植物葉片衰老機(jī)理及在煙葉生產(chǎn)上的應(yīng)用

楊 樹 勛

（甘肅省煙草公司隴南市公司，隴南 746000）

20世紀(jì)60年代以來(lái)，許多科學(xué)家對(duì)高等綠色植物葉片衰老機(jī)理及影響因素進(jìn)行了大量研究，并取得了很大進(jìn)展，形成了自由基傷害學(xué)說(shuō)、內(nèi)源激素調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)和細(xì)胞程序性死亡學(xué)說(shuō)等理論［1］。研究表明，植物葉片的衰老伴隨衰老發(fā)生的生化代謝和生理過(guò)程變化以及隨植物衰老進(jìn)程發(fā)生的外部形態(tài)特征改變，均是由一群衰老相關(guān)基因的特異性有序表達(dá)及其環(huán)境因子協(xié)同作用的結(jié)果［2］。近年來(lái)，關(guān)于高等綠色植物葉片衰老的生理變化及其影響因素的研究越來(lái)越深入，許多理論已應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)增產(chǎn)、增收做出了積極的貢獻(xiàn)。

煙葉作為一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，其葉片不但是光合作用的營(yíng)養(yǎng)器官，也是卷煙生產(chǎn)的原料。煙葉在田間生長(zhǎng)成熟后其葉片要進(jìn)行采摘和烘烤，從成熟到采摘及烘烤過(guò)程實(shí)際是葉片衰老的過(guò)程。與大多數(shù)農(nóng)作物不同，研究作物衰老的目的是如何延緩衰老以提高產(chǎn)量，而在煙葉采摘及烘烤方面，是根據(jù)葉片衰老機(jī)理及利用影響葉片的衰老因子，促進(jìn)采收的葉片在烤房?jī)?nèi)衰老，以促進(jìn)葉片內(nèi)含物降解向有利于吸食的方向轉(zhuǎn)化，使烤后煙葉達(dá)到最佳質(zhì)量要求。本文主要綜述植物葉片衰老機(jī)理及影響因素的最新研究進(jìn)展，以及探討如何利用葉片衰老機(jī)理服務(wù)于煙葉生產(chǎn)。

1 高等綠色植物葉片衰老的生理生化變化

植物葉片都要經(jīng)過(guò)葉芽發(fā)生、旺盛生長(zhǎng)、生理成熟、衰老、死亡過(guò)程。植物葉片生理成熟后就進(jìn)入衰老死亡期，衰老從外觀上表現(xiàn)出的是葉色由綠變黃、再到枯黃、再變褐，最終成為枯葉死亡的過(guò)程。同時(shí)其內(nèi)部伴隨著蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、葉綠素含量和光合速率、各種酶及內(nèi)源激素等的變化。

1.1 葉片衰老過(guò)程中蛋白質(zhì)含量的變化

蛋白質(zhì)是植物組織的重要組成部分，蛋白質(zhì)降解是葉片衰老的基本特征。隨著植物葉片的衰老，蛋白質(zhì)合成速度下降，降解速度增加，蛋白質(zhì)含量下降。左天覺等［3］指出，煙葉衰老時(shí)，被水解了的蛋白質(zhì)是煙葉進(jìn)行光合作用的RuBP羧化酶，它是一個(gè)主要的葉片蛋白質(zhì)組分，其他的酶及非結(jié)構(gòu)蛋白也被水解，衰老過(guò)程中蛋白質(zhì)水解酶的比活增加150%以上。Ray等［4］指出，隨著葉片衰老，蛋白水解酶的活力逐漸增加，并且降解的主要是可溶蛋白質(zhì)中的部分Ⅰ蛋白，也就是核酮糖二磷酸（RuBP）羧化酶。吳光南等［5］指出，蛋白質(zhì)降解是葉片衰老的基本特征，水稻葉片在抽伸過(guò)程中蛋白質(zhì)含量增加，抽伸完畢時(shí)達(dá)最高值，然后在衰老過(guò)程中下降，證實(shí)了蛋白質(zhì)合成和降解是葉片生長(zhǎng)和衰老的基本特征。宋松泉等［6］以水稻離體葉片進(jìn)行試驗(yàn)表明，隨著離體葉片衰老的開始和進(jìn)程，葉片中氨肽酶和內(nèi)肽酶活性顯著增加，因而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的水解作用加強(qiáng)，可溶性蛋白質(zhì)含量下降。在葉片衰老過(guò)程中，蛋白水解酶與底物接近程度的改變也可影響蛋白質(zhì)的降解速度。Matile等［7］認(rèn)為，在正常情況下蛋白水解酶與底物位于不同的區(qū)間，但進(jìn)入衰老后，它們被逐漸釋放到細(xì)胞質(zhì)，從而促進(jìn)了蛋白質(zhì)的降解。所以葉片進(jìn)入衰老后，一是蛋白質(zhì)合成速率降低；二是蛋白水解酶比活上升；三是蛋白質(zhì)水解酶與底物在空間上接近，三者共同改變的結(jié)果［8］。丁文明等［9］認(rèn)為，伴隨著葉片的衰老，可溶性蛋白質(zhì)含量下降，氨基酸總含量上升。

