烤煙不同基因型間質(zhì)體色素含量差異與煙葉化學(xué)成分的關(guān)系

拓陽陽，趙銘欽*，金洪石，池敬姬，李元實(shí)，夏東旭，葉金果

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，國家煙草栽培生理生化基地，鄭州 450002；2.吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，吉林 延吉 133001）

優(yōu)良基因型是獲得煙葉優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的內(nèi)在因素和重要的生產(chǎn)資料，是提高煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量的重要保證[1]。煙草是一種嗜好性經(jīng)濟(jì)作物，對其質(zhì)量要求相當(dāng)嚴(yán)格，不僅要求煙葉顏色油潤、化學(xué)成分協(xié)調(diào)、香吃味俱佳，而且更注重其安全性，這就要求煙草生產(chǎn)必須以提高煙葉質(zhì)量、滿足消費(fèi)者需要為目的。煙葉中的質(zhì)體色素（葉綠素和類胡蘿卜素）不僅決定了調(diào)制后煙葉的色澤，并且其相關(guān)降解產(chǎn)物與煙葉的香氣質(zhì)量密切相關(guān)；而煙葉中化學(xué)成分是決定評吸質(zhì)量和煙氣特性等質(zhì)量特性的內(nèi)在因素[2]，同時(shí)與煙草及其制品的內(nèi)在質(zhì)量和安全性密切相關(guān)[3]。大量研究表明[4-7]，品種和環(huán)境因素共同決定了煙葉內(nèi)在質(zhì)量的優(yōu)劣。不同品種由于基因型和遺傳基礎(chǔ)不同，煙葉質(zhì)體色素及其降解產(chǎn)物和化學(xué)物質(zhì)含量也不相同。特定的生態(tài)條件是難以通過人為因素改變的，但通過篩選適于本地區(qū)生態(tài)條件的種植品種是可以實(shí)現(xiàn)的。適宜的優(yōu)良品種在特定地區(qū)種植則可以表現(xiàn)出較高的商品價(jià)值和工業(yè)利用性[5]。有研究[1]認(rèn)為只有將品種特性與各地自然條件結(jié)合起來，才能發(fā)揮優(yōu)良品種的潛力。以目前國內(nèi)6個(gè)優(yōu)質(zhì)基因型烤煙烤后樣品為研究對象，分析其質(zhì)體色素與化學(xué)成分的變化特點(diǎn)，為進(jìn)一步建立可行性評價(jià)煙葉質(zhì)量的指標(biāo)體系和提高煙葉可用性及替代性提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于 2009年在山西省平陸縣望遠(yuǎn)試驗(yàn)站試驗(yàn)田進(jìn)行。土壤質(zhì)地為粘壤土，呈紅色，土層中等厚度，肥力中等，前茬為紅薯，地勢平坦，排灌方便。行距120 cm，株距50 cm， 5月18日移栽，采用低起壟，深栽煙的栽培措施，施純氮 52.5 kg/hm2，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=l∶2∶4，各品種處理之間施肥和田間管理同常規(guī)措施。所用肥料為芝麻餅肥、煙草專用肥、過磷酸鈣、硝酸鉀。以烤煙不同基因型（即品種）為因子水平進(jìn)行單因子完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，每小區(qū)面積66.67 m2，區(qū)組設(shè)通道，四周設(shè)保護(hù)行。

1.2 供試材料

以目前國內(nèi)推廣的優(yōu)良品種豫煙5號、豫煙6號、中煙98、中煙100、云煙85、云煙87作為參試品種。

1.3 樣品的選取及測定項(xiàng)目

取各處理烤后樣C3F等級煙葉1 kg，3次重復(fù)。煙葉經(jīng)去梗、烘干、粉碎。過 60目篩，用于分析測定烤煙中的質(zhì)體色素和常規(guī)化學(xué)成分。

1.4 測定項(xiàng)目和方法

1.4.1 質(zhì)體色素的測定 采用分光光度法測定煙葉中葉綠素和總類胡蘿卜素含量[8]。

1.4.2 常規(guī)化學(xué)成分的測定 總糖含量測定采用蒽酮比色法；還原糖采用苦味酸法，總氮含量測定采用濃硫酸-雙氧水消化法；煙堿含量測定采用紫外分光光度法；鉀含量測定采用火焰光度法；氯含量測定采用銀量法。具體測定方法見參考文獻(xiàn)[9]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL2003和DPS6.55軟件。

2 結(jié) 果

2.1 不同烤煙基因型中質(zhì)體色素含量分析

2.1.1 不同基因型烤煙葉綠素含量的差異 從表 1可以看出，煙葉中的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量在基因型間存在差異性（F=110.53，19.114，31.235，P＜0.01）。從總?cè)~綠素的含量看，不同烤煙基因型中以豫煙6號含量最高，且與除中煙100外的其它烤煙基因型間差異顯著，這可能與豫煙 6號在大田后期落黃成熟較慢有一定的關(guān)系。不同烤煙烤后樣中總?cè)~綠素含量的大小順序?yàn)樵?號＞中煙100＞豫煙5號＞云煙87＞云煙85＞中煙98。

