不同UV-B輻射強度對烤煙主要次生代謝產物的影響

權佳鋒 涂云 楊正聰 盧紅

摘要：本試驗以K326為材料，采用人工氣候箱模擬自然環境氣候條件，在煙草成熟期進行不同UV-B輻射處理，研究其對煙葉質體色素、多酚類物質、有機酸、糖和煙堿等次生代謝產物含量積累與變化的影響。結果表明：增強UV-B輻射會使煙草的主要次生代謝產物質體色素、多酚類物質、有機酸、煙堿含量增加，水溶性糖、還原糖含量減少。但不同UV-B輻射強度對煙草次生代謝產物的影響各異，其中高強度較低強度UV-B輻射其質體色素、多酚類、有機酸含量有所下降，而煙堿和糖類含量則隨輻射強度的增強分別呈現遞增、遞減趨勢。

關鍵詞：烤煙; UV-B輻射;次生代謝產物;化學成分

中圖分類號：S572.01文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2019）02-0062-05

Effects of Different UV-B Radiation Intensity on Main

Secondary Metabolites of Flue-Cured Tobacco

Quan Jiafeng， Tu Yun， Yang Zhengcong， Lu Hong

（College of Tobacco Science， Yunnan Agricultural University， Kunming 65020?China）

AbstractThe artificial climate box was used to simulate the natural environment and climate conditions， and different UV-B radiation treatments were performed in the mature period of tobacco with K326 as material. The accumulation and changes of secondary metabolites such as plastids， polyphenols， organic acids， sugar and nicotine were studied. The results showed that enhanced UV-B radiation could increase the content of plastids， polyphenols， organic acids and nicotine， but reduce the content of water-soluble sugars and reducing sugars in tobacco leaves. There were different effects of different UV-B radiation intensities on secondary metabolites. The content of plastids， polyphenols and organic acids was lower under high intensity of UV-B radiation compared with low intensity. The nicotine content increased gradually， while the sugar content decreased with the enhancement of radiation intensity.

KeywordsFlue-cured tobacco; UV-B radiation; Secondary metabolites; Chemical component

近年來，人類活動引起的氟氯烴化合物排放導致大氣中臭氧減少，地表UV-B輻射日益增強[1]，對生態系統和動植物生長造成不同程度的影響。在UV-B輻射增強條件下，植物的形態、光合系統、蛋白質結構及化學成分都會發生變化[2]，以化學成分和次生積累物形成其質量風格的煙草更是如此。煙草中的生物堿及主要香氣前體物質如萜烯、醇類、酸類、酯類、酚類等大多數物質均是次生代謝產物[3，4]，對煙草生長發育、煙葉質量有重要影響。何承剛等[5]認為低UV-B輻射增強降低了烤煙的水溶性糖和鄰苯二酚含量，同時質體色素和類黃酮含量明顯增加。黃勇等[6]認為葉綠素、糖、煙堿含量降幅與UV-B輻射強度呈正相關，微量UV-B輻射有利于提高成苗葉綠素含量。左敏等[7]的研究表明，增強UV-B輻射，兩個烤煙品種煙葉的葉綠素、類胡蘿卜素、多酚類物質和部分多元酸、高級脂肪酸等香氣前體物含量明顯提高。

在影響煙草次生代謝諸多因素中，生態環境起著主導作用[8]。生態條件包括氣候條件（溫度、降水、光照、霜期）、土壤條件（地形地貌、土壤環境條件） [9]。前人研究UV-B輻射對煙草次生代謝產物的影響多是在田間通過直接增加UV-B燈管來實現UV-B輻射的增強，勢必會受到多種因素的影響。為了排除田間試驗中的多因子干擾，本研究于人工氣候培養箱中通過盆栽方式進行控制條件下的單因子輻射對烤煙物質積累與分配影響的系統試驗，研究不同UV-B輻射強度下，烤煙主要次生代謝產物質體色素、多酚、有機酸的積累情況，探究UV-B輻射對烤煙化學品質和風格的影響，旨在證明較高UV-B輻射是導致云南烤煙質量優于其它產區的主要生態影響因子，為今后烤煙品種的生態區域合理布局提供參考。

1材料與方法

1.1材料

試材為云南省主栽品種K326，云南省煙草農業科學研究院提供種子。塑料盆：44 cm×29 cm。人工氣候培養箱：LRH-800-GSI（試驗后期處理用），廣東韶關泰宏醫療器械有限公司出品。UV-B燈管：廣州朗普光電科技有限公司產紫外燈管，8 W，308 nm，0.21 mW/cm2。

