不同密度和施氮量下烤煙化學(xué)成分與致香物質(zhì)關(guān)系的研究

張渝婕,趙銘欽,李 燕,趙東杰

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院,河南 鄭州 450002)

不同密度和施氮量下烤煙化學(xué)成分與致香物質(zhì)關(guān)系的研究

張渝婕,趙銘欽*,李 燕,趙東杰

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院,河南 鄭州 450002)

摘要：以云煙87為材料,通過相關(guān)分析、通徑分析、逐步回歸分析等方法，探討了不同種植密度和施氮量下烤煙化學(xué)成分與致香物質(zhì)的相互關(guān)系。結(jié)果表明：致香物質(zhì)含量與氮堿比呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,與鉀氯比呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；煙堿、鉀、氯、鉀氯比對新植二烯含量的影響主要由直接作用引起,總氮對新植二烯的影響主要由間接作用決定,總糖、還原糖、糖堿比和氮堿比不僅直接作用強(qiáng),而且還能輔助其他化學(xué)成分對新植二烯產(chǎn)生較大的間接作用。氮堿比、鉀、總氮、還原糖對香氣總量(除新植二烯)的影響主要取決于直接作用,煙堿和總糖對香氣總量的影響主要取決于間接作用,糖堿比、鉀氯比、氯對香氣總量的影響是由直接作用和間接作用共同引起的。

關(guān)鍵詞：烤煙；化學(xué)成分；致香物質(zhì)；相關(guān)分析；通徑分析；回歸分析

大量文獻(xiàn)[1-3]表明,煙葉內(nèi)化學(xué)成分是決定煙葉品質(zhì)的主要因素和內(nèi)在因素,可直接影響煙葉的香吃味和可用性?？緹煹闹孪阄镔|(zhì)是煙葉質(zhì)量評價(jià)的主要研究內(nèi)容,也是煙葉香氣質(zhì)量與香型風(fēng)格評價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)[4-5],目前關(guān)于烤煙致香成分的研究有很多[6-9]?？緹熁瘜W(xué)成分與致香物質(zhì)含量受遺傳因素和環(huán)境因素等諸多因素的影響,遺傳因素決定烤煙的香氣特征,環(huán)境因素影響烤煙化學(xué)成分與致香物質(zhì)含量[10-12]。種植密度和氮肥施用量都是影響煙葉生長的主要環(huán)境因素。種植密度是保證煙葉適產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要因素之一,光、溫、水、肥等生態(tài)因子在烤煙的生長過程中起著至關(guān)重要的作用,這些因子也會(huì)隨著密度的變化而改變,因此種植密度對提高煙葉品質(zhì)產(chǎn)生重要作用[13-18]。氮在烤煙生命活動(dòng)中占有極重要的地位,合理的氮施用量是保證煙葉品質(zhì)良好的基礎(chǔ),氮肥施用過多或過少都會(huì)引起煙葉品質(zhì)和可用性的下降,也會(huì)引起烤煙化學(xué)組分的變化。筆者針對不同種植密度和氮肥施用量下烤煙化學(xué)成分與致香物質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行研究,通過相關(guān)關(guān)系、通徑分析,并建立逐步回歸方程,探討了烤煙化學(xué)成分對致香物質(zhì)含量的影響,旨在為進(jìn)一步提高烤煙致香物質(zhì)的含量提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于河南省方城縣進(jìn)行,試驗(yàn)品種為云煙87；試驗(yàn)田土壤性質(zhì)見表1。試驗(yàn)采用雙因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì),種植密度(D)為主區(qū)處理,共設(shè)3個(gè)水平,分別為： D1，13500株/hm2； D2，16500株/hm2； D3，19500株/hm2。施純氮量(N)為副區(qū)處理,設(shè)3個(gè)水平,分別為： N1，45 kg/hm2； N2，60 kg/hm2； N3，75 kg/hm2。每個(gè)處理同時(shí)施用P2O590 kg/hm2、K2O 135 kg/hm2。共9個(gè)處理,3次重復(fù),隨機(jī)區(qū)組排列。70%的氮、磷、鉀肥作基肥條施,30%作穴肥；氮用量的40%由芝麻餅肥提供。按規(guī)范化栽培措施進(jìn)行田間管理。

表1　試驗(yàn)煙田土壤基本性質(zhì)

