1. 引言
钾是烟株最重要的矿质营养元素之一，在植物的器官和组织中大量存在，有促进烟株生长、改善烟叶品质、增加卷烟的抽吸性和安全性的作用。钾主要以离子和可溶性盐形态单独存在于植物的细胞质和液泡内，不与有机化合物结合 [1] 。植物体内钾离子浓度显著高于其他离子的浓度，由于它也是烟株吸收和需求量最大的元素，因此在植物体内的钾离子浓度远高于土壤环境中的钾浓度 [2] 。有研究表明，钾离子是影响植物细胞渗透势的重要物质之一，能够通过调节细胞与外界环境的渗透压，对细胞活力有显著增强作用，进而提升烟株的保持和吸收水分的能力 [3] 。赵晖等 [4] 研究发现，施用钾肥对烟株的根系活力有明显提升，对烟叶的叶质重以及干物质的积累有显著的提升，显著的促进了烟株的生长发育进程。目前对于提升烤烟烟叶中的钾含量的研究还集中在宏观层面，鲜见关于烟叶细胞差异对钾含量的影响的研究报道。本文以烤烟品种中烟100为材料，研究不同地区烤烟细胞微观形态以及钾含量的差异，对进一步加深细胞微观形态结构与钾含量的关系认识提供理论依据。
2. 材料与方法
2.1. 试验材料
以河南许昌襄县、洛阳洛宁、平顶山郏县三个植烟区种植的中烟100为试验材料，以适熟期的中部叶(叶位8~12)为研究对象，分别取对应地区的鲜烟叶用于透射电镜检测分析，取对应地区的烤后烟叶用于测定分析。
2.2. 试验检测方法
2.2.1. 烟叶微观结构的观测与量化
在鲜烟叶主脉中部附近切下2 mm × 2 mm的叶片，以4%戊二醛前固定，再使用锇酸固定，进行清洗梯度脱水，置换渗透包埋处理，切片染色后，使用JEM-1400日本透射电镜观测。运用像素比值法 [5] [6] 对每个图像中的细胞指标进行量化处理。
2.2.2. 烤烟叶片钾含量的测定
采用火焰光度法(YC/T 217-2007)对烤烟钾含量进行测定。
2.3. 数据处理
采用Adobe Photoshop CC 2015软件对细胞超微图像进行量化分析，采用SPSS25.0软件对数据进行方差分析和Pearson相关性分析。
3. 结果与分析
3.1. 烤烟不同地区钾含量的对比
对不同地区烟叶钾含量的多重比较如表1所示。许昌襄县、洛阳洛宁、平顶山郏县的烤烟间钾含量差异显著(5%水平)，表现为平顶山郏县显著高于许昌襄县显著高于洛阳洛宁。平顶山郏县与许昌襄县的烤烟钾含量极显著高于洛阳洛宁(1%水平)。
Table 1. Potassium content of flue-cured tobacco in different regions
表1. 烤烟不同地区钾含量
注：同列数字大写字母表示数据差异极显著(P < 0.01)，小写字母表示数据差异显著(P < 0.05)。
3.2. 烤烟不同地区叶片细胞超微结构
对不同地区中部烟叶的细胞超微结构进行多重比较，结果如表2所示，平顶山郏县的细胞面积最大，细胞周长最大，洛阳洛宁的细胞面积和细胞周长最小，且平顶山郏县的细胞面积与周长均显著大于洛阳洛宁的烟叶；平顶山郏县的液泡面积最大，且极显著高于许昌襄县和洛阳洛宁；平顶山郏县的液泡面积与细胞面积的比例最大，许昌襄县最小，且平顶山郏县极显著大于许昌襄县；许昌襄县的细胞壁厚度最大，洛阳洛宁的细胞壁厚度最小，且许昌襄县和平顶山郏县的细胞壁厚度极显著大于洛阳洛宁。
Table 2. Leaf ultrastructure indexes of flue-cured tobacco in different regions
表2. 烤烟不同地区叶片超微结构指标
注：同列数字大写字母表示数据差异极显著(P < 0.01)，小写字母表示数据差异显著(P < 0.05)。
3.3. 描述性统计分析
对烤烟烟叶细胞结构量化结果和烟叶中钾离子含量指标进行描述性统计分析，结果见表3。细胞指标的变异系数大小依次为液泡面积 > 细胞面积 > 细胞周长 > 液泡占比 > 细胞壁厚度。除液泡面积和液泡占比偏度系数大于0，为右偏峰外，钾含量以及其余细胞指标均小于0，为左偏峰，且细胞周长和钾含量的偏度系数较大，说明偏态分布较显著；峰度系数中，除细胞壁厚度指标小于0，为平阔峰，数据较为分散外，其余指标峰度系数均大于0，为尖削峰，数据集中分布。因此，细胞的微观结构指标和钾含量的数据均呈正态分布，表明数据具有较好的稳定性，统计学意义较好。
Table 3. Quantitative results of tobacco leaf cell microstructure and descriptive statistics of potassium content in different regions
表3. 烤烟烟叶细胞微观结构量化结果与钾含量描述性统计
3.4. 烤烟叶片细胞超微结构与钾含量的相关性
由表4可知，三个地区的烤烟中部叶细胞面积、细胞周长、液泡面积、液泡占比与钾含量均表现为极显著正相关关系，细胞壁厚度与钾含量表现为不显著正相关关系。细胞面积越大，细胞周长越大，液泡面积和液泡占比越大，钾含量越高。
Table 4. Correlation analysis between cell ultrastructure and potassium content
表4. 细胞超微结构与钾含量的相关性分析
注：*和**分别表示在P < 0.05和P < 0.01水平的相关性具有统计学意义。
4. 结论与讨论
钾是决定烤烟叶片质量的重要元素之一，具有调节细胞中酶的活性、参与植物光合作用、维持细胞中其它离子的稳定状态、促进物质合成的作用，能够显著提高烤烟烟叶的燃烧特性和抽吸的安全性，对烟叶的香味、吃味也有显著提升作用，是影响与衡量烟叶品质的优劣的关键指标之一 [7] [8] 。
本研究表明，不同地区间，同一品种的烤烟烟叶中钾含量差异显著。这可能主要由于不同地区间，土壤速效钾含量以及气候条件的差异导致的。王程栋等 [9] 与陈伟等 [10] 研究结果表明，土壤中的速效钾含量越高，烟叶的钾含量越多；张娟 [11] 等研究认为，植烟区的降水分布情况越接近烤烟对水分的需求规律，在该植烟区的环境下的烤烟烟叶中的含钾量就越多。
本研究通过对细胞微观结构指标与钾含量的相关性分析发现，钾含量与细胞的微观结构密切相关。表现为，钾含量高的烟叶，细胞的面积、周长和液泡面积也更大。这可能主要由于细胞面积和液泡面积越大，细胞膜的比表面积越多，传输和转运钾离子的效率越高 [12] 。并有研究指出，钾含量高的烟株，其抗低钾胁迫的能力也更高，抗氧化酶系统更好，在逆境情况下，能够及时清除会对细胞膜结构产生破坏的ROS，使其细胞膜完整程度也较高 [13] 。
因此，烤烟烟叶的钾含量受细胞微观结构的影响显著。钾含量高的烤烟烟叶，在其微观结构中表现为细胞面积和液泡面积更大，且为极显著正相关关系。
基金项目
河南中烟工业有限责任公司资助项目(2019410001340094)。
参考文献
NOTES
*共一作者。
#通讯作者。