，105℃杀青，65℃烘干粉碎用于测定各器官（根、茎、叶）干重，硼、全氮、硝态氮、铵态氮、钾含量。余下3株测定自下而上第13片叶光合速率后取样，去离子水洗净后用滤纸吸干，液氮速冻后置于-80℃冰箱保存以备测定其他指标。

　　1.2测定方法

　　用LI-6400便携式光合作用测定系统（美国LI-COR公司）测定烟株叶片的光合速率，使用红蓝人工光源，光合有效辐射为1500μmol.m-2.s-1、流量为500mol.s-1、气孔比为0.5、叶温为25。C、CO2浓度为360-385μmol.mol-1、相对湿度为70％-80％、测定的叶面积为6cm2。

　　参照张志良方法用活体法测定叶片NR活性、氨基酸、蛋白质，用Stitt等人描述的方法测定叶片葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉含量，参照方法测定烟株各器官全氮、硼、钾含量，参照汤章城方法测定烟株叶片NO 和NH 。

　　1.3数据处理

　　数据处理用SPSS13.0中Univariate软件包进行统计分析，多重比较用LSD法，用Sigmaplot9.01作图。

　　2试验结果

　　2.1不同处理对烟株各器官干重的影响

　　图中误差线上方小写字母标识表示a=0.05水平，大写字母标识表示a=0.051水平，n=3。以下各图均同。

　　图1结果显示，随着硼供应浓度增加（5μmol、20μmol、40μmol），烟株根、茎、叶干重增加。与B0处理相比，以20μM的硼供应烟株，烟株的根、茎、叶干重分别增加133.12％、142.36％、89.49％，各器官的干重增幅均达到1％的极显著水平。在此基础上增加硼供应浓度（40μmol），烟株的各器官干重继续增加，与处理B1相比，B2处理烟株根、茎、叶干重分别增加28.83％、29.12％、26.26％，均达到1％的显著水平。由此可见，缺硼严重阻碍了烟株各器官的干物重积累，缺硼烟株供应适当浓度的硼可（极）显著增加烟株各器官干物重，其中硼对烟株各器官干物重增加效应顺序为茎＞根＞叶。

　　2.2不同处理对烟株各器官硼含量及分配的影响

　　从图2可以看出，各处理烟株各器官硼含量顺序均为：叶＞根＞茎，缺硼（处理B0）可极显著降低烟株各器官的硼含量。与处理B0相比，以20μmol H3BO3供应烟株时烟株根、茎、叶硼含量极显著增加，分别增加19.45％、104.81％、260.61％，继续增加H3BO浓度（40μmol）时，烟株根和茎的硼含量无明显增加，叶片的硼含量显著增加。

　　试验结果还表明，烟株供硼量还影响到硼在烟株不同器官的分配。如图3所示，随着硼供应浓度的增加，硼在烟株根和茎中分配比例下降，叶片中分配比例增加。

　　2.3不同处理对烟株各器官钾含量及分配的影响

　　钾是烤烟重要品质因素之一，钾能有效提高烟叶的香气质和香气量及可燃率和阴燃持火力。我们研究表明，供应烟株不同浓度的硼对烟株根、茎、叶的钾素积累和分配均有显著影响（图4和图5）。随着硼供应浓度的增加（5μM-40μ molH3BO3），烟株各器官的钾素积累量增加。与B0处理相比，B1和B2烟株茎、叶钾素积累量极显著增加（1％的显著水平）。在20μmolH3BO3浓度的基础上再增加烟株硼素的供应浓度时，尽管烟株叶片钾素积累增加，但钾素在烟株叶片中的分配比例略有下降。

　　2.4不同处理对烟株各器官氮积累及分配的影响

　　图6结果显示，随着硼供应浓度的增加，烟株各器官的氮素积累呈增加趋势。与B0处理相比，B1处理烟株根、叶的氮积累极显著增加，分别增加150.00％、68.75％。若继续增加烟株供硼浓度（处理B2），均不能使烟株根、茎、叶的氮素积累量显著增加。从图7可以看出，随着烟株供硼浓度的增加，烟株增加的氮素积累主要分配在茎中，而叶片中的氮素分配呈下降趋势。