1.2 葉片衰老過(guò)程中葉綠素含量及光合速率的變化

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的組織，葉片中葉綠素含量的多少代表著植物生命的旺盛程度。研究表明，葉綠素含量與生命的旺盛程度為正相關(guān)，與衰老之間為負(fù)相關(guān)。葉片衰老最明顯的表現(xiàn)就是葉綠素逐漸消失，葉片發(fā)黃。聶先舟等［10］報(bào)道，水稻離體葉片隨著離體天數(shù)的增加，葉綠素含量下降，衰老加深。在活體內(nèi)所有的葉綠素都以葉綠素-蛋白質(zhì)復(fù)合物的形式存在，結(jié)合于類囊體膜上，在衰老過(guò)程中隨著蛋白質(zhì)的降解，葉綠素-蛋白質(zhì)復(fù)合被破壞，葉綠素含量隨之下降。Biswas等［11］研究水稻葉片衰老時(shí)指出，水稻葉片中葉綠素和蛋白質(zhì)含量的下降可作為衡量水稻葉片衰老的可靠指標(biāo)。在小麥葉片衰老過(guò)程中積累的超氧陰離子（O2-）能直接引發(fā)葉綠素的破壞及特異性地破壞葉綠素a，致使葉綠素分解破壞和葉綠素a／b值下降。實(shí)驗(yàn)證明，O2-的產(chǎn)生與光合色素含量的降低及膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物MDA含量的增加具有極顯著的相關(guān)性，葉綠素含量的變化與MDA含量的變化呈極顯著的負(fù)相關(guān)［12］。因而有人提出，葉綠素分解是衰老的原發(fā)過(guò)程及衰老的真正標(biāo)志。

隨著葉片衰老、葉綠素含量的下降，葉片光合能力也隨之下降［13］。Giles等［14］指出，衰老葉片光合作用的下降，與葉綠體結(jié)構(gòu)的紊亂有著內(nèi)在的聯(lián)系。葉綠體結(jié)構(gòu)的破壞是造成光合作用下降的重要原因。植物衰老后，根系吸水能力減弱，水分和養(yǎng)分會(huì)向新的組織以及生殖器官傾斜，隨著水分脅迫與營(yíng)養(yǎng)脅迫的加深，光合作用進(jìn)一步下降。史蘭波等［15］研究證明，葉片水分脅迫時(shí)間及程度與MDA含量呈正相關(guān)，與光合作用呈一定的負(fù)相關(guān)。

1.3 衰老葉片中內(nèi)源激素的變化

葉片衰老受多種植物激素的調(diào)控。在葉片衰老過(guò)程中脫落酸（ABA）、乙烯（ETH）、茉莉酸（JA）和茉莉酸甲酯（MeJA）含量上升，而細(xì)胞分裂素（CTK）、赤霉素（GA）、植物生長(zhǎng)素（IAA）和激動(dòng)素（KT）的含量下降。植物體內(nèi)，除ABA、ETH、JA和MeJA促進(jìn)衰老外，CTK、GA、KT及低濃度的IAA有延緩衰老的作用［16］。

1.4 衰老葉片中其他物質(zhì)的變化

隨著葉片衰老，葉內(nèi)其他物質(zhì)如脂類、核酸、淀粉等物質(zhì)的含量也在下降。衰老過(guò)程中，細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能完整性都趨于衰退，導(dǎo)致了膜脂代謝的加速。葉片衰老時(shí)，RNA總量下降，尤其是rRNA的減少最為明顯。其中以葉綠體和線粒體的rRNA對(duì)衰老最為敏感，而細(xì)胞質(zhì)的tRNA衰退最晚。葉片衰老時(shí)DNA也下降，但下降速度較RNA為小。如在煙草葉片衰老處理3 d內(nèi)，RNA含量下降16%，但DNA只減少3%，組蛋白及非組蛋白等會(huì)產(chǎn)生較大的變化。染色質(zhì)凝縮和DNA的損傷，淀粉含量下降，生物膜結(jié)構(gòu)破壞解體也是葉片衰老的基本特征之一。隨著葉片衰老，葉內(nèi)內(nèi)含物大量水解，氨基酸、還原糖含量上升［17］。

