光照强度对雪茄烟叶片组织结构及内源激素含量的影响

吴晓颖 高华军 王晓琳 吴元华 张娟 刘好宝 马兴华

摘要：遮荫栽培是雪茄外包皮烟叶生产的关键栽培技术。为明确低光强对叶片形态结构的影响及其生理机制，在室内模拟条件下，以雪茄品种H382为材料，设置高中低3个光照强度，分别为T200[20015umol（m2s）]T100[100：15umol（m2s）和T50[5Ot5umol/（m2-s）]，研究了光强对雪茄叶片的形态特征、叶片组织结构及内源激素含量的影响。结果表明，随光强降低，叶长、叶宽、叶面积及比叶面积显著增加，单叶干质量和比叶重显著降低，植株干物质积累量显著降低。低光照强度T0）的叶片叶绿素含量低于中、高光照强度处理。中、低光强的叶片上、下表皮厚度低于高光强处理，随光强减弱栅栏

组织变薄，海绵组织厚度表现为12001T501100，T50处理叶片的海绵组织细胞间隙大，组织疏松。光强减弱，叶片生长素（IAA）和脱落酸（ABA）含量显著降低，但赤霉素（GA）含量却增加，而玉米素（2t）含量呈先增加后降低趋势。可见，低光强一方面提高GA含量，降低ABA含量，促进叶片发育;另一方面降低IAA含量和叶绿素含量，最终叶片变薄，干物质积累量减少。

关键词：雪茄;光照强度;叶片组织结构;内源激素含量

雪茄外包皮（茄衣）烟叶是雪茄的外衣，是雪茄的精华部分，雪茄外包皮烟叶质量的优劣，是衡量雪茄烟质量和档次的重要因素之一。因此雪茄对外包皮烟叶的质量要求较高，优质雪茄外包皮烟叶应该具有大小适中、叶型较宽、叶脉细而不突、叶片薄且完整度好、无斑点或孔洞、组织细密、颜色均匀一致、弹性好、拉力强、燃烧均匀等质量特征。遮荫栽培是提升雪茄外包皮叶片质量的关技术。通过遮荫栽培，烟叶较薄且组织结构细腻，符合高质量的雪茄外包皮烟叶的要求。

光是农业生产中最重要的环境因子之一，不仅是植物进行光合作用的驱动力，也是作物生长和产量形成的基础。研究显示，遮荫促进了植物的营养生长，变化最明显的是植物进行光合作用的主要器官一叶片。叶片形态具有高度可塑性，为了适应光环境，植物可以产生叶片水平上的形态和生理变化。已有研究表明，弱光处理导致樱桃萝ト新叶片叶绿素含量下降，大豆净光合速率（P）下降;长期弱光条件导致马铃薯叶片变薄，叶面积变小;遮荫下棉花子叶期子叶变薄，栅栏组织和海绵组织厚度减小，细胞间隙增大。

遮荫栽培是生产优质雪茄外包皮烟叶的关键特色技术，但关于光强对雪茄叶片生长发育的影响机理研究尚少。本文旨在通过模拟试验，从叶片形态建成与组织结构、叶绿素含量及内源激素含量等方面解析光强对叶片生长发育影响的生理机制，丰富雪茄遮荫栽培理论与技术。

1材料与方法

1.1试验材料

供试雪茄烟品种为BESNOH382，由中国烟草总公司海南省公司海口雪茄研究所提供。

1.2试验设计

试验于2019年7-10月在中国农业科学院烟草研究所青岛试验基地进行。采用托盘育苗方式培育烟苗，长至6叶1心时，选取长势一致的烟株移栽至塑料花盆，放置于人工气候室进行光照处理。人工气候室昼夜温度分別为28℃和24℃，相对湿度为（60士5）%，光周期为昼夜15h9h。设置高中低3种光照强度，分别为T200[200：15umol（m2s），T100[10015mol（m2s）]和T50[5015mol（m2s）]。采用可升降的LED红蓝光源控制光强（RB：3.52），利用光合作用测定仪（L-6800，LI-COR，美国）测定其有效辐射强度。每个光强处理种植24盆，处理前标记新生叶片，光照处理10d后对该叶片进行样品采集和指标测定。烟苗生长过程中水分供应充足。