　　2.5不同处理对烟株叶片硝态氮和铵态氮含量的影响

　　由于缺硼会引起植物细胞质膜的完整性和吸收功能的下降，因此也会影响到烟株对NO3-的吸收。我们试验结果显示，缺硼烟株叶片（B0处理）NO 含量极显著（1％的显著水平）低于B1和B2处理（图8）。以20μmol H3BO3供应烟株时，与B0相比，叶片的NO 含量极显著增加，平均增加1.63mmol／gDW。在此基础上，增加烟株硼供应浓度（40μmolH3BO3），叶片的NO3-含量进一步极显著增加。

　　烟株吸收的NO 首先转化为NH ，然后再进一步合成氨基酸、蛋白质等其他含氮化合物。与烟株供应40μmol H3BO3相比，烟株缺硼时（B0处理）叶片NH 含量显著增加，随着烟株施硼浓度的增加，叶片NH 积累量下降。缺硼烟株叶片NO 含量降低、可能是缺硼烟株根系对NO 吸收能力下降，氨基酸、蛋白质合成受阻所致。

　　2.6不同处理对烟株叶片氨基酸、蛋白质含量的影响

　　从图9可以看出，随着烟株供硼浓度的增加，叶片氨基酸、蛋白质含量增加。缺硼（B0处理）可导致烟株氨基酸和蛋白质含量极显著下降（1％显著水平），供应20 μ mol和40 μ molH3BO3对烟株叶片的氨基酸含量无明显影响，却极显著增加了蛋白质含量。

　　2.7不同处理对烟株叶片NR活性的影响

　　NR是植物氮代谢过程中的限速酶［40］，其活性严重影响了植物对NO 的同化速率，进而影响了氨基酸和蛋白质的合成。缺硼烟株（B0处理）叶片NR活性极显著降低（1％显著水平），随着烟株供硼浓度的增加，烟株叶片NR活性（极）显著增强，烟株对NO 的同化能力增强（图10）。

　　2.8不同处理对烟株叶片光合作用的影响

　　从图11可以看出，缺硼（B0处理）可使烟株叶片光合速率极显著降低，叶片光合碳同化受阻，导致烟株各器官干物质积累量下降（图1）。试验结果表明，以20μmolH3BO3供应烟株时，烟株光合速率极显著增加，若再增加硼供应浓度，对烟株叶片光合速率无显著影响。

　　2.9不同处理对烟株叶片非结构糖含量的影响

　　图12、13显示，缺硼（B0处理）烟株叶片葡萄糖、果糖、蔗糖及淀粉大量积累，以20 μ mol H3BO3供应烟株（处理B1）可极显著降低烟株叶片上述非结构性糖的积累；继续增加硼供应浓度对烟株叶片葡萄糖、果糖、淀粉含量无显著影响，蔗糖含量显著增加。

　　3结论与讨论

　　3.1硼与烟株氮代谢

　　H+_ATPase在维持细胞质膜电势及NO 协同运输中扮演着重要的角色。已有研究表明，缺硼导致大豆、玉米、向日葵根系的H+ATPase活性下降，钾离子渗漏率增加，根系吸收能力减弱，烟株NR活性下降。我们研究表明，缺硼（5μmol H3BO3）烟株叶片NO 含量极显著降低，烟株各器官干物重、硼、氮、钾积累下降，烟株叶片NR活性、NO3、氨基酸、蛋白质含量下降，NH 含量增加。这可能是由于缺硼导致烟株根系细胞膜结构受到破坏，导致根系对NO 、硼、钾的吸收能力下降，吸收上述物质总量下降，同时由于NR活性下降，叶片对吸收的NO 还原能力下降，氮同化受阻，引起叶片NH 积累、氨基酸和蛋白质含量下降，最终表现为烟株各器官干物重下降。

　　3.2硼与烟株碳代谢

　　尽管硼并不能直接影响植物的光合速率，但是可以通过影响植物光合面积、气孔导度、叶片厚度来间接影响植物的光合速率。我们研究结果表明，缺硼（5μmol H3BO3）烟株叶片光合速率极显著下降，导致烟株对CO2同化能力下降，同时，烟株叶片非结构性糖（葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉）大量积累，这可能与缺硼烟株对碳水化合物在体内运输能力下降有关，也可能是缺硼烟株氮同化受阻（3.1），烟株叶片氮同化过程中所需的碳架较少，导致缺硼烟株叶片葡萄糖、果糖、蔗糖大量积累，淀粉合成增强，增加了叶片淀粉含量。

　　（作者单位：广西中烟工业公司　广西大学农学院　广东省烟草南雄科学研究所）

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