光質對烤煙品質及光合色素含量的影響

過偉民,張艷玲,蔡憲杰,王建偉,王維超,曹曉濤,楊旭霞,李淑霞,尹啟生＊

1.中國煙草總公司鄭州煙草研究院,鄭州高新技術產業開發區楓楊街2號 450001

2.許昌市煙草公司襄城縣分公司,河南省許昌市襄城縣城關鎮 461700

光質是指太陽輻射成分及其各波段所含能量,其特征光譜包括紫外線、可見光和紅外線等[1]。光是影響烤煙生長發育的最重要環境因子之一,它不僅是光合作用的能量來源,同時也是調節光形態建成、光周期反應以及內在生物鐘節律性等植物重要生命活動的信號[2]。近年來,隨著空氣污染、平流層臭氧減薄等環境變化,光質對植物形態建成和產量品質的影響問題已成為研究的熱點之一。有研究表明,光質對植物的生長發育[3-5]、光合特性[6-7]、產量品質、抗逆和衰老[8-10]等方面均有較大影響。目前有關光質對煙草生長發育及品質方面的研究多集中在光強因子方面[11-13],而對光質的研究僅為單色光[14-15],有研究[16-17]推斷云南地區煙葉獨特的風格特色和香味物質構成可能與其光照中較高比例的紫外光輻射有關,而太陽光譜組成與煙葉品質關系方面的研究甚少。

濃香型煙葉在我國卷煙工業配方中占重要地位,其香氣濃馥陳逸,特色鮮明,但目前關于濃香型煙葉風格特色形成的生態基礎尚不清楚。本試驗以濃香風格特色典型產區襄城縣為例,擬利用不同顏色濾光膜模擬不同的太陽光譜微環境,探討太陽光譜組成對濃香型煙葉部分品質指標的影響,旨在明確濃香型煙葉特色的形成機理。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2010年在河南省襄城縣王洛鎮進行。供試品種為K326,土壤為潮土,試驗點地勢平坦,肥力均勻,土壤有機質12.50 g/kg,速效氮47.90 m g/kg,速效磷21.46 m g/kg,速效鉀141.33 m g/kg,pH7.4。5月11日移栽,施肥及田間管理措施按當地優質煙葉生產技術規范進行。

1.2 試驗設計

采用田間對比試驗,以透光率相近的不同顏色濾光膜形成不同的光質微環境,設置白色膜、紅色膜、藍色膜、黃色膜4個處理,以不覆蓋薄膜作為大田對照。小區面積約150 m2,重復3次,隨機區組排列。

具體操作方法為煙苗移栽后約55 d利用塑料大棚覆蓋薄膜至采收結束,棚長30 m,寬5 m,高2.5 m,處理薄膜頂部為弓形,以保證大棚內空氣流動,使溫、濕度等條件保持一致。試驗處理除覆蓋薄膜顏色不同外,各小區所有栽培措施和環境調控措施均嚴格保持一致。

1.3 取樣與分析方法

1.3.1 光譜組成的測定

選擇晴朗天氣上午11:00時左右,采用A vafield-1便攜式地物光譜儀(荷蘭、2048×14像素背照式CCD探測器,光譜測量范圍200～1100 nm)測定各處理光譜的組成,每個處理薄膜隨機選取5點,取平均值,比較自然光透過不同顏色濾光膜后光質的變化。分別計算199～1100 nm波長光的總輻射強度,紫光(390～455 nm)、青藍光(455～492 nm)、綠光(492～577 nm)、黃光(577～597 nm)、橙色光(597～622 nm)、紅光(622～760 nm)的輻射強度,并分析上述6個波段的光占總輻射強度的百分比。

1.3.2 烤后煙葉質量指標評價

在煙葉正常烘烤后,取各處理中部和上部代表性樣品2 kg,分析外觀質量[18]、常規化學成分(總植物堿、還原糖、鉀、氯等)[19]和光合色素含量(葉黃素、類胡蘿卜素)等[20]。

2 結果與分析

2.1 不同處理光譜組成分析

圖1 不同處理太陽光譜組成

不同處理的光譜組成見圖1。由圖1可知,對照的輻射強度明顯大于覆膜處理,4個覆膜處理膜下輻射強度大小依次為紅>黃>藍>白。將可見光部分的光譜組成分為紫、青藍、綠、黃、橙、紅6部分(波長由短到長),不同處理的6部分光譜能量及其占總輻射強度的比例見表1。由表1可知,紫光(390～455 nm)占總輻射強度的比例在對照、白膜、藍膜三者間差異不大,均在9.5%左右,而紅色和黃色膜下紫光占總輻射強度比例較小;青藍光(455～492 nm)在不同處理間的變化規律與紫光一致;綠光(492～577 nm)占總輻射強度的比例以紅膜處理明顯較低,其他處理差別不大;黃光(577～597 nm)占總輻射強度的比例以紅膜和藍膜處理相對較低,其他處理差別不大;橙色光(597～622 nm)和紅光(622～760 nm)占總輻射強度的比例以紅膜較高,而藍膜較低。