1.2方法

盆栽試驗：2018年1月20日進行漂浮育苗，4月3日選取健壯統一的煙苗移栽于塑料盆中，每盆1株。按云南優質烤煙標準化栽培措施管理。7月10日人工初花打頂，留葉20片。打頂結束一周后選取健壯整齊度一致的煙株于人工氣候培養箱中進行紫外輻射處理，并對煙葉標記掛牌。選取第7～12葉（中部葉）在煙葉正常落黃成熟后采摘，一部分新鮮葉片進行質體色素檢測，之后全部烘烤、研磨成煙末，進行化學成分檢測。

試驗設置3個處理，1個對照，重復4次，即：在人工氣候箱內設置0、0.84、 1.68、3.36 mW/m2 4個UV-B輻射強度處理，分別用CK、T1、T2、T3表示。人工氣候培養箱各項指標設置見表1。

1.3指標測定

光合色素：采用無水乙醇—丙酮（1∶?1）浸提比色法測定。取0.1 g葉片，剪碎后放入25 mL刻度試管中，加浸提液25 mL，于室溫、黑暗處浸提，直至葉片完全變白，測663、646 nm和470 nm處吸光值，計算葉綠素a、b和類胡蘿卜素含量。

多酚類化合物：按照《煙草及煙草制品 多酚類化合物綠原酸、莨菪亭和蕓香苷的測定》（YC/T 202-2006）用高效液相色譜法測定綠原酸、蕓香苷、莨菪亭含量。

有機酸：按照《煙草及煙草制品有機酸的測定 氣相色譜質譜聯用法》（TCJC-ZY-Ⅳ-004-2012）測定有機酸。

1.4數據處理

用 Microsoft Excel 2016和SPSS 19.0對數據進行分析處理。

2結果與分析

2.1不同UV-B輻射強度對烤煙質體色素的影響

由表2看出，隨著UV-B輻射增強，烤煙中部葉的葉綠素a、b和類胡蘿卜素含量均表現為先增加后減少，且對照與處理間均呈極顯著差異。在相對較弱的UV-B輻射（T1，0.84 mW/m2） 下，煙葉葉綠素a、b和類胡蘿卜素含量較對照極顯著增長，但隨著輻射增強至1.68 mW/m2 （T2），葉綠素a、類胡蘿卜素含量增長減緩，T2與T1無顯著差異，但葉綠素b仍顯著增多;UV-B輻射增至3.36 mW/m2 （T3）時，三種色素含量則大幅下降。葉綠素a、b和類胡蘿卜素含量均表現為T2﹥T1﹥T3﹥CK。

2.2不同UV-B輻射強度對烤煙多酚類物質的影響

由表3看出，隨著UV-B輻射增強，烤煙中部葉多酚類物質綠原酸、莨菪亭、蕓香苷的含量先上升后下降。對照的多酚類物質含量最低;UV-B輻射增強到0.84 mW/m2 （T1）時，三種多酚類物質小幅增長，增強至1.68 mW/m2 （T2）時呈現極顯著增長，繼續增強至3.36 mW/m2 （T3）時，三種多酚類物質極顯著下降，但仍高于T1和CK。

2.3不同UV-B輻射強度對烤煙有機酸的影響

2.3.1對烤煙多元酸的影響?由表4看出，烤煙中部葉主要多元酸草酸、蘋果酸、檸檬酸含量隨著UV-B輻射增強呈現先升高后降低趨勢，均為：CK﹤T3﹤T2﹤T1。T1的草酸、蘋果酸、檸檬酸含量較CK極顯著增多;T2較T1草酸含量顯著下降，蘋果酸、檸檬酸含量下降，但并不顯著。三種多元酸中， 3個處理蘋果酸含量較CK增幅最大。

2.3.2對烤煙高級脂肪酸的影響?由表5看出，隨著UV-B輻射增強，5種高級脂肪酸含量均呈現先增加后降低趨勢，總體表現為T1>T2>T3>CK，各處理均顯著高于對照。其中T1比對照增幅最大，T2次之，T3增幅最小。

2.4不同UV-B輻射強度對烤煙糖和煙堿含量的影響

由表6看出，烤煙中部葉的總糖、還原糖含量與UV-B輻射強度呈顯著負相關，煙堿與UV-B輻射強度呈正相關。對照的總糖、還原糖含量極顯著高于各處理，煙堿含量極顯著低于各處理。

