我國烤煙鎂含量分布特點及與化學成分和有機酸的關系

王寶林 賈國濤 白銀帥 程良琨 劉超 孫九喆 陳洋 艾丹 崔廷 王曉瑜 張俊嶺

摘? 要：為探究烤煙Mg含量與煙葉內在品質的關系，以2018年全國249個煙葉樣品為研究對象，分析了烤煙Mg含量在不同產地和部位間的變異特點，以及與化學成分和有機酸含量的關系。結果表明，我國煙區烤煙Mg含量主要集中在0.16～0.84%范圍內，均值為0.40%;烤煙Mg含量與鉀含量和鉀氯比呈極顯著負相關，與氯含量和氮堿比呈顯著正相關;難揮發性酸中乙二酸、丙二酸、乳酸、乙酰丙酸、蘋果酸、檸檬酸含量和有機酸總量與Mg含量都有顯著相關性。烤煙適宜的Mg含量有利于協調煙葉化學成分和烤煙有機酸含量，改善煙葉內在品質。

關鍵詞：烤煙;鎂含量;化學成分;有機酸

Abstract： In order to explore the relationship between Mg content of flue-cured tobacco and quality of tobacco leaves， 249 tobacco leaf samples in 2018 were used in studying the variation characteristics of Mg content in flue-cured tobacco in different producing areas and parts， as well as the relationship with chemical composition and organic acid contents. The results showed that Mg contents of flue-cured tobacco in tobacco-growing areas of China mainly ranged from 0.16% to 0.84%， with an average value of 0.40%. Mg content of flue-cured tobacco was significantly negatively correlated with potassium content and potassium-chlorine ratio， and was significantly positively correlated with chlorine content and nitrogen-base ratio. The contents of oxalic acid， malonic acid， lactic acid， levulinic acid， malic acid， citric acid and total organic acid in the refractory acid had a significant correlation with Mg content of flue-cured tobacco. Suitable Mg content of flue-cured tobacco is beneficial to harmonize the chemical composition of tobacco leaves and the content of organic acids in flue-cured tobacco， and can improve the intrinsic quality of tobacco leaves.

Keywords： flue-cured tobacco; Mg content; chemical composition; organic acid

鎂（Mg）是植物生長的必需營養元素之一，國外相關研究表明，鎂元素在植物體生長發育中具有關鍵作用，對植物的產質量有重要影響，是僅次于氮、磷、鉀之后的第四大必需營養元素[1]。鎂是植物葉綠體中唯一的金屬元素，位于葉綠素分子的中心位置，在植物體的光合過程中起著舉足輕重的作用，可促進碳水化合物的合成與轉化[2]。鎂還是植物體內多種酶的活化劑，三羧酸循環、呼吸作用、硝酸鹽還原、糖酵解等生理過程中涉及到的許多酶均需要鎂離子來激活[3]。朱英華等[4]研究表明，鎂元素能促進煙株根系發育，有效提高煙株對礦質營養的吸收利用。邵巖等[5]研究認為，當煙葉鎂含量低于0.38%時，煙株在團棵期就開始表現出缺鎂癥狀，下部葉葉尖、葉緣失綠，葉肉黃化呈黃褐色葉脈仍保持綠色而呈網絡狀。高華軍等[6]研究表明，施鎂可以提高煙葉中的鉀含量，還原糖和總糖含量也有提升，有利于提升煙葉的吸食品質。目前關于鎂對烤煙生理發育和吸食品質關系研究較多，但是關于烤煙Mg含量與煙葉內在化學成分關系的研究較少。本文側重分析了我國煙區烤煙Mg的分布特點，并研究了其與化學成分和有機酸的關系，以期為煙葉原料的選擇以及工業使用價值提供理論依據。

1? 材料與方法

1.1? 材料來源

煙葉樣品為2018年度原煙樣品，來自鄭州煙草研究院，產地包括：西南煙區（66個）、東南煙區（69個）、長江中上游煙區（41個）、黃淮煙區（55個）和北方煙區（18個）;煙葉等級包括：上橘二（B2F）、中橘三（C3F）、下橘二（X2F）。