總之,覆膜可明顯降低太陽光的輻射強度,白膜處理降低最多,其他處理隨波長的增加(藍、黃、紅)降低幅度有減小趨勢。各處理中,白膜降低了可見光中6種波長光所占的比例;紅膜和黃膜相對降低了短波光比例,提高了長波光比例;藍膜相對降低了長波光比例。

2.2 光譜組成對煙葉外觀質量的影響

2.2.1 中部煙葉

由圖2可知,各處理烤后中部煙葉多屬桔黃色域,紅膜處理個別煙葉屬檸檬黃色域,對照和白膜處理部分煙葉顏色的純正度和均勻度較差,藍膜處理少量煙葉帶青,但顏色相對均勻飽滿;對照和白膜處理煙葉的成熟度相對較差,紅膜處理相對較好;處理間煙葉的身份指標差別相對稍大,對照和藍膜處理煙葉的身份相對適中;白膜處理煙葉的油潤感相對較差,藍色和黃色膜處理相對較好。

2.2.2 上部煙葉

從圖3中可以看出,不同處理上部煙葉的顏色存在明顯差異,黃色和紅色膜處理煙葉的顏色相對偏深,約20%比例煙葉屬深黃范疇,藍色和白色膜處理煙葉顏色相對略淺,且有20%～30%比例煙葉屬雜色范疇;藍色膜處理煙葉的成熟度相對較好,葉片結構相對疏松,對照煙葉的成熟度較差;不同處理煙葉的身份指標整體差異不大;對照煙葉的油潤感相對較強,白色膜處理相對較差。

綜合兩部位結果可以看出,白膜處理煙葉的外觀質量相對較差,主要表現為顏色的純正度較差,均勻度、飽和度等指標一般,這可能與其小環境內太陽光總輻射強度明顯較低有關;藍膜處理煙葉的外觀質量相對稍好,顏色略淺,但純正度較好,均勻飽滿,成熟度和油分等指標相對較好。黃膜處理煙葉顏色比對照略深,尤其上部煙葉顏色相對較深,成熟度和油潤感相對較好。

表1 不同處理6部分光譜能量及其占總輻射強度的比例

圖2 不同處理烤后中部煙葉外觀質量指標分析

圖3 不同處理烤后上部煙葉外觀質量指標分析

2.3 光譜組成對煙葉常規化學成分的影響

2.3.1 中部煙葉

從圖4可以看出,紅膜處理中部煙葉的總植物堿含量相對較高,對照相對較低,其他處理間差異不大;總氮含量處理間差異不大,紅膜處理相對較低;糖含量以藍膜處理相對較高,白膜處理相對較低。對照的淀粉含量明顯高于其他處理,紅色和白色膜處理的相對較低。協調性指標中,糖堿比以對照相對較高,紅膜和白膜處理相對較低;對照的鉀氯比明顯低于其他處理,藍膜和黃膜處理相對較高;不同處理的氮堿比和兩糖比整體差異不大,紅膜處理的氮堿比相對較低。

2.3.2 上部煙葉

從圖5中可以看出,紅膜處理上部煙葉的總植物堿含量明顯較高,對照和白膜處理相對較低;糖含量以黃膜處理相對較高,藍膜處理相對較低;對照處理的淀粉含量明顯高于其他處理。協調性指標中,對照和白膜處理的糖堿比明顯較高,藍膜和紅膜處理相對較低;鉀氯比以藍膜處理明顯較高,對照相對較低;對照和藍兩糖比以對照相對較高,紅膜處理相對較低。

綜合兩部位結果可以看出,覆膜可不同程度提高烤后煙葉的總植物堿含量和鉀氯比值,降低淀粉含量,其中紅膜對總植物堿和淀粉含量作用相對明顯,藍色和黃色膜對鉀氯比值作用相對明顯。