3討論

質體色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素，是煙草重要的代謝物和煙葉中重要的香氣前體物。許多研究表明增強UV-B輻射會使煙草中光合色素含量下降[10，11]，但本研究表明，隨著UV-B輻射的增強，烤煙中部葉葉綠素a、b的含量較CK極顯著增加，這與何承剛[5]、劉敏等[12]的研究結果一致。其原因可能是，增強UV-B輻射使得烤煙落黃延遲，烘烤時葉綠素轉化不完全[13];環境原因使得植物對UV-B輻射的適應能力增強。本研究中，增強UV-B輻射極顯著增進類胡蘿卜素含量的積累，原因是類胡蘿卜素是一種植物保護色素，可以直接吸收紫外輻射，保護植物免受UV-B輻射的傷害[13，14]。

酚類化合物不僅是煙草產量和質量形成的重要因素，而且是煙草化學防御機制的有效物質 [15]。多酚類物質是酚類化合物的重要組成部分，是煙葉重要的香氣前體物，綠原酸、蕓香苷、莨菪亭三種多酚占煙草總多酚的70%～80%[16]。大量研究表明，增強UV-B輻射對植物最一致的影響是增加植物葉片中紫外吸收物質，如多酚類物質，吸收大量紫外線，進而減少輻射對自身的傷害[17-19]。這與本試驗結果一致，即隨UV-B輻射的適當增強，煙草多酚類物質顯著升高。

有機酸廣泛存在于煙草中，對煙草的生理代謝有重要作用。多種有機酸及其衍生物是煙草的香味物質和香氣前體物，直接影響煙葉及其制品的質量。非揮發性有機酸主要包括草酸、檸檬酸、蘋果酸，可以調節煙草pH值、改善煙氣質量。高級脂肪酸屬于半揮發性酸，主要包括棕櫚酸、油酸、亞油酸、亞麻酸和硬脂酸，可賦予煙氣臘味、脂味以及柔和的氣味[20，21]。本研究表明，適度增強UV-B輻射可增加煙葉中多元酸和高級脂肪酸的含量，與左敏等[7]?的研究結果一致。王樹會等[22]的研究表明較高海拔區域的烤煙葉片中有機酸含量高于低海拔區域，但隨著海拔升高，紫外輻射、溫度、濕度、降雨量都會發生變化，所以有關UV-B輻射對烤煙有機酸含量的影響還有待于進一步研究。

糖類是煙草合成自身物質的基本原料，是煙草的骨架物質。糖類的代謝為煙草生長發育提供能量，同時和煙葉的質量有著密切關系。煙草中的水溶性糖和還原糖對煙葉品質有重要影響，可以提高原煙外觀質量、調節煙氣酸堿度，使吃味醇和，是重要的香氣前體物。UV-B輻射對于煙草糖類含量影響的研究較多，本研究與其他學者的研究結果一致[18，23，24]，即隨UV-B輻射的增強，煙葉中的水溶性總糖和還原糖顯著下降。其原因可能是，在UV-B輻射脅迫下，煙草進行自我保護，光合作用減弱、蒸騰作用增強、作物合成作用降低但消耗增加，因而導致煙葉水溶性總糖和還原糖下降。

煙堿是煙草生物堿的主要成分，是煙草次生代謝產物，可以促成綠原酸和咖啡酸等酚類物質的生物合成，在煙草中的含量和分布受到品種、部位、氣候環境和栽培管理措施的影響。煙堿對煙葉外觀色澤、煙葉香吃味都有影響。張艷敏[25]和張爭等[26]的研究表明，隨著UV-B輻射增強，煙葉中的煙堿顯著增加，本研究也證實了這一點。其原因可能是：植物堿屬于次生代謝產物，而次生代謝產物與植物的生存競爭有關，是植物化學防御機制的有效物質，UV-B輻射脅迫下煙草會產生大量次生代謝產物保護自身、減少因輻射受到的傷害。

4結論

本研究結果表明，增強UV-B輻射，會使煙草的主要次生代謝物質體色素、多酚類物質、有機酸、煙堿含量增加，水溶性糖、還原糖含量減少。但不同UV-B輻射強度對煙草次生代謝產物的影響各異，其中高強度較低強度UV-B輻射其質體色素、多酚類、有機酸含量有所下降，而煙堿和糖類含量隨輻射強度增強分別呈現遞增、遞減趨勢。

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