2 影響高等植物葉片衰老的因素

植物葉片的衰老雖然是植物生命的必然過(guò)程，但是受一系列內(nèi)部因素的控制和影響，并受環(huán)境因素的影響和誘導(dǎo)。內(nèi)部因素包括內(nèi)源激素、自由基和受核基因的調(diào)控，環(huán)境因素主要包括溫度、水分、營(yíng)養(yǎng)、光照等。

2.1 影響植物葉片衰老的內(nèi)在因素

植物在億萬(wàn)年進(jìn)化過(guò)程中為了適應(yīng)環(huán)境，確保種群的遺傳，形成了系統(tǒng)的生命周期，葉片衰老是其重要的一環(huán)。為了保證植物葉片衰老的有序進(jìn)行，植物進(jìn)化出了自己的控制因子，影響植物葉片衰老的內(nèi)在因子有內(nèi)源激素、自由基和基因。

2.1.1 植物激素對(duì)植物葉片衰老的影響

植物葉片的衰老受體內(nèi)激素的調(diào)控，影響葉片衰老的激素有CIK、ETH、ABA和IAA。CIK不僅能促進(jìn)植物細(xì)胞的分裂和擴(kuò)大，并且對(duì)芽的分化、葉綠體的發(fā)育、養(yǎng)分的運(yùn)輸和分配等方面有顯著影響，而且能抑制細(xì)胞衰老。在葉片衰老過(guò)程中，葉綠素的合成，物質(zhì)的分解代謝，礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的轉(zhuǎn)移和再分配等多種生理生化過(guò)程都受細(xì)胞分裂素調(diào)節(jié)。在分子水平上對(duì)衰老相關(guān)基因的表達(dá)起到了激活、表達(dá)增強(qiáng)和表達(dá)抑制等調(diào)節(jié)作用。ETH能促進(jìn)衰老，可以加快衰老基因的表達(dá)，抑制合成作用，促進(jìn)呼吸作用。ABA能促進(jìn)衰老，誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉，控制mRNA合成，也可影響mRNA的穩(wěn)定性，在翻譯水平上控制基因表達(dá)。IAA能促進(jìn)核酸和蛋白質(zhì)的生物合成，延緩衰老［25］。

2.1.2 自由基對(duì)植物葉片衰老的影響

自由基是帶有未配對(duì)電子的原子、離子、分子、基團(tuán)和化合物等，有細(xì)胞殺手之稱［26］。1955年哈曼（Harman）就提出，衰老過(guò)程是細(xì)胞和組織中不斷進(jìn)行著的自由基損傷反應(yīng)的總和。葉片體內(nèi)的自由基是指代謝過(guò)程中產(chǎn)生的O2-、OH-等活性氧基團(tuán)或分子，當(dāng)它們?cè)谌~片內(nèi)引發(fā)的氧化性損傷積累到一定程度，葉片就出現(xiàn)衰老。但葉片在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中在體內(nèi)形成了一套抗氧化保護(hù)系統(tǒng)，正常情況下，由于植物體內(nèi)存在著活性氧清除系統(tǒng)，通過(guò)減少自由基的積累與清除過(guò)多的自由基來(lái)保護(hù)細(xì)胞免受傷害。葉片的抗氧化劑主要有兩大類，一是抗氧化酶類，主要包括SOD、CAT、POX等；二是非酶類抗氧化劑，主要有維生素E、維生素C、谷胱甘肽（GSH）、花青素等。研究表明，植物清除自由基的能力隨年齡增加而下降。自由基、活性氧對(duì)葉片的損害機(jī)理是對(duì)生物膜損傷、呼吸鏈損傷、線粒體DNA損傷等。膜脂過(guò)氧化即自由基（O2-、OH-等）對(duì)類脂中不飽和脂肪酸引起的一系列自由基反應(yīng)。其中間產(chǎn)物自由基和最終產(chǎn)物丙二醛都會(huì)嚴(yán)重地?fù)p傷生物膜，自由基還損傷線粒體呼吸鏈及線粒體DNA。