1.3测定项目与方法

.3.1生物量与比叶重的测定光照处理10d，每个处理随机采集3株，收获完整植株，水洗去除根部土壤，擦净水分后，根、茎、叶分别测定鲜質量然后105℃杀青0.5h，80℃烘干，称干质量，计算生物量。另选3株烟苗的标记叶片，测量叶长叶宽后称单叶鲜质量，并用数码相机和Adobe Photoshop C（2019软件2测量叶片面积，然后80℃烘干测定干质量。比叶重（g/m2）=叶片干质量（g）/叶片面积（cm2）;比叶面积（m2/g）=叶片面积（cm2）叶片干质量（g）

1.3.2叶片光合色素含量测定每个处理随机采集3片标记叶片，用直径为12.5mm的打孔器打孔（避开叶脉），剪成约1mm细丝状，放入盛有5mL80%的丙酮溶液的刻度试管中，参照舒展等1的方法进行测定和计算色素含量。

1.3.3叶片组织结构分析处理10d后随机选取3片标记叶，打孔取样，放入70%的FAA固定液（甲醛、冰醋酸、酒精体积比5：5：90）中4℃保存。用乙醇溶液梯度脱水，石蜡包埋切片，番红（1%）固绿（0.5%）染色，光学显微镜（LEICADMC2900，中国）下观察，并捕获观图像。用Image J测量叶片上、下表皮、栅栏组织、海绵组织厚度，计算叶片厚度。

1.3.4叶片内源激素含量测定将取得的叶片样品迅速用液氮处理后，置-80C冰箱保存，供测定植物激素用。叶片中生长素（IAA）、脱落酸（ABA）、赤霉素（GA3）、玉米素（Z）含量采用HIPLC-MS/MS方法进行检测。

1.4数据分析与处理

采用Excel2019软件对数据进行统计分析和作图，SAS9.1进行单因素方差分析（One-way ANOVA），采用LSD法比较处理间的差异显著性<0.05）。

2结果

2.1光照强度对雪茄烟叶片形态建成和物质积累的影响

表1示出，T100和T50处理的叶长、叶宽、叶面积值均大于T200，且T100与T200间差异显著。与200相比，T100和T50叶长分别增加11.11%和3.86%6，叶宽分別增加12.73%和8.18%，叶宽对弱光的响应更明显。随光强降低，单叶干质量和比叶重显著降低，相反，比叶面积显著增大。T50的根系鲜质量显著低于T100和T200，但各处理的茎秆和叶片及植株鲜质量无显著差异。T50的根系干质量显著低于T100和1200，茎秆和叶片的干质量及整株的干质量随光强降低而显著降低。可见，光照强度显著影响了叶片形态建成和物质积累，低光强通过增加叶长和叶宽提高了叶面积，但降低了器官干物质积累量。

2.2光照强度对雪茄烟叶片叶绿素含量的影响

由表2可知，光照强度显著影响了叶绿素a含量，T50处理分比200和T100低22.4%6和249%，T100高于T200，但差异不显著;光照强度对叶绿素b含量无显著影响。由于低光照强度显著降低了叶绿素a的含量，因此叶绿素a+b含量和叶绿素a/b均表现为T50处理显著低于其他处理。说明，低光照强度通过降低叶绿素a的含量降低了总的叶绿素含量，进而影响了叶片的光合作用。

2.3光照强度对雪茄烟叶片组织结构的影响

光照强度对叶片组织结构影响显著（表3、图1）。随光强降低，叶片上、下表皮厚度显著降低T50和1T100上表皮厚度分别仅为1200的52.5%和49.1%，下表皮厚度仅为47.5%和39.4%，但T50和T100处理间无显著差异。随光强降低，叶片栅栏组织厚度显著降低，且排列由紧密、规则逐渐变为疏松、无序（图1）。对海绵组织及叶片总厚度而言，T100处理的厚度最小，T50次之，T200最厚处理间差异显著。可见，光强对叶片各组织结构具有显著影响，光强减弱，各组织厚度降低，排列趋向疏松;而更低光强通过进一步增加海绵组织的细胞间隙，使其排列更加疏松（图1），提高了海绵组织厚度。

