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烟草硫素的研究进展

2012年12月06日 来源:烟草在线专稿 作者:辜小波
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  烟草在线专稿  摘要:在烟草生长发育过程中,需要氮、磷、钾等大量营养,同时也需要钙、镁、硫、铁、锰、钼、硼等中、微量元素。硫是仅次于N、P、K的植物第四大必需营养元素【1】。本文结合国内外的研究进展主要对硫元素对烟草的生理、影响烟草土壤硫含量的因素以及硫元素对烟草品质的影响进行了综述。

  关键词:烟草 硫素 生长 烟叶品质

  烟草是我国重要的经济作物和国民收入的重要来源。随着近年来,人们对钾肥重要性认识提高,硫酸钾施用量越来越高,给土壤带入了过量的硫素。加之过磷酸钙和有机肥中也含有一定量的硫,使烟叶中硫含量不断提高。硫过量已成为影响我国某些烟区烟叶品质的因素之一。因此,研究烟草硫素营养及其调控对增加烟叶产量、提高烟叶品质、增加经济效益具有十分重要的意义,已成为近年来烟草营养研究的热点。

  1、硫素对烟草生理的影响

  1.1 硫素在烟草上的分布

  地壳中的硫含量平均为300mg/kg,在组成地壳的105种元素中排名第17【2】。烟草体内的硫可分为有机态硫和无机态硫两大类,并且不同部位烟叶硫含量明显不同。而烟草中韧皮部长距离运输的有机硫主要是谷胱甘肽占67%,其余甲硫氨酸占27%,半胱氨酸占2%~4%【3】。绝大部分有机硫以蛋白质形式存在,少量以含硫氨基酸的形式存在,并且有机态硫的形态和含量比较稳定。

  硫元素在根、茎、叶、顶权的含量分别为0.27%,0.23%,0.45%,0.57%。另外,烟草体内硫元素含量的变化与部位密切相关。由于烟株上不同部位烟叶营养条件不同,硫元素含量也有很大差异,上部叶硫元素含量为0.52%,中部叶为0.43%,下部叶为0.41%【4】。

  1.2 硫素的吸收和运输

  烟草和其它植物一样,根系和地上部都可以吸收多种形态的硫,但主要途径是根系吸收土壤中的SO42-离子。硫在植物体内可以移动,但是这种移动十分有限,所以缺硫症状首先表现在植物的幼嫩器官【5】。硫在植株体内的移动称为再分配,通常是以无机硫即硫酸根的形式输出,在叶片成熟时,没有合成为有机硫的无机硫通过一定的循环通道进入正发育的部位被再次利用。

  根系吸收的硫可通过蒸腾流向地上部输进。硫酸盐主要在成熟叶片中光合作用下还原同化为有机物,根系蛋白质合成所需的还原硫依赖于地上部向根的运输。另外,运输来的谷胱甘肽也作为根系硫营养的一种信号,调节根系硫的吸收【6】。

  硫素的运转取决于该部位细胞组织的硫素供应以及其他部位对硫素的需求状况,一般情况下,硫素不发生移动,在代谢加强或者是硫胁迫时才会出现硫的转移。Adiputra【7】和Bell【8】的研究均表明发生硫胁迫时,从根部的液泡和成熟叶片中输出的硫的数量与需求部位的要求不一致,不能满足生长需要,因此,植物生长的各个时期都需要有硫肥的供应。

  1.3 硫素在烟草上的生理代谢功能

  硫可以作为蛋白质和酶的组成成分,它能在烟草体内进行氧化还原反应的调节。硫还能消除重金属离子对烟株的毒害,由于半胱氨酸中的巯基是一个反应性极强的基团,它能与重金属离子如铅、镉等形成稳定的螯合物,因此,对消除重金属污染具有重要的作用。硫在叶绿素形成、光合作用、氮代谢等重要生理代谢中都具有十分重要意义。硫作为烟草必需营养元索,是烟草体内一些蛋白质的成分。此外,硫和烟草根系生长、叶绿素的形成、烟草体内能量代谢和氧化还原过程都有一定关系【9】。