表1 不同烤煙基因型煙葉中質(zhì)體色素含量Table1 The contents of plastid pigments in the flue-cured tobacco with different genotypes

2.1.2 不同烤煙基因型中類胡蘿卜素含量的差異由表1可知，煙葉中類胡蘿卜素含量在基因型間也存在差異性（F=3877.259，P＜0.01）。從類胡蘿卜素含量來看，以中煙98含量最高，以豫煙6號含量為最低，且兩者之間差異顯著。從整體來看，不同基因型烤后煙葉中類胡蘿卜素含量大小順序?yàn)橹袩?8＞云煙85＞云煙87＞豫煙5號＞中煙100＞豫煙6號。

2.2 不同烤煙基因型間化學(xué)成分含量對比分析

2.2.1 不同烤煙基因型煙葉中總糖含量的比較分析 從總糖含量看（表2），煙葉中的總糖含量在不同基因型間差異極顯著（F=7.725，P＜0.01）。其中豫煙6號中總糖含量與云煙85和中煙100間差異顯著，且與云煙87含量差異極顯著；云煙87中總糖含量與豫煙5號差異顯著，同時(shí)與豫煙6號和中煙 98差異極顯著。不同烤煙基因型烤后煙葉中總糖含量高低順序?yàn)樵?號＞中煙100＞豫煙5號＞云煙85＞云煙87＞中煙98。

2.2.2 不同烤煙基因型煙葉中還原糖、煙堿含量比較分析 通過表2可以看出，煙葉中還原糖和煙堿含量在不同基因型間差異極顯著（F=8.014，25.142，P＜0.01）。其中，以云煙85中還原糖含量為最高，與除中煙100外的其他基因型烤煙中還原糖含量差異極顯著；煙堿含量則以中煙100為最高，中煙98含量為最低，各基因型間存在一定的差異性；還原糖與煙堿的比值大小順序?yàn)橹袩?98＞云煙 85＞豫煙6號＞云煙87＞豫煙5號＞中煙100。

2.2.3 不同烤煙基因型煙葉中總氮、總氮/煙堿比值比較分析 從表2可以看出，煙葉中總氮含量在不同基因型間差異極顯著（F=11.5，P＜0.01）。不同烤煙基因型中總氮含量以中煙100含量最高，豫煙6號含量最低；總氮與煙堿的比值大小順序?yàn)橹袩?8＞云煙87＞豫煙 5號＞中煙 100＞云煙 85＞豫煙6號。

表2 不同基因型烤煙煙葉化學(xué)成分含量Table2 Chemical composition in the flue-cured tobacco with different genotypes

2.2.4 不同烤煙基因型煙葉中鉀、氯含量比較分析由表2知，煙葉中的鉀含量在不同基因型間差異極顯著（F=17.594，P＜0.01），其中云煙 85和云煙87中鉀含量與其他基因型間差異極顯著，且云煙85和云煙87中的鉀含量差異顯著，但氯含量在不同基因型間差異不顯著，這可能與當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和不同烤煙基因型的根系吸收能力強(qiáng)弱有關(guān)。不同烤煙基因型中鉀和氯的比值大小順序?yàn)橹袩?98＞中煙100＞云煙87＞豫煙6號＞云煙85＞豫煙5號。

2.3 不同烤煙基因型中質(zhì)體色素與化學(xué)成分相關(guān)性分析

表3看出，烤煙中葉綠素a僅與總糖含量呈顯著性正相關(guān)；葉綠素b與煙堿含量呈顯著性負(fù)相關(guān)，與總氮含量呈極顯著性負(fù)相關(guān)；類胡蘿卜素與總糖含量呈顯著性負(fù)相關(guān)，但與煙堿和總氮含量呈顯著性正相關(guān)；葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量與鉀、氯含量不存在顯著性相關(guān)性。

表3 不同烤煙基因型質(zhì)體色素與化學(xué)成分的相關(guān)性分析Table3 The correlation analysis between chrotnoplast pigments and chemical composition