2.4光照强度对雪茄烟叶片植物源激素的影响

由图2可知，低光强处理显著降低了叶片生长素（IAA）的含量，T50处理分別比T100和T200降低了28.49%6和29.9%。随光强减弱，叶片脱落酸（ABA）含量逐渐下降，处理间差异显著。赤霉素（GA3）含量对光强变化的响应趋势与IAA和ABA相反，光强越低，GA3含量越高。玉米素（Z）含量T100处理最高，其次是T200处理，T50处理含量最低，处理间差异显著。

3讨论

光是影响植物生长发育的重要环境因素，光照的变化会影响植物的生长、形态、解剖、生理和细胞生物化学的各个方面，植物也通过这种改变适应不同的光环境，维持一定的光合能力和生命活动1。作为植物制造有机物的重要器官，叶片的形态和功能影响着植物的物质生产能力。其中，叶大小可以影响植物对光的截取和碳获取能力，并且在不同生境中差别很大，具有较大的可塑性。本研究结果表明，光强对叶片大小和结构具有显著影响，随光强降低，叶长叶宽增加，叶面积增加，说明在低光照强度下，叶片通过增加受光面积来维持光合能力是一种主动适应弱光环境的策略。比叶面积表示的是获得一定干物质所需要的捕光表面积。本研究中，随光照强度的降低，比叶面积显著增加，说明低光强条件下雪茄叶片的光拦截效率较高1。叶片结构的可塑性是衡量植物适应光环境改变的重要指标。研究认为，叶片变薄、表皮结构发达、海绵组织疏松是叶片适应弱光的一种适应特性。本研究结果表明，隨光照强度的弱，叶片厚度明显变薄，上下表皮厚度、栅栏组织和海绵组织厚度均降低，而且组织排列疏松，说明雪茄叶片在组织结构上对弱光环境做出了适应性改变，特别是低光照处理（T50），为进一步适应弱光胁迫，组织结构变化更加剧烈，栅栏组织细胞空隙更大，排列更疏松（图1）。叶肉细胞是叶绿体的储存场所，是进行光合作用的主要场所，因此光强减弱造成的栅栏组织厚度降低将影响叶片的光合能力。同时本研究发现光强减弱导致叶片叶绿素含量下降（表2）。因此，虽然低光强增加了叶片的捕光面积和光拦截效率，但在光强减弱、栅栏组织厚度减小和叶绿素含量降低等因素的共同作用下光合能力最终可能下降，表现为低光强处理的植株干物质积累量较少（表1）。植物内源激素在调控植物生长发育中起着重要作用。研究表明，植物在遇到逆境或光照胁迫时植物体内各种激素会发生不同程度的升高或降低，调节植物生理活动22。前人研究发现，遮荫降低了叶片中IAA、GA3、Zt的含量，提高了ABA的含量。本研究结果表明，光强对叶片内源激素含量具有明显影响，IAA的含量随光强减弱而降低，这与上述研究结果一致，但ABA含量随光强减弱表现为降低，GA3含量随光强减弱增加，玉米素（Zt含量随光强减弱呈先增加后降低趋势，以T100处理最高，这可能是叶片响应弱光胁迫的一种方式。ABA主要对细胞的分裂与伸长起抑制作用，抑制根、茎、叶等器官的生长2，叶片ABA含量减少有利于减弱对叶片生长的抑制作用。GA3具有促进叶片生长、维持叶片功能的作用，GA3含量升高促进了叶片的生长2。玉米素是细胞分裂素的一种，具有通过促进细胞横向生长扩大细胞体积的作用。本研究中，玉米素含量随光照强度降低呈先增加后降低的趋势，特別是在（5015）umol/（m2-s）光强下含量显著低于其他光强，主要是由于此光强近乎黑暗环境在这种条件下可能造成了玉米素合成基因的下调或降解基因的上调2。因此在不同内源激素的协同作用下，促进了低光照条件下叶片的伸长和增宽提高了叶面积。

4结论

光照强度对雪茄叶片生长及内源激素含量具有显著影响。与高光照强度相比，中低光照强度提高了叶片GA3和t等内源生长素的含量，促进了片的生长，具有较大的叶长、叶宽和叶面积，提高了捕光面积，降低了叶片厚度、叶绿素含量和干物质积累量。本试验条件下，（00生15）umol（m2s）光强有利于雪茄叶片形态和叶片组织结构建成。

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