  1.4 硫素与氮、钼等元素的交互作用

  烟草硫与植物营养过程是一个相互联系、相互作用的复杂的生命代谢过程。它与氮、磷、钾和硒等元素的交互作用较为密切,氮、硫两元素在生理代谢,特别是蛋白质合成方面就表现出高度的互助关系。氮营养对硫代谢有强烈的影响。用白肋烟Ky14试验,SO42-供给较少时,组织中如果有机氰积累,ATP硫酸化酶活性升高。如缺氮则导致ATP硫酸化酶活性下降。硝酸还原酶是NO3-;诱导酶,缺NO3-;和缺S都抑制硝酸还原酶的活性【10】。

  硫、钼、硒和氯被植物吸收的形态都为阴离子。因而各元素之间可能有吸收的拮抗作用。有试验表明,烟草施用KCl,降低硫的吸收【11】。白肋烟温室试验下,SO42-抑制Mo的吸收.降低植株中Mo的浓度。缺Mo时SO42-影响比Mo浓度较高时更显著【12】。

  1.5 缺硫素的症状

  烟株缺硫时,由于体内蛋白质的合成受阻,叶绿体不能形成,因此,烟株缺硫首先表现的症状是生长缓慢,叶片失绿黄化。严重缺硫时,下部叶片从顶端开始干枯死亡,死叶不脱落,抑制生殖生长,现蕾迟,有些甚至不能现蕾【13】。而化学诊断首先需要选择适宜的采样时期(植物生育期)和采样部位(植物器官),由于植物幼苗期对硫的需要还不如氮、磷、钾那样多,也就是说幼苗对硫不太敏感,因此,一般作物的幼苗诊断不能说明作物是否缺硫。当植物进入营养生长与生殖生长都很旺盛的时期时,对硫的需要量明显增大,这时植物对环境中硫的状况比较敏感,是硫诊断的较好时期。由于植株体内硫酸盐远比全硫环境变化的敏感程度要强得多,即认为前者是植物缺硫诊断的较好指标。另外,由于作物体内硫含量受氮×硫交互作用的影响较大,植株体内的氮硫比是诊断作物任何生育阶段上硫素营养的可靠指标。【14】。 

  2、影响烟草土壤硫含量的因素

  传统的施肥方法,片面强调氮、磷、钾等大量营养的施用,而对中微量营养元素很少或根本不施用,长此以往,不但造成烟田土壤板结,也使病虫害逐年加剧。致使烟叶的产量下降,品质降低。由于我国烟区面积居世界第一,南北分布广.横跨热带、亚热带、南温带、北温带等,在烟区土壤硫素状况看,南方北方都存在硫的问题。南方主要是硫的缺乏问题。而北方石灰性土壤则主要是硫的有效性问题【15】。由于硫经常随一些营养元素的硫酸盐施入土壤中,有时会造成烟株中硫过量,烟叶中硫含量过高会对烟叶燃烧性产生不良影响。

  据朱英华【16】实验数据显示:田间试验供试土壤硫素含量较低(有效硫7.46kg/hm2,施用37.5,l12.5kg/hm2的硫促进烤烟生长,增产增值,其中以75.0kg/hm2用量最佳,其产量分别较不施硫的对照增加11.73,10.67;硫用量过大则烟叶品质下降,减产减值,硫用量达到225.0kg/hm2时,产量、产值分别较75.0kg/hm2的处理下降18.77%,17.14%。上等烟比例下降9.9个百分点。在供试土壤有效硫含量范围内(18.9~33.3mg/kg),增施硫素对烤烟烟叶的产量产值影响较小,未达极显著差异水平。