1.2? 測定項目及方法

各等級樣品取30片，去梗、烘干、粉碎，過60目篩，用于常規化學成分檢測。煙葉中總氮、煙堿、總糖、還原糖、淀粉、鉀和氯常規化學成分使用連續流動分析儀（SEAL AA3，德國）進行測定[7];煙葉Mg元素含量采用電感耦合等離子質譜儀（Nexion 300X PerkinElmer公司生產，美國）進行測定[8];有機酸含量采用氣相色譜-質譜聯用儀

（7890/5977 Agilent公司生產，美國）進行測定[9]。

1.3? 數據處理

采用Excel 2016和SPSS 22.0進行描述性統計、方差分析、Pearson簡單相關分析和回歸分析。

2? 結? 果

2.1? 我國烤煙Mg含量分析

由表1可知，全國煙葉樣品Mg含量均值為0.40%，主要集中在0.16%～0.84%，基本服從正態分布;不同部位烤煙Mg含量均值差異不大，各部位內變異系數偏大，其中中部葉C3F變異系數達到了36.64%。上部葉Mg含量黃淮煙區最高為0.45%，東南煙區最低為0.35%，西南煙區變異系數最大為41.53%，黃淮和東南煙區存在顯著性差異。中部葉Mg含量黃淮煙區最高為0.46%，東南煙區最低為0.31%，西南煙區變異系數最大為38.13%，黃淮和長江中上游、東南、北方煙區都存在顯著性差異。下部葉Mg含量西南煙區最高為0.47%，變異系數為34.08%，西南煙區和長江中上游、東南煙區都存在顯著性差異。

2.2? 烤煙Mg含量與化學成分的相關分析

2.2.1? 烤煙Mg含量與化學成分的相關分析? 烤煙Mg含量與化學成分的Pearson簡單相關分析和雙側檢驗結果見表2。由表2可知，烤煙Mg含量與總氮、氯、糖堿比和氮堿比存在正相關，與總糖、還原糖、淀粉、煙堿、鉀和鉀氯比存在負相關，其中烤煙Mg含量與氯和氮堿比的正相關關系達到顯著水平，與鉀和鉀氯比的負相關關系達到極顯著水平，烤煙Mg含量與總糖、還原糖、淀粉、總氮、煙堿和糖堿比無顯著相關性。

2.2.2? 烤煙Mg含量與相關性化學指標的回歸分析? 將不同烤煙Mg含量通過次序分布原則按照組距0.05進行分組，計算得出每組烤煙Mg含量的平均值及其對應的化學成分含量平均值，對相關性顯著的化學指標與烤煙Mg含量進行回歸方程擬合，結果見圖1。由圖可知，烤煙Mg含量與化學指標鉀、氯、氮堿比和鉀氯比都呈一元二次關系，隨Mg含量升高，鉀呈逐漸降低趨勢，氯和氮堿比呈逐漸遞增趨勢，鉀氯比表現為先降低后增加的拋物線變化趨勢。其中鉀和氯含量變化趨勢的回歸方程擬合度較相對較高。

2.3? 烤煙Mg含量與有機酸的相關分析

2.3.1? 烤煙Mg含量與有機酸的相關分析? 由表3可知，難揮發性酸中乙二酸和丙二酸含量與烤煙Mg含量呈顯著正相關，乳酸和乙酰丙酸含量與烤煙Mg含量呈極顯著負相關，蘋果酸、檸檬酸、難揮發性酸含量和有機酸總量與烤煙Mg含量呈極顯著正相關，丁二酸和香草酸含量無相關性;高級脂肪酸中十四酸、十六酸、亞油酸、油酸+亞麻酸、十八酸和二十酸含量與烤煙Mg含量均無相關性。

2.3.2? 烤煙Mg含量與相關性有機酸指標的回歸分析? 在相關性分析的基礎上，對相關性顯著的有機酸指標與烤煙Mg含量進一步進行回歸方程擬合，結果見圖2。由圖2可知，烤煙Mg含量與乳酸、乙二酸、丙二酸、檸檬酸和乙酰丙酸呈一元二次方程關系，隨Mg含量升高，乳酸和乙酰丙酸呈逐漸降低趨勢，乙二酸、丙二酸和檸檬酸呈逐漸遞增趨勢，烤煙Mg與蘋果酸、難揮發酸總量和有機酸總量呈一元三次方程關系，表現為先降低后增加又降低的回歸式拋物線變化趨勢。其中檸檬酸、乙酰丙酸、蘋果酸、難揮發性酸總量和有機酸總量變化趨勢的回歸方程擬合度較高（R?﹥0.85）。

