基于灰色關聯分析法的湖北烤煙還原糖含量與葉片形態特征關系研究

劉曉敏，位志坤，王曉麗，徐 銳，韓 丹*，許自成*

（1河南農業大學煙草學院，河南鄭州 450002；2湖北省煙草公司襄陽市公司，湖北襄陽 441003）

0 引言

【研究意義】烤煙中的糖類物質是影響感官質量的重要有機化學成分，其中還原糖含量與吸食品質密切相關，含量適宜的還原糖在卷煙燃燒過程中產生多種香氣物質，有利于改善吃味、醇和煙氣及減少刺激性（王瑞新，2003；曹景林等，2020）。還原糖還是提高煙葉油分的關鍵因素之一，還原糖含量高的煙葉光澤鮮明，油潤富有彈性（鄧小華等，2006）；但還原糖含量過高會增加卷煙產品燃燒時的焦油量（鄧小華等，2008），對人體造成危害。2017年，湖北中煙提出“中棵煙+高油分”的理念，旨在從控制葉片形態和株型等方面出發以提高煙葉品質（李志華等，2018）。初烤煙葉片形態特征從屬于物理特性，而烤煙物理特性是葉片化學成分的外在表現（付秋娟等，2014），近年來對于烤煙煙堿含量與物理特性關系的研究較多，而對還原糖含量與物理特性關系的研究則較少。灰色關聯分析可根據各因素變化曲線幾何形狀的相似程度來判斷因素之間的關聯程度，從而區分出影響因素的主次關系（楊丙釗，2014）。因此，結合灰色關聯分析法和相關分析法研究還原糖含量與葉片形態特征的關聯性，對找到與還原糖含量關系最密切的葉片形態指標具有一定意義。【前人研究進展】初烤煙還原糖含量與葉片物理特性關系密切。李東亮等（2007，2008）研究發現中部葉還原糖含量與單葉重和葉厚存在極顯著負相關，上部葉還原糖含量隨葉長的變化波動較大，變化規律不明顯，中、下部葉還原糖含量隨葉長的增加整體呈上升趨勢。朱云燕和陳雪（2007）研究發現畢節地區烤煙還原糖與葉寬和單葉重呈顯著正相關，與含梗率呈極顯著負相關。近年來，灰色關聯分析法在煙葉質量評價中得到廣泛應用，馮連軍等（2012）研究發現，影響湖南地區中、下部煙葉質量的因素主要有葉長和長寬比等，影響上部葉化學成分的主要物理指標有葉片厚度和葉長等，并指出中、下部煙葉的長寬比對葉片光合作用起關鍵作用。王正旭等（2017）通過灰色關聯分析對6個津巴布韋烤煙品種綜合性狀進行質量評價，最終篩選出烤煙品種KRK26具有較好的示范推廣潛力。劉春奎等（2021）采用灰色關聯分析發現煙氣中煙堿量對感官質量有較大影響，焦油量與感官質量指標中的香氣等關聯度較大。【本研究切入點】前人研究多集中在對烤煙化學成分與物理特性、香氣物質和吸食品質的關系進行系統分析（李東亮等，2007；陳飛，2010；曹景林等，2020），而尚未見以灰色關聯分析和簡單相關分析為基礎，對不同部位葉片還原糖含量與葉片形態特征進行深入研究的相關報道。【擬解決的關鍵問題】基于灰色關聯分析方法研究不同部位烤煙葉片的還原糖含量與葉片形態特征指標的關聯性，確定對還原糖含量影響的主要形態特征指標，并深入分析還原糖含量與各指標的數量關系，以期為湖北煙區優質煙葉原料生產提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

試驗樣品采集于2017—2019年湖北省襄陽市3個煙葉產地（棗陽市、南漳縣和保康縣），3個植煙地區主栽烤煙品種分別為湘煙3號、云煙87和K326。初烤煙樣品按煙株上、中、下3個部位進行劃分，3個部位煙葉主要代表等級為B2F、C3F和X2F，等級由職業評級人員按照GB 2635—1992《烤煙》標準評定，等級合格率達75%以上。共包括上部葉272份，中部葉277份，下部葉282份（表1），每份樣品各取3.0 kg用于各項指標測定。