1.2指標(biāo)測定方法與數(shù)據(jù)分析方法

于中國國家煙草栽培生理生化研究基地對樣品進(jìn)行化學(xué)成分分析,化學(xué)成分測定指標(biāo)包括總糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀、氯含量，并計(jì)算糖堿比、氮堿比、鉀氯比；化學(xué)成分測定參照文獻(xiàn)[19-20]中的方法進(jìn)行；中性致香物質(zhì)測定方法參照文獻(xiàn)[21]。

采用Excel和SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同栽培密度和氮用量下烤煙的化學(xué)成分和致香物質(zhì)含量

對烤煙化學(xué)成分和致香成分含量進(jìn)行多重比較，發(fā)現(xiàn)：在種植密度增大后,還原糖、糖堿比、氮堿比顯著增大，總糖、鉀和鉀氯比呈上升趨勢且不同密度下差異不顯著,煙堿含量呈下降趨勢且差異不顯著；在施氮量增大后,水溶性總糖、還原糖、糖堿比、鉀氯比均顯著下降,總氮和氯含量隨著施氮量的增大先下降后上升,且不同施氮量下無顯著差異,煙堿含量先增大后降低且不同施氮水平間無顯著差異；新植二烯含量隨密度的增大而升高,但無顯著差異；氮用量增大后,新植二烯含量顯著增加；除新植二烯外的香氣總量在不同密度和不同氮用量下差異不顯著,高密度下的香氣總量(除新植二烯外)略高于低密度和中密度下的,中氮量和高氮量下的香氣總量(除新植二烯外)略高于低氮量下的(表2)。

表2　種植密度和施氮量對烤煙化學(xué)成分和致香物質(zhì)的影響

注：同一行不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。

2.2不同栽培密度和氮用量下烤煙的化學(xué)成分與致香物質(zhì)的相關(guān)性

對不同密度和施氮量下烤煙的化學(xué)成分與致香物質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果(表3)表明：氮堿比與新植二烯和除新植二烯外的香氣總量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；鉀氯比與新植二烯呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,與除新植二烯外的香氣總量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；密度和施氮量與總糖、還原糖、糖堿比、氮堿比、鉀氯比間都存在(極)顯著相關(guān)關(guān)系。

2.3不同栽培密度和氮用量下烤煙化學(xué)成分與新植二烯含量的通徑分析

在相關(guān)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對烤煙化學(xué)成分和新植二烯含量的關(guān)系進(jìn)行通徑分析,估算化學(xué)成分對新植二烯含量的直接作用和間接作用。由表4可知,對新植二烯直接作用明顯的化學(xué)成分有氮堿比、還原糖、總糖、總氮、糖堿比、煙堿、鉀氯比。其中還原糖與新植二烯呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,但對新植二烯起正向直接作用,這是因?yàn)檫€原糖經(jīng)總糖、糖堿比等化學(xué)指標(biāo)對新植二烯的影響均為負(fù)值,掩蓋了還原糖對新植二烯的正向直接作用。總氮與新植二烯呈正相關(guān)關(guān)系,但對新植二烯起負(fù)向直接作用,這是由于總氮經(jīng)總糖、氮堿比等化學(xué)指標(biāo)對新植二烯的影響均為正值,掩蓋了總氮對新植二烯的負(fù)向直接影響。

表3　不同密度和施氮量下烤煙化學(xué)成分與致香物質(zhì)間的相關(guān)系數(shù)

注：“*”和“**”分別表示相關(guān)性達(dá)5%和1%顯著水平。

各化學(xué)成分與新植二烯的間接作用存在差異,由間接作用總和可以看出,影響因子效果由大至小依次為：還原糖、氮堿比、總糖、總氮、糖堿比、煙堿、鉀氯比、鉀、氯。從間接作用途徑來看,還原糖、總氮、氯和鉀氯比主要通過總糖對新植二烯起間接作用,總糖、鉀、糖堿比主要通過還原糖對新植二烯起間接作用,煙堿、氮堿比分別主要通過氮堿比、糖堿比對新植二烯產(chǎn)生間接作用。

綜合化學(xué)成分對新植二烯含量的直接作用和間接作用結(jié)果可得,化學(xué)成分中煙堿和鉀氯比主要起直接作用,總氮主要起間接作用,總糖、還原糖、糖堿比和氮堿比不僅對新植二烯直接作用強(qiáng),而且在輔助其它化學(xué)成分對新植二烯的影響上呈現(xiàn)較大的間接作用。