3? 討? 論

全國烤煙Mg含量的均值為0.40%，主要集中在0.16%～0.84%內，呈現正態分布，這與方紅等[10]研究結果相一致。不同部位烤煙Mg含量均值差異不大，由于本試驗所取樣品區域跨度大，品種較多，導致不同部位烤煙Mg含量差異不顯著。西南和黃淮煙區烤煙Mg含量高于長江中上游和東南煙區，這是因為長江中上游和東南煙區高溫、多雨的氣候造成土壤中的鎂容易因遷移和淋溶而損失，導致烤煙Mg含量低[11]。

煙葉化學成分是決定煙葉質量的內在因素[12]。李永忠等[13]研究表明，隨鎂水平的提高，煙葉糖含量下降，與景延秋等[14]研究結果不一致。本試驗表明，烤煙Mg含量與總糖和還原糖含量表現為負相關，與李永忠等研究一致。研究表明[15]缺鎂使植物體內淀粉累積，其原因是光合同化物向庫的運轉受阻或光合同化物的利用率下降，也可能是兩者共同作用的結果。CAKMAK等[16]認為，蔗糖通過韌皮部向外輸出的速度及數量明顯下降是缺鎂葉片淀粉積累的原因。本試驗結果也表明淀粉含量與烤煙Mg含量呈負相關。本試驗結果還表明，烤煙Mg含量與總氮呈正相關，與煙堿呈負相關;隨著烤煙Mg含量的增加大，鉀含量整體呈現下降趨勢，氯含量整體呈現遞增趨勢。李永忠等[13]研究表明，鎂含量的提高，總氮和煙堿含量增加，施木克值和糖堿比下降，并存在顯著相關關系，這與本研究結果不完全一致，還需進一步研究。長江和東南區域降雨量大，土壤中的氯主要以游離態存在，易隨降水、灌溉、滲漏等流失，導致氯的利用率低，土壤和煙葉含氯量普遍偏低[17];黃淮降雨量較少，土壤淋溶作用較小，每年施入的氯元素在土壤中因難以淋溶而逐年累積，造成烤煙氯含量較高[18]。這與煙葉Mg含量地域分布的規律一致，是造成鎂和氯含量呈正比的主要原因?？緹熸V與鉀之間存在著極為復雜的交互作用，但其之間的作用方式目前仍沒有定論。多數學者認為，鎂與鉀存在著拮抗作用，劉世亮等[19]研究表明，煙草植株體內鉀含量隨著鎂含量的提高逐漸下降，與本試驗結果一致。

有機酸廣泛存在于煙草中，主要是以非揮發性有機酸形式存在，非揮發性有機酸雖然對煙草香味沒有明顯的直接作用，但能與生物堿結合成鹽，調節質子化和游離態煙堿比例以及平衡煙氣酸堿度[20]。本試驗表明，難揮發性酸中乙二酸、丙二酸、乳酸、乙酰丙酸、蘋果酸、檸檬酸含量和有機酸總量與烤煙Mg含量都有顯著相關性;高級脂肪酸中十四酸、十六酸、亞油酸、油酸+亞麻酸、十八酸和二十酸與烤煙Mg含量無相關性。姚莉等[21]研究表明，鎂含量與有機酸有相關性，與本試驗結果相一致。檸檬酸、乙酰丙酸、蘋果酸、難揮發酸總量和有機酸總量與Mg含量的回歸方程擬合度較高（R?﹥0.85），表明與烤煙Mg含量相關性密切。

4? 結? 論

綜上所述，我國煙區烤煙Mg含量主要集中在0.16%～0.84%內，均值為0.40%，長江中上游和東南煙區烤煙Mg含量低?？緹烳g含量與總糖、還原糖、淀粉、煙堿、鉀和鉀氯比存在負相關，與氯和氮堿比存在正相關關系并達到顯著水平。難揮發性酸中乙二酸、丙二酸、乳酸、乙酰丙酸、蘋果酸、檸檬酸含量和有機酸總量與烤煙Mg含量都有顯著相關性。本研究表明適宜的烤煙Mg含量有利于協調煙葉化學成分和烤煙有機酸含量，改善煙葉的內在品質。

參考文獻

[1]SMAIL CAKMAK， CHRISTINE HENGELER， Horst Marschner. Changes in phloem export of sucrose in leaves in response to phosphorus， potassium and magnesium deficiency in bean plants. 1994， 45（278）： 1251-1257.