2.4 光譜組成對煙葉光合色素含量的影響

從圖6～圖7中可以看出,除白膜處理外,各處理均可不同程度降低烤后煙葉的葉黃素含量,其中紅、黃、藍色膜處理中部煙葉的葉黃素含量分別比對照下降46%,32%和48%,上部煙葉分別下降47%,49%和11%,白膜處理較對照略有升高,但上部煙葉差異不大。各處理煙葉的β-胡蘿卜素含量變化存在一定差異,藍色和白色膜處理有所上升,紅色和黃色膜處理有所下降,其中藍膜處理中部和上部煙葉的β-胡蘿卜素含量比對照分別提高18%和40%。

圖4 不同處理烤后中部煙葉常規化學成分及協調性指標

2.5 不同種類光譜比例與煙葉化學成分的關系

對不同種類光譜能量占總輻射強度的比例與中部煙葉化學成分進行相關分析(表2)表明,總植物堿和氮堿比分別與綠光比例呈顯著和極顯著的負相關和正相關,兩糖比與紫光和青藍光比例呈顯著正相關;β-胡蘿卜素分別與短波光(青藍光)比例和長波光(紅光)比例呈顯著和極顯著正相關和負相關。

上部煙葉分析結果顯示(表3),總植物堿與綠光和青藍光呈顯著負相關,淀粉和糖堿比分別與黃光呈顯著正相關,氮堿比分別與青藍光和紅光呈顯著正相關和負相關;葉黃素與短波光(紫、青藍)比例呈顯著正相關,而β-胡蘿卜素與長波光(橙光、紅光)比例的負相關性分別達極顯著和顯著水平,類胡蘿卜素總量分別與短波光(紫、青藍)和長波光(紅)呈顯著正相關和負相關關系。

可見,與中部煙葉相比,上部煙葉與光譜比例達到顯著或極顯著相關的指標相對較多,說明上部煙葉化學成分受光質的影響相對較大。中部和上部煙葉化學成分與光譜組成的關系存在較好的一致性,總植物堿與短波光比例存在顯著負相關性,說明光譜組成中短波光比例的提高可能降低烤后煙葉中的總植物堿含量并提高氮堿比值。色素是烤煙生長發育過程中吸收光能和進行光能轉化的主要物質,其含量與光照強度和類型密切相關[21],從本試驗結果來看,葉黃素、β-胡蘿卜素與太陽光譜中短波光的比例存在顯著正相關性,而與長波光比例存在顯著或極顯著負相關性,類胡蘿卜素總量則與短波光比例存在顯著或極顯著正相關性。

圖7 不同處理上部煙葉類胡蘿卜素含量變化

表2 不同種類光譜比例與中部煙葉化學成分的關系

表3 不同種類光譜比例與上部煙葉化學成分的關系

3 結論與討論

(1)覆蓋不同顏色濾光膜對太陽光譜微環境產生一定影響,所有處理均相對降低太陽光的總輻射強度,白膜處理降低幅度最大;特定顏色薄膜能相對增加該種類或波長相近光能占可見光總輻射強度的比例。

(2)改變光質對烤后煙葉外觀質量指標中的顏色(色域、純正度、飽和度、均勻度等)影響較大,白膜處理煙葉顏色的純正度和均勻度等指標相對較差,藍膜處理煙葉的顏色略淺,但純正度、均勻度和飽和度等指標較好,黃膜處理煙葉的顏色相對略深,紅膜處理煙葉部位間表現不一致,尚待進一步研究。

(3)改變光質對烤后煙葉化學成分產生一定影響。在可見光范圍內,長波光處理(紅色膜)明顯提高烤后煙葉的總植物堿含量并降低糖堿比值,這與戴冕等[22]的研究結果一致,與Tso等[15]關于紅光相對于遠紅光可顯著促進煙堿含量提高的結論相似。有報道認為[20],在紫外光照射時,煙葉中的煙堿易形成氧化煙堿、甲胺和煙酸,造成其含量相對減少,但可見光范圍內長波光促進總植物堿含量相對增加的機理尚待進一步研究。短波光處理(藍色膜)相對提高烤后煙葉的β-胡蘿卜素含量,所有覆膜處理(白色例外)均明顯降低烤后煙葉的葉黃素含量。

(4)總植物堿含量與短波光比例存在顯著負相關性;類胡蘿卜素類物質與短波光比例存在顯著正相關性,而與長波光比例呈顯著負相關。

本試驗初步探討了改變光質對烤后煙葉外觀、化學成分的影響,不同部位煙葉的研究結果一致,有關光合色素的分析結果與前人的推斷[16-17]基本一致,但由于試驗僅為當年結果,尚需進一步試驗驗證,同時在光質與煙葉田間生長發育及烤后煙葉感官質量風格特色的關系方面有待進一步深入研究。

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