烤煙不同基因型間質體色素含量差異與煙葉化學成分的關系

拓陽陽，趙銘欽*，金洪石，池敬姬，李元實，夏東旭，葉金果

（1.河南農業大學，國家煙草栽培生理生化基地，鄭州 450002；2.吉林煙草工業有限責任公司，吉林 延吉 133001）

優良基因型是獲得煙葉優質適產的內在因素和重要的生產資料，是提高煙葉產量和質量的重要保證[1]。煙草是一種嗜好性經濟作物，對其質量要求相當嚴格，不僅要求煙葉顏色油潤、化學成分協調、香吃味俱佳，而且更注重其安全性，這就要求煙草生產必須以提高煙葉質量、滿足消費者需要為目的。煙葉中的質體色素（葉綠素和類胡蘿卜素）不僅決定了調制后煙葉的色澤，并且其相關降解產物與煙葉的香氣質量密切相關；而煙葉中化學成分是決定評吸質量和煙氣特性等質量特性的內在因素[2]，同時與煙草及其制品的內在質量和安全性密切相關[3]。大量研究表明[4-7]，品種和環境因素共同決定了煙葉內在質量的優劣。不同品種由于基因型和遺傳基礎不同，煙葉質體色素及其降解產物和化學物質含量也不相同。特定的生態條件是難以通過人為因素改變的，但通過篩選適于本地區生態條件的種植品種是可以實現的。適宜的優良品種在特定地區種植則可以表現出較高的商品價值和工業利用性[5]。有研究[1]認為只有將品種特性與各地自然條件結合起來，才能發揮優良品種的潛力。以目前國內6個優質基因型烤煙烤后樣品為研究對象，分析其質體色素與化學成分的變化特點，為進一步建立可行性評價煙葉質量的指標體系和提高煙葉可用性及替代性提供技術支持和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于 2009年在山西省平陸縣望遠試驗站試驗田進行。土壤質地為粘壤土，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）為因子水平進行單因子完全隨機區組設計，重復3次，每小區面積66.67 m2，區組設通道，四周設保護行。

1.2 供試材料

以目前國內推廣的優良品種豫煙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目

取各處理烤后樣C3F等級煙葉1 kg，3次重復。煙葉經去梗、烘干、粉碎。過 60目篩，用于分析測定烤煙中的質體色素和常規化學成分。

1.4 測定項目和方法

1.4.1 質體色素的測定 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 常規化學成分的測定 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[9]。

1.5 數據處理

采用EXCEL2003和DPS6.55軟件。

2 結 果

2.1 不同烤煙基因型中質體色素含量分析

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和總葉綠素含量在基因型間存在差異性（F=110.53，19.114，31.235，P＜0.01）。從總葉綠素的含量看，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系。不同烤煙烤后樣中總葉綠素含量的大小順序為豫煙6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為中煙98＞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為豫煙6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為中煙 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為中煙98＞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，這可能與當地的生態環境和不同烤煙基因型的根系吸收能力強弱有關。不同烤煙基因型中鉀和氯的比值大小順序為中煙 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體色素與化學成分相關性分析

表3看出，烤煙中葉綠素a僅與總糖含量呈顯著性正相關；葉綠素b與煙堿含量呈顯著性負相關，與總氮含量呈極顯著性負相關；類胡蘿卜素與總糖含量呈顯著性負相關，但與煙堿和總氮含量呈顯著性正相關；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性。

表3 不同烤煙基因型質體色素與化學成分的相關性分析Table3 The correlation analysis between chrotnoplast pigments and chemical composition

2.4 不同烤煙基因型中質體色素與化學成分的通徑分析

2.4.1 不同基因型烤煙中質體色素與總糖的通徑分析 質體色素對烤煙總糖含量有一定的作用，為了確定各個質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體色素和總糖進行了通徑分析（表4）。結果顯示，與總糖關系最密切的是葉綠素a和葉綠素b，通徑系數（直接影響）分別為P1y=0.693699和P2y=0.44027，不同質體色素相應的相關系數，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，但是相關分析中類胡蘿卜素與總糖呈顯著負相關，這是由于類胡蘿卜素經葉綠素 a（-0.62647）和葉綠素 b（-0.30462）對總糖的影響均為負值，掩蓋了類胡蘿卜素對總糖的直接影響。不同質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體色素與煙堿的通徑分析 表5結果表明，葉綠素b和葉綠素a與煙堿關系最密切，通徑系數（直接影響）分別為P2y=-0.77035和P1y=-0.59748，但不同質體色素相應的相關系數以葉綠素 b（r2y=-0.79）和類胡蘿卜素（r3y=0.72）為最高；葉綠素a對煙堿產生直接負向作用，但在相關性分析中與煙堿的相關性相對較低，這是由于葉綠素a經葉綠素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體色素與總氮的通徑分析 表6結果表明，以葉綠素a和葉綠素b對總氮的關系最密切，通徑系數（直接影響）分別為P1y=-0.99094和P2y=-0.99036，但不同質體色素相應的相關系數以葉綠素 b（r2y=-0.87）和類胡蘿卜素（r3y=0.77）為最高；葉綠素a對煙堿產生直接負向作用，但在相關性分析中與總氮的相關性相對較低，這是由于葉綠素a經葉綠素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]。國內外研究均表明，煙葉質體色素的降解產物是所測定的揮發性香氣物質中含量最高的成分，它們占中性揮發性物質總量的85%～96%[12]，可見質體色素對煙葉品質的影響較大。王樹聲[13]研究表明，煙葉類胡蘿卜素的含量與各項評吸總分之間均達到顯著或極顯著正相關，說明煙葉中類胡蘿卜含量的增加對于評吸結果是較為有利的。李雪震等[14]認為，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個不同烤煙基因型中質體色素的含量，發現在不同基因型間差異性顯著，在不同基因型間整體表現為總葉綠素含量較高的品種，其相應的類胡蘿卜素含量較低。

（2）煙葉化學成分是決定評吸質量和煙氣特性等質量特性的內在因素。煙葉中的主要化學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的優劣[15]。煙葉化學成分受遺傳、環境的影響較大，在不同烤煙基因型間化學成分除氯之外都達到了極顯著差異。煙草的內在化學成分及其比值是衡量煙葉內在質量的重要指標，煙葉中常規化學成分含量對煙草香吃味有重要影響[16]。佟道儒[17]認為，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]認為，質量好的煙葉，總氮/煙堿的比值應小于1，一般為0.8～0.9為最好；還原糖與煙堿的比值接近 10的烤煙質量最好，一般為6～10；鉀/氯比值≥4為宜。本研究的結果表明，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，內在質量較差，同時綜合鉀、氯、還原糖/煙堿、總氮/煙堿與鉀/氯可知，中煙98各種化學成分相對比較協調，品質較好，但是6個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的重中之重，可以考慮從引進新的品種、栽培技術和施肥方法的措施來考慮。

（3）從相關分析和通徑分析結果可知，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體色素是葉綠素a和葉綠素b；質體色素經類胡蘿卜素間接影響對總糖、總氮和煙堿的作用最大。因此可以通過調節烤煙的質體色素代謝，協調好烤煙的化學成分，從而提高煙葉的可用性，但應特別注意類胡蘿卜素的含量。

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