雪茄煙葉晾制期顯微結(jié)構(gòu)與水分變化及其相互關(guān)系

李楠芬，楊錦鵬，汪社亮，楊春雷，徐芳森，余 君

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院微量元素研究中心，武漢 430070；2.湖北省煙草科學(xué)研究院，武漢 430030）

與國外成熟雪茄煙（Nicotiana tabacumL.）市場(chǎng)相比，中國雪茄煙市場(chǎng)呈迅速發(fā)展的趨勢(shì)，國產(chǎn)雪茄煙有巨大的發(fā)展空間［1］。優(yōu)質(zhì)雪茄煙培育與生產(chǎn)主要包括大田煙葉生產(chǎn)、調(diào)制和發(fā)酵等，調(diào)制環(huán)節(jié)是指煙葉在晾制、曬制或半晾半曬等過程中的生理生化反應(yīng)，將煙葉的內(nèi)在品質(zhì)和潛在優(yōu)勢(shì)呈現(xiàn)出來［2］。晾制對(duì)雪茄煙葉最直觀的改變體現(xiàn)在顏色和含水量上，失水速率對(duì)煙葉顏色、關(guān)鍵化學(xué)成分和相關(guān)酶活有重要影響［3-5］。優(yōu)質(zhì)雪茄煙的晾制需要適宜的溫濕度環(huán)境，煙葉失水過快導(dǎo)致細(xì)胞過早死亡，葉綠素尚未分解完成，易晾成青煙；晾房溫度過高易導(dǎo)致淀粉酶、硝酸還原酶等活性降低［6，7］。晾制期間煙葉組織結(jié)構(gòu)和含水量的變化相互偶聯(lián)，水分的散失會(huì)造成細(xì)胞的損傷［8］。與烤煙相似，雪茄煙的鮮葉屬于典型的異面葉，組織結(jié)構(gòu)特征明顯，海綿組織間隙大［9，10］。對(duì)烤煙鮮煙葉顯微結(jié)構(gòu)與超微結(jié)構(gòu)的研究較多，主要集中在烤煙成熟發(fā)育階段［10-12］以及不同品種煙葉結(jié)構(gòu)的對(duì)比［10，13］等。對(duì)雪茄煙晾制期葉片的組織結(jié)構(gòu)變化以及水分變化對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響研究報(bào)道較少。本試驗(yàn)以雪茄煙品種楚雪10 號(hào)（CX-010）為材料，對(duì)晾制前15 d 中部葉組織結(jié)構(gòu)和煙葉水分含量的變化進(jìn)行研究，并分析葉片厚度與煙葉水分含量變化的關(guān)系，以期為雪茄煙晾制過程中葉片失水機(jī)理和煙葉解剖學(xué)研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地與材料

雪茄煙品種為楚雪10 號(hào)（CX-010），栽培于湖北省恩施土家族苗族自治州恩施市崔壩鎮(zhèn)賀家村（E 109°47‘42″，N 30°27’27″）。海拔高度860 m，試驗(yàn)地土壤pH 為6.21，有機(jī)質(zhì)含量25.33 g/kg，堿解氮含量126.05 mg/kg，速效磷含量83.34 mg/kg，速效鉀含量535.19 mg/kg，氯離子含量0.11 mg/kg。煙苗于2021 年5 月11 日移栽，移栽密度為1.10 m×0.45 m。試驗(yàn)施N 量為120 kg/hm2，有機(jī)肥1 500 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O = 1.0∶0.5∶3.0。肥料中全部腐熟菜餅肥，1/3 的N、K 和100%的P 作基肥在起壟時(shí)條施，2/3 的N、K 肥分2 次追施。大田管理參照優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉的生產(chǎn)技術(shù)。

1.2 試驗(yàn)處理

7 月24 日，選取長勢(shì)基本一致、成熟度相對(duì)一致的煙株采收中部葉。將采摘后的煙葉編桿后掛入科研晾房（長×寬×高為12 m×7 m×7 m），晾房材料為鐵皮，共12 扇窗。掛桿長度為160 cm，每桿掛42 片煙葉，相鄰掛桿間隔25 cm，通過開關(guān)窗來控制晾制條件，晾制前期調(diào)控低溫高濕環(huán)境，晾制后期調(diào)控高溫低濕環(huán)境。