2.1.3 遺傳基因?qū)χ参锶~片衰老的影響

遺傳基因有控制遺傳性狀和活性調(diào)節(jié)的功能，基因通過(guò)復(fù)制把遺傳信息傳遞給下一代，并通過(guò)控制酶的合成來(lái)控制生命代謝過(guò)程。植物葉片的衰老死亡也受基因的控制，是程序性死亡過(guò)程。程序性死亡（programmed cell death，PCD）是植物進(jìn)化過(guò)程中為適應(yīng)環(huán)境有選擇性地使某些非要害細(xì)胞、組織和器官有序死亡；是植物在某個(gè)生命時(shí)期將不需要的細(xì)胞或組織通過(guò)自溶、裂解和木質(zhì)化等方式主動(dòng)撤退，不但可以減少這些細(xì)胞或組織對(duì)養(yǎng)分和水分的消耗，以確保生殖等要害組織的養(yǎng)分和水分供應(yīng)，還可以將死亡細(xì)胞或組織自溶、裂解的養(yǎng)分進(jìn)行重新利用；是植物為延續(xù)種群的自我保護(hù)功能［27］。像黃瓜、番茄、煙草等植物都有程序性死亡功能。一般植物葉片程序性死亡過(guò)程包括兩個(gè)階段：第一階段為可逆衰老死亡過(guò)程，如遇逆環(huán)境程序性死亡就會(huì)啟動(dòng)，如逆環(huán)境解除或改善，發(fā)黃的葉片會(huì)返青；第二階段為不可逆衰老階段，細(xì)胞器裂解，細(xì)胞衰退，說(shuō)明植物上一個(gè)生命周期已經(jīng)完成，結(jié)束了自己階段性使命［28］。對(duì)于離開了母株的葉片其衰老死亡是不可逆過(guò)程。

2.2 影響葉片衰老的環(huán)境因素

植物進(jìn)化過(guò)程中發(fā)展出一套對(duì)抗逆境的機(jī)制，在逆境條件下葉片等營(yíng)養(yǎng)器官或組織的衰老被引發(fā)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)更多地分流到新的組織及生殖器官，以減少生活力低的器官或組織對(duì)養(yǎng)分及水分的消耗，保證植物在逆境下完成一個(gè)生活周期。影響葉片衰老的環(huán)境因素有極度溫度、水分脅迫、營(yíng)養(yǎng)脅迫、病原體感染、傷害、光等。

2.2.1 極度溫度對(duì)植物葉片衰老的影響

植物生命都有其適宜的溫度范圍，而高溫能促進(jìn)植物葉片的衰老。試驗(yàn)表明，在30～38℃范圍內(nèi)，隨著溫度升高及時(shí)間的延長(zhǎng)，植物葉片中MDA含量呈持續(xù)增加趨勢(shì)，可溶性蛋白質(zhì)含量、超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）酶活性值升高，高溫處理葉片的葉綠素a、b和類胡蘿卜素含量呈持續(xù)下降趨勢(shì)［18］。表明高溫脅迫降低了植物葉片保護(hù)酶活性，導(dǎo)致體內(nèi)活性氧大量積累，抗氧化能力降低，引起生物膜相變或膜脂過(guò)氧化［19］。隨著生物膜相變或膜脂過(guò)氧化，淀粉、蛋白質(zhì)等水解酶被釋放到細(xì)胞質(zhì)中起作用，促進(jìn)淀粉、蛋白質(zhì)的降解。蛋白水解酶比活上升和水解酶在空間上與底物接近促進(jìn)了蛋白質(zhì)含量下降，促進(jìn)了葉片衰老。同時(shí)高溫能夠促進(jìn)葉片內(nèi)含物的水解及呼吸反應(yīng)。溫度是植物葉片內(nèi)含物水解及呼吸反應(yīng)的必備條件，較高的溫度能提高水解及呼吸反應(yīng)的速度。溫度的作用：第一，達(dá)到生理生化反應(yīng)（水解及呼吸）酶活性要求的溫度；第二，提供生理生化反應(yīng)的活化能；第三，能促進(jìn)水分子及親水有機(jī)物的運(yùn)動(dòng)，提高底物與酶活性位點(diǎn)的結(jié)合速度和頻率；第四，為植物葉片水分的蒸發(fā)提供動(dòng)能，而水分的蒸發(fā)進(jìn)一步帶動(dòng)水分子及親水有機(jī)物的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)防止反應(yīng)產(chǎn)物的堆積而延緩反應(yīng)；第五，高溫誘發(fā)自由基產(chǎn)生，造成生物膜破壞；第六，高溫降低了植物葉片保護(hù)酶活性，使植物葉片抗逆性下降［20］。