表4　烤煙化學(xué)成分與新植二烯間關(guān)系的通徑分析結(jié)果

2.4不同栽培密度和氮用量下烤煙化學(xué)成分與香氣總量(除新植二烯)的通徑分析

通徑分析結(jié)果(表5)顯示：總糖與香氣總量(除新植二烯)呈正相關(guān)關(guān)系,但其對香氣總量(除新植二烯)的直接影響為負(fù)向作用,這是由于總糖經(jīng)氯、糖堿比等化學(xué)成分對香氣總量(除新植二烯)的影響均為正值,掩蓋了總糖對香氣總量(除新植二烯)的負(fù)向直接影響；煙堿與香氣總量(除新植二烯)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,但對香氣總量(除新植二烯)的直接影響為正向作用,這是由于煙堿經(jīng)糖堿比、氮堿比等化學(xué)成分對香氣總量(除新植二烯)的影響均為負(fù)值,掩蓋了煙堿對香氣總量(除新植二烯)的正向直接影響。

對香氣總量(除新植二烯)直接影響效果較強(qiáng)的化學(xué)指標(biāo)依次為：糖堿比、鉀氯比、氯、氮堿比、總糖、煙堿、鉀、總氮。由間接作用總和(表5)可看出,間接影響效果由大至小的化學(xué)指標(biāo)依次為：煙堿、糖堿比、總糖、鉀氯比、氮堿比、氯、鉀、總氮、還原糖。從間接作用途徑來看,總糖、還原糖、煙堿、鉀、氮堿比和鉀氯比主要通過糖堿比對香氣總量(除新植二烯)起間接作用,氯和氮堿比主要通過鉀氯比起間接作用,總氮主要通過氯產(chǎn)生間接作用。

綜合分析化學(xué)成分對香氣總量(除新植二烯)的作用可得,化學(xué)成分中氮堿比、鉀、總氮主要起直接作用,煙堿和總糖主要起間接作用,糖堿比、鉀氯比、氯不僅對香氣總量直接作用強(qiáng),而且在輔助其它化學(xué)成分對香氣總量(除新植二烯)的影響上呈現(xiàn)較大的間接作用。

表5　烤煙化學(xué)成分與香氣總量(除新植二烯) 間關(guān)系的通徑分析結(jié)果

2.5逐步回歸模型的建立

分別以測定的化學(xué)成分指標(biāo)為自變量(x1～x9),以致香物質(zhì)新植二烯含量(y1)、除新植二烯外的香氣總量(y2)為因變量,采用逐步回歸分析方法,建立描述烤煙化學(xué)成分指標(biāo)與致香成分含量關(guān)系的 “最優(yōu)”回歸模型。新植二烯與化學(xué)成分的回歸方程為y1=1161.619-45.217x1+47.929x2-267.971x6+413.104x8-191.148x9,香氣總量(除新植二烯)與化學(xué)成分的回歸方程為y2=125.263+19.943x2-111.755x4-16.058x5-46.432x7+323.111x8。對上述回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果(表6和表7)顯示：兩個(gè)回歸模型的F值都達(dá)到了極顯著水平；入選化學(xué)成分的回歸系數(shù)均達(dá)到了極顯著水平；兩個(gè)方程的R2值分別為0.644、0.581,說明新植二烯回歸模型能解釋64.4%的因變量變化,香氣總量的回歸模型能解釋58.1%的因變量變化,線性方程的擬合度較好；殘差診斷Durbin-Watson統(tǒng)計(jì)量d分別為1.664和1.298,接近于2,表示殘差相互獨(dú)立,故所建回歸方程具有一定的參考性。

表6　烤煙化學(xué)成分與致香物質(zhì)回歸模型的方差分析結(jié)果

表7　烤煙化學(xué)成分與致香物質(zhì)回歸模型的系數(shù)

3討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，種植密度的增大可使烤煙總糖、還原糖、鉀含量增加,糖堿比、氮堿比和鉀氯比增大,這與前人的研究結(jié)果[22-25]一致；本研究顯示密度增大后總氮無顯著差異,這與前人的研究結(jié)果不同,這可能與施氮量和密度互作對總氮的影響有關(guān),由相關(guān)系數(shù)可判斷施氮量對總氮的影響大于密度對總氮的影響且密度與總氮間存在一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系。施氮量增大可引起總糖、還原糖、糖堿比與鉀氯比的顯著下降。密度增大后新植二烯含量上升；氮用量增大后新植二烯含量顯著升高；除新植二烯外的香氣總量在不同密度和施氮量下差異不顯著。