  施硫量增多,土壤溶液中硫含量增多,烟株同样能大量吸收硫在体内累积,植物体本身不能抑制对硫的过量吸收。施硫达到一定量以后,烟叶硫含量很缓慢增加,这不是植物体本身自我调节作用的结果,而是过量硫在土壤中各种作用过程的结果在土壤一植物系统中,硫素的输入主要有大气干、湿沉降、硫肥施用,硫素的输出主要有作物吸收、硫淋溶【17,18】。

  蔡宪杰【19】研究了单质硫对碱性植烟土壤pH值及烤烟产质量影响,结果表明:施用单质硫可明显降低土壤pH值,随单质硫施用量愈大,降低幅度愈大,土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量增加,有机质含量变化不明显,但容重有增加的趋势;施用单质硫不影响烟株前期发育,而影响成熟期,随单质硫施用量增加,株高增高,茎围增粗,适量(300~600kg/hm2)单质硫处理,烟株农艺性状较好,烟叶的经济性状较好;施用单质硫有利于烟叶钾含量的提高,施用300kg/hm2单质硫烟叶评吸质量较好;综合单质硫降土壤pH值效果及烟叶生长、农艺性状、产质量情况,在豫中碱性植烟土壤环境,建议单质硫施用量为300kg/hm2。

  3、硫素对烟叶品质的影响

  在中国烤烟种植制度中,由于烤烟需要的钾素大部分由硫酸钾提供,因此,缺硫对烟叶品质的影响目前在生产中尚不多见;相反,由于施硫过多,造成烟叶硫含量过多,品质降低的现象却时有发生。很早就有报道,烟叶硫含量过高,降低其燃烧性【20】。法国、日本、以色列等也都报道烟叶硫含量高,降低燃烧性,质量明显下降【21】。烟草中的硫含量随类型和栽培条件不同而变化,一般为0.2%~1.0%。硫也是阻燃因子,同样影响燃烧性,其对燃烧性的影响仅次于氯。缺硫或硫过量都将显著影响作物的产量和品质【22】。

  1994年利用半叶法对中国云南和贵州烟叶内在的化学品质及香吃味与硫含量关系的统计结果表明,烟叶烟碱、还原糖和烟叶施木克值均与烟叶硫含量呈负相关,评吸总分与烟叶硫含量呈显著负相关。可见,烟叶硫含量过高对香吃味不利。

  一般认为.硫稍散不足反而有利于烟叶烘烤后色泽光亮,对品质有利。但如硫过量。则使烟叶色泽黯淡,烟叶燃烧性变差.品质下降。过量硫对烟叶品质产生的负影响人们早就注意到【23】。我国的试验证明,硫酸钾增施到34kg/亩时,烟叶质量明显下降,熄火,已无使用价值【24】。由于烟草为忌氯作物。如烟叶含氯过高,则吸味差,灰色黑,特别是燃烧性下降.甚至熄火,故氯化钾不能大量作为烟草钾肥,而硝酸钾成本较高.因而。硫酸钾成了烟草钾肥的较好品种。由于烟草专用肥中使用硫酸钾,带人了大量的硫,烟草缺硫现象较为少见。一般认为.硫稍散不足反而有利于烟叶烘烤后色泽光亮,对品质有利。但如硫过量。则使烟叶色泽黯淡,烟叶燃烧性变差.品质下降【25】。

  4、烟草硫素研究展望

  由于硫元素在烟草种植,烟叶品质中的重要作用,进一步加强烟草硫素营养的研究十分必要。烟草和其它植物一样,根系和地上部都可以吸收多种形态的硫,但主要途径是根系吸收土壤中的SO42-离子【26】。土壤供硫不足时,大气中低浓度的SO2和H2S也能为烟草地上部吸收,以提供部分硫营养。植物叶片吸SO2量,与大气中SO2浓度和根区硫酸盐供给量密切相关【27】。土壤中硫来源有过磷酸钙、硫酸镀、硫酸钾、有机肥、微

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