2.2.2 水分對(duì)植物葉片衰老的影響

水是生命之源，是促進(jìn)生命旺盛的因素，水分脅迫是引起植物葉片衰老的主要因素。在水分脅迫條件下植物葉片衰老被引發(fā)，水分更多地分流到新的組織及生殖器官，以保證植物在逆境下完成一個(gè)生活周期。水分脅迫的主要作用：第一，可以促進(jìn)植物內(nèi)源激素Eth和ABA的合成，并使細(xì)胞膜的透性增加，加速呼吸作用，加快葉片中蛋白質(zhì)和葉綠素的降解（蛋白質(zhì)和葉綠素以復(fù)合體的狀態(tài)結(jié)合在一起，隨著蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞與分解葉綠素也隨之進(jìn)行分解）；第二，引起氧化脅迫、積累活性氧破壞葉綠素和加劇膜脂過(guò)氧化，膜脂過(guò)氧化進(jìn)一步加劇了對(duì)葉綠素破壞，葉綠素含量隨水分脅迫程度的加深和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；第三，水分脅迫造成葉內(nèi)還原狀態(tài)，谷胱甘肽還原酶受激，促進(jìn)蛋白質(zhì)降解和氨基酸活化，導(dǎo)致淀粉酶、蛋白酶等水解酶類數(shù)量的增加和活性的提高；第四，水分脅迫使葉片的膨壓降低、氣孔關(guān)閉，導(dǎo)致水解酶數(shù)量的增加和活性的提高，有利于淀粉和蛋白質(zhì)的水解，進(jìn)而加速衰老［21］。同時(shí)在植物葉片衰老的過(guò)程中保持一定的失水速度可以增加底物與酶的流動(dòng)性，能促進(jìn)衰老。保持一定的失水速度的主要作用：第一，促進(jìn)水分子及親水有機(jī)物的運(yùn)動(dòng)，提高底物與酶活性位點(diǎn)的結(jié)合速度和頻率，加快水解反應(yīng)和酶促反應(yīng)速度；第二，防止水解反應(yīng)和酶促反應(yīng)產(chǎn)物堆積減緩反應(yīng)速度，如果水分流動(dòng)慢反應(yīng)產(chǎn)物堆積，細(xì)胞組織就會(huì)將信息傳遞給上一級(jí)反應(yīng)，減慢反應(yīng)速度［22］。

2.2.3 營(yíng)養(yǎng)脅迫對(duì)植物葉片衰老的影響

Molish研究表明，植物營(yíng)養(yǎng)虧缺會(huì)出現(xiàn)葉片衰老，進(jìn)而提出著名的營(yíng)養(yǎng)虧缺學(xué)說(shuō)。該學(xué)說(shuō)認(rèn)為衰老是由于開花、結(jié)果及離體等生物行為導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向生殖生長(zhǎng)部位定向運(yùn)輸，以及環(huán)境營(yíng)養(yǎng)（N、P、K、Mg）缺乏最終導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)部位營(yíng)養(yǎng)耗盡所致。而離體的葉片由于同化作用的中斷、異化作用的延續(xù)導(dǎo)致葉片營(yíng)養(yǎng)耗盡，從而促進(jìn)了衰老的進(jìn)行［23］。

2.2.4 光照、病原體感染、傷害對(duì)植物葉片衰老的影響

適度的光照能延緩小麥、燕麥、菜豆、煙草等多種作物連體葉片或離體葉片的衰老，而強(qiáng)光對(duì)植物有傷害作用（光抑制），會(huì)加速衰老。不同光質(zhì)對(duì)衰老的作用不同，紅光能延緩衰老，遠(yuǎn)紅光可消除紅光的作用；紫外光因可誘發(fā)葉綠體中自由基的形成而促進(jìn)衰老；短日照促進(jìn)衰老，長(zhǎng)日照延緩衰老。光敏色素信號(hào)途徑和光合作用水平與葉片衰老的引發(fā)機(jī)制有關(guān)。植株上部葉片和株冠下避陰處葉片比較，前者優(yōu)先吸收紅光，避陰處或下部葉片獲得較低的紅光／遠(yuǎn)紅光比率，所以避陰處或下部葉片先衰老。減少 PAR（Preferential absorbance of red photons，紅光優(yōu)先吸收率）和降低紅光／遠(yuǎn)紅光比率是引發(fā)避陰處葉片衰老的信號(hào)。事實(shí)證明，轉(zhuǎn)基因煙草過(guò)量表達(dá)光敏色素A（phyA）可以延緩避陰處葉片的衰老。這是由于phyA過(guò)量表達(dá)可以增加避陰處葉片對(duì)強(qiáng)光或者對(duì)紅光／遠(yuǎn)紅光的感受性。黑暗是一種極度的避陰現(xiàn)象，研究認(rèn)為暗誘導(dǎo)葉片衰老與程序性衰老是同步發(fā)生的［24］。