1.3 試驗(yàn)方法

將溫濕度記錄儀懸掛在晾房中間的前、中、后3個(gè)位置，每小時(shí)記錄溫濕度。在晾制前、晾制5 d、晾制10 d、晾制15 d 各取10 片煙葉，去除主脈后，進(jìn)行總含水量測(cè)定以及顯微結(jié)構(gòu)觀察。采用烘干稱重法測(cè)量煙葉含水率；同時(shí)從雪茄煙葉樣品的葉尖至葉基，在第六至第七枝葉脈中間切下約0.5 cm×0.5 cm的小塊葉片，F(xiàn)AA 固定液固定，用于制作組織切片。經(jīng)過脫水和石蠟包埋后，切成厚度2～3 μm 薄片，番紅固綠染色，顯微鏡觀測(cè)拍照。每個(gè)試驗(yàn)3 個(gè)重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Image J 軟件測(cè)量葉片厚度，采用Microsoft Excel、Origin 對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 晾制前期晾房溫濕度的變化

晾制15 d 內(nèi)晾房溫濕度變化見圖1，煙葉進(jìn)入晾房前后，晾房的溫濕度明顯改變，晾制前10 d 溫度低于晾制10～15 d，濕度基本呈先緩慢上升后緩慢下降的趨勢(shì)。晾制15 d 晾房溫度變化不大，變幅在2.94 ℃內(nèi)；濕度一直保持一個(gè)較高水平，最高達(dá)96.64%。

圖1 晾制前期晾房溫濕度變化

2.2 晾制前15 d 雪茄煙中部葉的顯微結(jié)構(gòu)觀察

不同晾制時(shí)間CX-010 中部煙葉的顯微結(jié)構(gòu)差異明顯（圖2），隨晾制時(shí)間的推進(jìn)，雪茄煙葉在微觀組織形態(tài)上表現(xiàn)為細(xì)胞間隙增大，葉片細(xì)胞干縮解體嚴(yán)重。從圖2a 可以看出，雪茄煙葉為典型的異面葉，即上下表皮細(xì)胞均為一層，上表皮細(xì)胞比下表皮細(xì)胞大，靠近上表皮的細(xì)胞為海綿組織，靠近下表皮的細(xì)胞為柵欄組織。海綿組織由多層細(xì)胞構(gòu)成，間隙發(fā)達(dá)；柵欄組織由一層細(xì)胞構(gòu)成，排列緊密，間隙較海綿組織小。

晾制5 d 葉肉細(xì)胞溶解、解體和干縮，各種細(xì)胞處于明顯的分解狀態(tài)，海綿組織與柵欄組織界限不分明，但上下表皮細(xì)胞變化不大（圖2b）。晾制的10 d，葉片已完全皺縮，葉片結(jié)構(gòu)及其組織形態(tài)無法分辨（圖2c）。整體看來，晾制10 d 后葉片組織結(jié)構(gòu)與晾制15 d 的差別不大（圖2d），說明晾制到10 d，葉片已失去生命活動(dòng)，細(xì)胞徹底死亡。

圖2 不同時(shí)期CX-010 中部葉顯微結(jié)構(gòu)觀察（20 倍）

2.3 葉片水分與厚度變化及其相關(guān)性分析

晾制15 d CX-010 中部葉的總水分含量與厚度變化如表1 所示。隨著晾制的進(jìn)行，煙葉處于逐漸失水的狀態(tài)，5～10 d 是煙葉失水率最高的時(shí)期，達(dá)50.14%；0～5 d 和10～15 d 煙葉失水率相差不大，在10%左右，并且15 d 煙葉已經(jīng)處于含水率較低的狀態(tài)。晾制處理5 d 內(nèi)葉片厚度變化不大，晾制10 d，葉片變薄至原來的一半，且趨于穩(wěn)定。對(duì)葉片水分與厚度變化的相關(guān)性分析見圖3，在晾制15 d 內(nèi)，葉片含水量與葉片厚度呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），說明葉片含水量降低，葉片也隨之變薄。