綜合相關(guān)分析、通徑分析和回歸分析結(jié)果可得,總糖、還原糖、氮堿比和鉀氯比是影響新植二烯含量的4個(gè)主要化學(xué)成分指標(biāo),提高還原糖和氮堿比、降低總糖和鉀氯比皆可促進(jìn)新植二烯含量的升高。糖堿比、氮堿比和鉀氯比是影響香氣總量(除新植二烯)的3個(gè)主要化學(xué)成分指標(biāo),降低鉀氯比、提高氮堿比是提升香氣總量(除新植二烯)的有效途徑。

通徑分析結(jié)果顯示：煙堿、鉀、氯、鉀氯比與新植二烯的相關(guān)性是由直接作用引起的,總氮與新植二烯的相關(guān)性主要由間接作用引起,總糖、還原糖、糖堿比和氮堿比與新植二烯的相關(guān)性是由直接作用和間接作用共同引起的。氮堿比、鉀、總氮、還原糖與除新植二烯外的香氣總量的相關(guān)性主要是由直接作用引起的,煙堿和總糖與香氣總量的相關(guān)性主要是由間接作用引起的,糖堿比、鉀氯比、氯與香氣總量的相關(guān)關(guān)系是由直接作用和間接作用共同引起的。這說明,化學(xué)成分對新植二烯和香氣總量的影響是綜合作用的結(jié)果,因此,要提高香氣物質(zhì)含量可通過平衡化學(xué)成分來達(dá)到,如增加氮堿比和降低鉀氯比,可有效提升香氣物質(zhì)含量。

所建立的描述化學(xué)成分指標(biāo)與新植二烯、除新植二烯外的香氣總量間關(guān)系的兩個(gè)多元線性回歸方程以及入選自變量的回歸系數(shù)都達(dá)到了極顯著水平,這對烤煙化學(xué)成分與香氣物質(zhì)相關(guān)關(guān)系的進(jìn)一步解釋提供了一定的理論依據(jù)。

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(責(zé)任編輯：黃榮華)

Relationship between Chemical Components and Aroma Components of Flue-cured Tobacco under Different Planting Densities and Nitrogen Fertilizer Application Rates

ZHANG Yu-jie, ZHAO Ming-qin*, LI Yan, ZHAO Dong-jie

(College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

Abstract：Relationship of chemical components and aroma components of flue-cured tobacco in different planting density and nitrogen fertilizer application was investigated by correlation analysis, path analysis, regression analysis in two-factor split plot experiment with the material of Yunyan 87. The results showed that the aroma components existed extremely significant positive correlation with the ratio of total nitrogen to nicotine, while there were significant or extremely significant negative correlation with the ratio of potassium to chlorine. The effects of nicotine, potassium, chlorine contents and the ratio of potassium to chlorine on neophytadiene proportion were mainly direct, while total nitrogen contents existed mainly indirect effects on neophytadiene proportion, the total sugar, reducing sugar contents, the ratios of reducing sugar to nicotine and the ratios of total nitrogen to nicotine not only existed intense influence on neophytadiene content, but also assisted the other chemical components to reinforce their indirect influence. The ratios of total nitrogen to nicotine, total nitrogen, potassium, reducing sugar contents and aroma amount (except neophytadiene content ) depended mainly on the direct impacts, while the impact on the nicotine and total sugar contents and aroma amount (except neophytadiene content ) were mainly indirect. The ratios of reducing sugar to nicotine, the ratios of potassium to chlorine, chlorine content and aroma amount were affected by direct and indirect effects together.

Key words：Flue-cured Tobacco; Chemical components; Aroma components; Correlation analysis; Path analysis; Regression analysis

收稿日期：2015-11-19

基金項(xiàng)目：吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司項(xiàng)目(JY2013001)。

作者簡介：張渝婕(1990─),女,重慶開縣人,碩士研究生,主要從事煙草栽培生理生化研究。*通訊作者：趙銘欽。

中圖分類號(hào)：S572.01

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-8581(2016)04-0043-05