病原體感染、蟲害等自然傷害損傷了葉片的組織結(jié)構(gòu)，促進(jìn)衰老。

3 植物葉片衰老機(jī)理在煙葉生產(chǎn)上的應(yīng)用

煙葉是高等綠色植物，其葉片也具有高等綠色植物葉片的一般屬性，遵循高等綠色植物葉片衰老的一般規(guī)律。煙葉葉片在田間生理成熟后進(jìn)入衰老期，當(dāng)達(dá)到工藝成熟標(biāo)準(zhǔn)時(shí)要進(jìn)行采摘和烘烤。從生理成熟到工藝成熟是葉片衰老的第一階段，其在大田自然條件下完成，這個(gè)過(guò)程與其它植物衰老過(guò)程相似。由于從田間采收的鮮煙只有潛在的質(zhì)量，尚不能成為實(shí)際的產(chǎn)品，只有通過(guò)烘烤過(guò)程的轉(zhuǎn)化其潛在的優(yōu)良品質(zhì)才能顯現(xiàn)并固定下來(lái)，才能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品，因而采摘后在烤房?jī)?nèi)進(jìn)行烘烤是葉片衰老的第二階段。葉片離開母株后其同化作用停止，但其異化作用繼續(xù)進(jìn)行。在自然環(huán)境下，煙葉葉片衰老的速度較慢，消耗的干物質(zhì)較多，經(jīng)濟(jì)價(jià)值低。而在烤房?jī)?nèi)人為創(chuàng)造的溫濕度等逆環(huán)境條件下讓其加速衰老，不但可以使對(duì)煙葉品質(zhì)不利的淀粉分解轉(zhuǎn)化為對(duì)吸食者有利的糖，并能使對(duì)人體有愉悅感的芳香類化合物產(chǎn)生和增加，同時(shí)還縮短了衰老時(shí)間，減少了干物資的消耗，當(dāng)達(dá)到人們所要求的質(zhì)量指標(biāo)和吸味要求后通過(guò)加快失水降低其生命活動(dòng)，將葉片內(nèi)的香氣成分固定下來(lái)。烘烤技術(shù)通常決定煙葉產(chǎn)品質(zhì)量，以達(dá)到人們所要求的質(zhì)量指標(biāo)和吸味要求為目標(biāo)。如果不進(jìn)行烘烤處理，葉片會(huì)變?yōu)榭萑~，不能達(dá)到吸味目的，將失去經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3.1 煙葉葉片衰老與采收標(biāo)準(zhǔn)

煙葉葉片在田間工藝成熟后必須及時(shí)采收。煙葉葉片田間成熟最明顯的外觀標(biāo)志是葉色由綠變黃。楊樹勛認(rèn)為［29］，煙葉葉片田間成熟標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個(gè)方面：一是葉齡，即下部葉葉齡55～65 d；中部葉65～75 d；上部煙75～85 d；二是外觀特征，葉色由綠色變?yōu)辄S綠色，葉面的綠色逐漸消退，黃色程度增加；葉脈由綠色變?yōu)椴煌潭鹊陌咨?，并且發(fā)亮，下部煙葉成熟時(shí)主脈2／3變白，支脈開始變白；中部葉成熟時(shí)主脈全白，支脈1／2變白；上部葉成熟時(shí)主脈全白，支脈2／3以上變白；葉面茸毛部分脫落，煙油增多；葉尖部和葉邊緣部下卷，葉片下垂，莖葉角度增大；葉面發(fā)皺，出現(xiàn)成熟斑，葉尖、葉緣呈現(xiàn)輕微枯焦?fàn)?。外觀特征和葉齡按部位各有側(cè)重，下部葉以葉齡為主，中、上部葉根據(jù)葉齡和外觀特征綜合判斷。

3.2 煙葉葉片衰老與煙葉烘烤

在影響采收煙葉衰老死亡的自身因素和環(huán)境因素中，煙葉自身因素是煙葉億萬(wàn)年進(jìn)化過(guò)程中形成的，通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)很難調(diào)控，但人類可以通過(guò)改變環(huán)境因素影響煙葉衰老死亡，如控制煙葉烘烤進(jìn)程，即提供有利于衰老的環(huán)境條件加速葉片衰老，當(dāng)煙葉質(zhì)量達(dá)到最佳的吸食水平時(shí)，改變環(huán)境條件結(jié)束衰老進(jìn)程，將形成的煙葉質(zhì)量固定下來(lái)。這些過(guò)程涉及對(duì)溫度、水分、光照等因素的調(diào)控。