圖3 葉片水分與厚度變化的相關(guān)性

表1 晾制過程中煙葉含水率與厚度變化

3 小結(jié)與討論

水分不僅是煙葉生長發(fā)育過程中營養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì)，也是煙葉調(diào)制過程中代謝物在體內(nèi)運(yùn)輸?shù)妮d體。在煙葉調(diào)制過程中，適宜的失水速度能使得煙葉中大分子物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、淀粉等得到初步降解，色素、多酚等物質(zhì)及時(shí)轉(zhuǎn)化，從而使得煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)，葉片顏色均勻［6，14］。本研究表明，在控制晾房溫濕度環(huán)境變化的條件下，雪茄煙葉經(jīng)過10 d 的晾制，含水率約為鮮煙葉的一半，且5～10 d 失水最快，而后失水速率緩慢。因?yàn)樵诹乐魄? d 煙葉中蛋白質(zhì)、纖維素、果膠質(zhì)等極性大分子物質(zhì)較多，煙葉的水分平衡體系較穩(wěn)定，而后煙葉完全失去生命活動(dòng)，水分的缺乏致使葉片膨壓降低、氣孔關(guān)閉，水解酶數(shù)量增加和活性提高，有利于淀粉和蛋白質(zhì)水解，進(jìn)而加速衰老，各種物質(zhì)迅速轉(zhuǎn)化與損失，導(dǎo)致水分急劇喪失［15］。劉博遠(yuǎn)等［3］認(rèn)為，雪茄煙葉晾制10～15 d 失水速率最快，與本研究結(jié)果有所不同，可能是對(duì)晾制條件的控制不同導(dǎo)致的，也可能是不同品種間失水特性差別不同。

探索煙葉失水與葉片組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系，對(duì)通過改善晾制條件提高產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要的意義。水分生理代謝與葉片細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān)，煙葉在晾制過程中失水皺縮。相關(guān)研究認(rèn)為，煙葉組織結(jié)構(gòu)厚度、柵欄組織和海綿比值對(duì)煙葉品質(zhì)影響很大，且煙葉柵欄組織和海綿比值與品質(zhì)呈正相關(guān)［16，17］。本研究表明，晾制5 d 葉肉細(xì)胞處于明顯的分解狀態(tài)，雖然海綿組織與柵欄組織間的界限不明顯，但依然可以分辨，這一階段含水量下降幅度不大，接近10 個(gè)百分點(diǎn)。到晾制10 d，煙葉完全失去生命活動(dòng)，葉片皺縮，葉片結(jié)構(gòu)和組織形態(tài)無法分辨，這一顯著變化可能與含水量的急劇下降有關(guān)，這5 d 內(nèi)煙葉的含水量從82.01%下降到40.89%。該結(jié)果與苑亞汝［18］對(duì)煙葉烘烤過程中葉片組織結(jié)構(gòu)變化動(dòng)態(tài)的研究結(jié)果類似。在本研究中，隨晾制時(shí)間的增加，葉片含水率與葉片厚度呈極顯著正相關(guān)，因?yàn)槿~片厚度主要由柵欄組織和海綿組織決定［9，10，13］，水分的散失直接影響細(xì)胞大小和細(xì)胞間隙，從而影響柵欄組織和海綿組織細(xì)胞的長度。

雪茄煙采收后，在煙葉晾制5～10 d 失水速率最快，組織結(jié)構(gòu)變化也最大，晾制的前5 d 與10～15 d失水速率適中，葉片含水率與葉片厚度呈極顯著正相關(guān)，說明雪茄煙晾制中煙葉水分變化的關(guān)鍵時(shí)期是晾制開始后的5～10 d，該時(shí)期也可能是決定煙葉品質(zhì)變化的關(guān)鍵時(shí)期。