2.4 不同烤煙基因型中質(zhì)體色素與化學(xué)成分的通徑分析

2.4.1 不同基因型烤煙中質(zhì)體色素與總糖的通徑分析 質(zhì)體色素對烤煙總糖含量有一定的作用，為了確定各個(gè)質(zhì)體色素對總糖的直接和間接影響程度，對不同基因型烤煙中質(zhì)體色素和總糖進(jìn)行了通徑分析（表4）。結(jié)果顯示，與總糖關(guān)系最密切的是葉綠素a和葉綠素b，通徑系數(shù)（直接影響）分別為P1y=0.693699和P2y=0.44027，不同質(zhì)體色素相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)，以葉綠素 a（r1y=0.80）和葉綠素 b（r2y=0.68）為最高；類胡蘿卜素對總糖的直接影響（P3y=0.098826）也為正值，但是相關(guān)分析中類胡蘿卜素與總糖呈顯著負(fù)相關(guān)，這是由于類胡蘿卜素經(jīng)葉綠素 a（-0.62647）和葉綠素 b（-0.30462）對總糖的影響均為負(fù)值，掩蓋了類胡蘿卜素對總糖的直接影響。不同質(zhì)體色素以類胡蘿卜素對總糖的間接影響最大。

表4 不同烤煙基因型中質(zhì)體色素與總糖的通徑分析Table4 Path analysis on plastid pigments and total sugar of different genotypes of flue-cured tobacco

2.4.2 不同基因型烤煙中質(zhì)體色素與煙堿的通徑分析 表5結(jié)果表明，葉綠素b和葉綠素a與煙堿關(guān)系最密切，通徑系數(shù)（直接影響）分別為P2y=-0.77035和P1y=-0.59748，但不同質(zhì)體色素相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)以葉綠素 b（r2y=-0.79）和類胡蘿卜素（r3y=0.72）為最高；葉綠素a對煙堿產(chǎn)生直接負(fù)向作用，但在相關(guān)性分析中與煙堿的相關(guān)性相對較低，這是由于葉綠素a經(jīng)葉綠素b和類胡蘿卜素對煙堿的間接影響，掩蓋了葉綠素a對煙堿的直接影響。不同質(zhì)體色素中以類胡蘿卜素對煙堿的間接影響最大。

表5 不同烤煙基因型中質(zhì)體色素與煙堿的通徑分析Table5 Path analysis on plastid pigments and nicotine of different genotypes of flue-cured tobacco

2.4.3 不同基因型烤煙中質(zhì)體色素與總氮的通徑分析 表6結(jié)果表明，以葉綠素a和葉綠素b對總氮的關(guān)系最密切，通徑系數(shù)（直接影響）分別為P1y=-0.99094和P2y=-0.99036，但不同質(zhì)體色素相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)以葉綠素 b（r2y=-0.87）和類胡蘿卜素（r3y=0.77）為最高；葉綠素a對煙堿產(chǎn)生直接負(fù)向作用，但在相關(guān)性分析中與總氮的相關(guān)性相對較低，這是由于葉綠素a經(jīng)葉綠素b和類胡蘿卜素對煙堿的間接影響，掩蓋了葉綠素a對總氮的直接影響。不同質(zhì)體色素中以類胡蘿卜素對總氮的間接影響最大。

表6 不同烤煙基因型質(zhì)體色素與總氮的通徑分析Table6 Path analysis on plastid pigments and total nitrogen of different genotypes of flue-cured tobacco

3 討 論

（1）質(zhì)體色素又稱葉綠體色素，在高等植物中分為兩大類：一類是葉綠素，包括葉綠素a和葉綠素 b；另一類是類胡蘿卜素[10-11]。國內(nèi)外研究均表明，煙葉質(zhì)體色素的降解產(chǎn)物是所測定的揮發(fā)性香氣物質(zhì)中含量最高的成分，它們占中性揮發(fā)性物質(zhì)總量的85%～96%[12]，可見質(zhì)體色素對煙葉品質(zhì)的影響較大。王樹聲[13]研究表明，煙葉類胡蘿卜素的含量與各項(xiàng)評吸總分之間均達(dá)到顯著或極顯著正相關(guān)，說明煙葉中類胡蘿卜含量的增加對于評吸結(jié)果是較為有利的。李雪震等[14]認(rèn)為，烤后煙葉類胡蘿卜素含量不是越多越好，而以 300～400 μg/g為宜。本研究綜合分析了6個(gè)不同烤煙基因型中質(zhì)體色素的含量，發(fā)現(xiàn)在不同基因型間差異性顯著，在不同基因型間整體表現(xiàn)為總?cè)~綠素含量較高的品種，其相應(yīng)的類胡蘿卜素含量較低。