3.2.1 溫度的調(diào)控

在煙葉烘烤過(guò)程中，最關(guān)鍵的控制指標(biāo)是溫度。這里的溫度包括烤房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度和煙葉組織溫度。在煙葉烘烤過(guò)程中（煙葉烘烤分為變黃期、定色期、干筋期）不但要將烤房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度控制在適宜的范圍內(nèi)（即變黃期烤房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度在32～44℃，定色期烤房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度在45～54℃，干筋期烤房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度在55～70℃），而且最關(guān)鍵的是要將煙葉組織溫度控制在適宜的范圍內(nèi)。煙葉組織溫度達(dá)到最適宜衰老死亡的溫度才有利于煙葉變黃，才能縮短變黃時(shí)間，減少干物質(zhì)的消耗，防止燒壞煙葉。在變黃期煙葉組織溫度控制在33～37℃，過(guò)低變黃慢，過(guò)高會(huì)燒壞煙葉，煙葉在變黃后濕煙葉的組織溫度不得超過(guò)38℃，也就是在小卷筒之前不超過(guò)38℃，如超過(guò)38℃多酚氧化酶活性升高，就會(huì)發(fā)生棕色化反應(yīng)，煙葉變褐，質(zhì)量下降［30］。因此煙葉組織溫度是烘烤控制的核心，通過(guò)控制煙葉組織溫度能夠有效地掌握煙葉烘烤進(jìn)程。

3.2.2 水分的調(diào)控

在煙葉烘烤過(guò)程中水分控制及水分與煙葉組織溫度的協(xié)調(diào)是煙葉烘烤的核心，必須將水分控制在適宜的范圍。水分的控制分兩個(gè)階段：

第一階段在煙葉裝爐起火后加大風(fēng)量，通過(guò)強(qiáng)制通風(fēng)強(qiáng)制煙葉失水，讓煙葉失去多余的水分，造成葉內(nèi)水分脅迫環(huán)境。失水標(biāo)準(zhǔn)為：下部煙失水6%，中部煙失水4.7%，上部煙失水2.7%，水分脅迫能夠促進(jìn)煙葉加速衰老變黃進(jìn)程［21］。在烘烤前期強(qiáng)制失水讓煙葉失去多余的水分還能降低烘烤難度、簡(jiǎn)化操作技術(shù)。在生產(chǎn)中同一批煙葉存在素質(zhì)差異，如不同葉位、不同地塊、不同采收時(shí)間等，其主要原因之一是含水量不同。通過(guò)烤前強(qiáng)制失水不但可以將煙葉的含水量調(diào)整到適宜衰老程度（最佳變黃水平），而且可以縮小同一批煙葉的素質(zhì)差異，提高煙葉的一致性，從而降低烘烤的難度，簡(jiǎn)化操作技術(shù)，提高烤后煙葉質(zhì)量，為輕簡(jiǎn)化烘烤創(chuàng)造條件。而且前期強(qiáng)制失水還拉大了葉邊、葉緣、表皮與葉肉及葉脈的水勢(shì)差，為下一步的失水變黃創(chuàng)造了條件。