[2]STEVEN C. HUBER， WENDY MAURY. Effects of magnesium on intact chloroplasts. I. evidence for activation of （sodium） potassium/proton exchange across the chloroplast envelope. 1980， 65（2）： 350-354.

[3]WERNER M， KAISER. Mineral nutrition of plants： principles and perspectives[J]. Journal of Plant Physiology， 2005， 162（12）：1380-1381.

[4]朱英華，屠乃美，肖漢乾，等. 鎂對烤煙生長發育及養分吸收的影響[J]. 華北農學報，2011，26（3）：164-167.

ZHU Y H， TU N M， XIAO H Q， et al. Effects of different magnesium on growth and nutrient uptake of flue-cured tobacco[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica. 2011， 26（3）： 164-167.

[5]邵巖，雷永和，晉艷. 烤煙水培鎂臨界值研究[J]. 中國煙草學報，1995（4）：52-56.

SHAO Y， LEI Y H， JIN Y. Study on the critical value of hydroponic magnesium for flue-cured tobacco [J]. Acta Tab. Sin. 1995（4）： 52-56.

[6]高華軍，林北森，韋忠，等. 不同鎂肥用量對高鈣區烤煙產量、鎂含量及香氣質量的影響[J]. 山西農業科學，2016（44）：1507.

GAO H J， LIN B S， WEI Z， et al. Effects of magnesium fertilizer application amount on yield， magnesium content and aroma quality of flue-cured tobacco in high calcium soil area[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences， 2016（44）： 1507.

[7]王新瑞. 煙草化學[M]. 北京：中國農業出版社，2003.

WANG X R. Tobacco Chemistry[M]. Beijing： China Agricultural Press， 2003.

[8]MORA V， BACAICOA E， ANGEL-MARIA Z， et al. Action of humic acid on promotion of cucumber shoot growth involves nitrate-related changes associated with the root-to-shoot distribution of cytokinins， polyamines and mineral nutrients[J]. Journal of Plant Physiology， 2012， 167： 633-642.

[9]郭磊，劉惠民，謝復煒，等. 煙葉中26種揮發性與半揮發性有機酸的GC-MS/SIM法同時分析[J]. 分析測試學報，2008（7）：68-72.

GUO L， LIU H M， XIE F W， et al. Simultaneous determination of 26 volatile and semi-volatile organic acids in tobacco leaves by GC-MS/SIM [J]. Journal of Instrumental Analysis. 2008（7）： 68-72.

[10]方紅，羅建新，周萬春，等. 施鎂量和施鎂方法對烤煙生長發育和煙葉產量的影響[J]. 作物研究，2007，21（1）：32-34.

FANG H， LUO J X， ZHOU W C， et al. Effects of magnesium application rates and methods on growth and development of flue-cured tobacco and yield of tobacco leaves[J]. Crop Research. 2007， 21（1）： 32-34.

[11]張仁椒，朱其清，梁頒捷，等. 三明煙區土壤養分豐缺狀況及施肥對策[J]. 中國煙草科學，1999（1）：3-5.

ZHANG R J， ZHU Q Q， LIANG P J， et al. The abundance and deficiency of soil nutrients in Sanming tobacco-growing areas and the countermeasures [J]. Chinese Tobacco Science， 1999（1）： 3-5.

[12]杜文，譚新良，易建華，等. 用煙葉化學成分進行煙葉質量評價[J]. 中國煙草學報，2007，13（3）：25-31.

DU W， TAN X L， YI J H， et al. Evaluation of leaf tobacco quality using chemical composition data[J]. Acta Tab. Sin. 2007， 13（3）： 25-31.

[13]李永忠，蔣志宏，楊志新，等. 供Mg水平對烤煙主要經濟性狀的影響[J]. 西南農業大學學報，2002（3）：200-202.

LI Y Z， JIANG Z H， YANG Z X， et al. Effect of Mg supply level on main Economic Characters of Flue-cured Tobacco[J]. Journal of Southwest University. 2002（3）： 200-202.