（2）煙葉化學(xué)成分是決定評吸質(zhì)量和煙氣特性等質(zhì)量特性的內(nèi)在因素。煙葉中的主要化學(xué)成分的含量及其比值，在很大程度上確定了煙葉及其制品的煙氣特性，因而直接影響著煙葉品質(zhì)的優(yōu)劣[15]。煙葉化學(xué)成分受遺傳、環(huán)境的影響較大，在不同烤煙基因型間化學(xué)成分除氯之外都達(dá)到了極顯著差異。煙草的內(nèi)在化學(xué)成分及其比值是衡量煙葉內(nèi)在質(zhì)量的重要指標(biāo)，煙葉中常規(guī)化學(xué)成分含量對煙草香吃味有重要影響[16]。佟道儒[17]認(rèn)為，烤煙總糖含量18%～23%，還原糖15%～20%，煙堿2%～2.5%，總氮1.5%～2.5%，鉀含量1%～3%，氯含量在1%以下較適宜。王瑞新[3]認(rèn)為，質(zhì)量好的煙葉，總氮/煙堿的比值應(yīng)小于1，一般為0.8～0.9為最好；還原糖與煙堿的比值接近 10的烤煙質(zhì)量最好，一般為6～10；鉀/氯比值≥4為宜。本研究的結(jié)果表明，豫煙5號、中煙100的總糖與煙堿含量均偏高，云煙85的總糖、還原糖與煙堿含量均偏高，云煙87的煙堿含量偏高，內(nèi)在質(zhì)量較差，同時(shí)綜合鉀、氯、還原糖/煙堿、總氮/煙堿與鉀/氯可知，中煙98各種化學(xué)成分相對比較協(xié)調(diào)，品質(zhì)較好，但是6個(gè)基因型中的鉀含量普遍偏低，因此提高鉀離子含量仍然是山西平陸煙區(qū)的重中之重，可以考慮從引進(jìn)新的品種、栽培技術(shù)和施肥方法的措施來考慮。

（3）從相關(guān)分析和通徑分析結(jié)果可知，通過提高葉綠素a含量可以提高總糖含量；提高葉綠素b含量可以降低煙堿和總氮含量；提高類胡蘿卜素含量可以降低總糖和提高煙堿、總氮含量；對總糖、總氮和煙堿直接影響最大的質(zhì)體色素是葉綠素a和葉綠素b；質(zhì)體色素經(jīng)類胡蘿卜素間接影響對總糖、總氮和煙堿的作用最大。因此可以通過調(diào)節(jié)烤煙的質(zhì)體色素代謝，協(xié)調(diào)好烤煙的化學(xué)成分，從而提高煙葉的可用性，但應(yīng)特別注意類胡蘿卜素的含量。

[1]謝秀晴，王漢瓊，張東明.陜西省烤煙品種布局研究[J].中國煙草，1995（1）：16-18.

[2]趙銘欽，趙輝，王文吉，等.不同基因型烤煙化學(xué)成分和致香物質(zhì)間的相關(guān)和通徑分析[J].中國煙草科學(xué)，2009，30（3）：7-12.

[3]王瑞新.煙草化學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003：4.

[4]侯文華，屈劍波，楊靜，等.優(yōu)質(zhì)烤煙品種引進(jìn)鑒定與推廣應(yīng)用[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，1993（4）：1-10.

[5]羅成剛，薛煥榮.加強(qiáng)煙草育種研究 迎接21世紀(jì)挑戰(zhàn)[C]//跨世紀(jì)煙草農(nóng)業(yè)科技展望和持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研討會論文集.北京：中國商業(yè)出版社，2001：195-198.

[6]程昌新，盧秀萍，許自成，等.基因型和生態(tài)因素對煙草香氣物質(zhì)含量的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2005，21（11）：137-139.

[7]王瑞新，馬常力，韓錦峰，等.烤煙不同品種香氣物質(zhì)成分的定量分析[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1991，25（2）：151-154.

[8]王學(xué)奎.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2006：5.

[9]鄒琦.植物生理生化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1995.

[10]趙銘欽，劉金霞，黃永成，等.煙草質(zhì)體色素與煙葉品質(zhì)的關(guān)系綜述[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23（7）：135-138.

[11]Week W W.Chemistry of tobacco constituents influencing flavor and aroma[J].Recent Advance of Tobacco Science, 1985(11)∶ 175-200.

[12]Wong J N, Bemhard R A.Effect of nitrogen source on pyrazine formation[J].Agric.food Chem, 1998(36)∶123-129.

[13]王樹聲.煙葉色素與化學(xué)成分及評吸結(jié)果的相關(guān)性[J].中國煙草，1990（4）：2l-24.

[14]李雪震，張希杰，李念勝，等.烤煙煙葉色素與煙葉品質(zhì)的關(guān)系[J].中國煙草，1988（2）：23-27.

[15]孫建鋒，劉霞，李偉，等.不同生態(tài)條件下烤煙化學(xué)成分的相似性研究[J].中國煙草科學(xué)，2006，27（3）：22-24.

[16]于建軍，龐天河，劉國順，等.烤煙香氣質(zhì)與化學(xué)成分的相關(guān)和通徑分析[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，22（1）：71-73.

[17]佟道儒.煙草育種學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1997.