在煙葉烘烤過(guò)程中，不同的時(shí)期需保持相應(yīng)的失水速度。變黃期失水速度控制在2.5～4.5 g／（kg·h）之間，定色期失水速度控制在9～12 g／（kg·h）之間，干筋期失水速度控制在3～7 g／（kg·h）之間［30］。在變黃期保持一定的失水速度不但提高了底物流動(dòng)性，加快了水解反應(yīng)和酶促反應(yīng)速度，避免了水解反應(yīng)和酶促反應(yīng)產(chǎn)物堆積減緩反應(yīng)速度，而且使煙葉變黃后同時(shí)達(dá)到發(fā)軟的程度。變黃期最佳失水速度在2.5～4.5 g／（kg·h）之間，這與底物與酶活性位點(diǎn)的結(jié)合速率相協(xié)調(diào)，同時(shí)與煙葉呼吸產(chǎn)生的水分及煙筋內(nèi)的水分通過(guò)維管束向葉片的擴(kuò)散能力相關(guān)聯(lián)，能使葉片的含水量保持在一個(gè)適宜的范圍內(nèi)逐漸減少。如失水慢，耗時(shí)長(zhǎng)，不但不利于淀粉、蛋白質(zhì)的水解，反而使已水解的小分子的糖、氨基酸被消耗，煙葉香氣原始物質(zhì)得不到積累。當(dāng)失水速度大于4.5 g／（kg·h）時(shí)，葉片失水過(guò)快導(dǎo)致葉片含水量下降過(guò)快，原生質(zhì)將由溶膠變?yōu)槟z，黏性增大，底物流動(dòng)性下降，生命活動(dòng)大大減弱，限制了水解、呼吸反應(yīng)的發(fā)生，葉綠體及大分子化合物的轉(zhuǎn)化還未完成，就會(huì)將煙葉烤青。在煙葉基本變黃后即變黃后期（烤房環(huán)境溫度41～43℃，組織溫度不超過(guò)37℃）延長(zhǎng)時(shí)間，加快失水，失水速度控制在5～7 g／（kg·h）之間，讓煙葉達(dá)到充分凋萎的程度，不但可以消除青煙，防止棕色化反應(yīng)的發(fā)生，還可以大大縮短定色干筋期的時(shí)間。因?yàn)樵谟绊憻熑~失水的諸要素中失水面積是一個(gè)重要因素，而此時(shí)的失水面積最大，當(dāng)進(jìn)入定色干筋期后雖然風(fēng)速大、溫度高，單位面積失水速度大，但由于葉邊葉緣迅速干燥，失水面積迅速減小，耗時(shí)反而長(zhǎng)，能耗增加。在定色期失水速度控制在9～12 g／（kg·h）之間，如失水過(guò)慢，定色期過(guò)長(zhǎng)，大量香氣原始物質(zhì)被消耗，形成的香氣物質(zhì)就少。如失水過(guò)快，一方面香氣原始物質(zhì)脫水縮合形成的香氣物質(zhì)少，香氣量不足，另一方面香氣原始物質(zhì)剩余量較多，烤后煙葉香氣質(zhì)欠純。此時(shí)，隨著煙葉水分排出煙葉含水量減少，又有限制酶促反應(yīng)的作用，使葉內(nèi)生化變化逐漸減弱，直至終止，從而將煙葉顏色固定下來(lái)。在干筋期失水速度在3～7 g／（kg·h）之間，如過(guò)快可使部分香氣物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化及揮發(fā)，香氣量減少。在煙葉烘烤過(guò)程中還要注意煙葉組織溫度與失水的協(xié)調(diào)。在變黃后煙葉達(dá)到充分凋萎前組織溫度不超過(guò)37℃，小卷筒前煙葉組織溫度不得超過(guò)38℃，否則多酚氧化酶活性升高，就可能發(fā)生棕色化反應(yīng)，煙葉變褐，質(zhì)量下降［31］。

3.2.3 光的調(diào)節(jié)

一定的光照能延緩煙葉葉片衰老，而黑暗可加速衰老死亡。因而在煙葉烘烤過(guò)程中要將煙葉置于不透光的烤房?jī)?nèi)進(jìn)行烘烤。所以煙葉烤房圍護(hù)設(shè)備一定不能透光，即使觀察窗在烘烤時(shí)也要用遮光布進(jìn)行遮光。煙葉完全處于一個(gè)黑暗的環(huán)境中才有利于衰老變黃。

4 煙葉葉片衰老機(jī)理與煙葉烘烤的思考

植物葉片衰老是一個(gè)復(fù)雜的生命現(xiàn)象，是生命科學(xué)研究領(lǐng)域的核心問題之一。無(wú)論是在器官水平上還是在個(gè)體水平上，衰老都是一個(gè)高度有序的被調(diào)控的過(guò)程。近年，許多學(xué)者對(duì)葉片衰老進(jìn)行了較廣泛的研究，如葉片衰老是如何啟動(dòng)的、衰老的機(jī)理、影響衰老的因素、衰老如何調(diào)控等，并提出了多種理論，這些理論各有優(yōu)劣，從不同的角度揭示了植物葉片衰老機(jī)理。但目前對(duì)葉片衰老機(jī)制的認(rèn)識(shí)還不深入，需進(jìn)一步探索，需應(yīng)用分子生物學(xué)等當(dāng)代最新科技成果和技術(shù)，在分子水平上深入揭示葉片組織及不同細(xì)胞衰老機(jī)制，尤其是揭示衰老的啟動(dòng)、發(fā)生發(fā)展的規(guī)律，達(dá)到人為調(diào)控衰老的目的。

煙葉的成熟采收與烘烤屬于植物葉片衰老的范疇。煙葉烘烤過(guò)程就是煙葉葉片在烤房?jī)?nèi)進(jìn)一步衰老的過(guò)程，認(rèn)識(shí)和掌握煙葉葉片衰老的規(guī)律和影響衰老的因素，設(shè)計(jì)相應(yīng)的烘烤工藝，提高衰老變黃速度并在達(dá)到煙葉最佳質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)停止衰老進(jìn)程，對(duì)降低煙葉烘烤難度，實(shí)現(xiàn)煙葉烘烤自動(dòng)化，提高煙葉烘烤質(zhì)量具有現(xiàn)實(shí)意義。

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