1.2 測定項目及方法

烤煙葉片主要形態特征指標包括單葉重、含梗率、葉長、葉寬及葉片長寬比5個指標。選取樣本煙葉各1.0 kg，先將各樣品煙葉置于溫度22 ℃、相對濕度60%條件下平衡水分3～4 d。選取樣本煙葉各20片用皮尺測量葉長、葉寬，根據葉片對應長和寬，計算長寬比，取葉長、葉寬及長寬比的平均值；隨機選取樣本煙葉各30片采用電子天平稱重，單葉重（g）=30片煙葉總重量（g）/30，含梗率（%）=30片煙葉煙梗重量/30片煙葉總重量×100。隨后將各樣品煙葉置于50 ℃烘箱中烘干磨粉過60目篩，使用AA3連續流動分析儀測定煙葉還原糖含量。

1.3 數據處理及統計分析

采用DPS 9.01對數據進行灰色關聯分析，以烤煙還原糖含量為母序列，葉片形態特征指標為子序列，無量綱化采用均值化處理，分辨系數為0.5，分別計算各葉片形態特征指標與烤煙還原糖含量的灰色關聯系數（關聯度）。

運用Origin 2018和Excel 2016繪制箱形圖和頻率分布直方圖，使用SPSS 26.0對數據進行描述統計、相關分析及曲線回歸模擬。

2 結果與分析

2.1 不同部位烤煙葉片形態特征指標的變異特征

襄陽市2017—2019年初烤煙上、中、下3個部位煙葉性狀分析結果（表2）表明，各葉片形態特征指標變異系數范圍在5.55%～21.55%，其中下部葉葉長變異系數最小，僅為5.55%，中部葉單葉重變異系數最大，達21.55%。不同部位煙葉還原糖含量變異系數在15.00%左右，上部葉還原糖含量變化范圍在15.14%～33.23%，平均值為22.95%；中部葉還原糖含量在17.09%～34.18%，平均值為25.59%；下部葉還原糖含量在15.69%～36.95%，平均值為24.90%。中部煙葉的單葉重峰度系數為1.15，形成尖頂峰度，其他性狀峰度均處于（-1，1）之間，說明各性狀數據分布較集中。偏度系數絕對值均小于1.00，說明數據偏倚程度小，接近于正態分布。

2.2 還原糖含量與葉片形態特征指標的相關分析

對3個部位烤煙還原糖含量與葉片形態特征指標進行相關分析，結果（表3）發現，不同部位烤煙的含梗率與還原糖含量均存在極顯著負相關（＜0.01，下同），含梗率越大還原糖含量越低；中、下部烤煙葉片還原糖含量與葉寬呈極顯著正相關，與葉片長寬比呈極顯著負相關，上部葉與葉片長寬比呈顯著負相關（＜0.05，下同）；下部葉的單葉重與還原糖含量呈極顯著正相關。

2.3 還原糖含量與葉片形態特征指標的灰色關聯分析

采用灰色關聯分析研究發現（表4），烤煙上、中部葉片形態特征指標與還原糖含量的灰色關聯序均為葉寬＞葉長＞葉片長寬比＞含梗率＞單葉重，下部葉烤煙各形態特征指標與還原糖含量的灰色關聯序為葉寬＞葉長＞單葉重＞葉片長寬比＞含梗率。表明隨著年份變化，不同部位烤煙還原糖含量與葉寬關聯度最大，其次是與葉長存在較高的關聯度。

2.4 不同部位烤煙還原糖含量隨葉寬變化的分布箱形圖

采用箱形圖描述不同葉寬分段內還原糖含量分布情況，如圖1所示，上部葉還原糖含量最小值出現在葉寬小于20.0 cm分段，最大值在葉寬為20.0～24.0 cm分段，葉寬為20.0～24.0 cm時還原糖含量波動范圍大，數據分布廣。中部葉葉寬在20.0～24.0 cm及大于24.0 cm時，還原糖含量最大值和最小值的差距較大，最大值超過32.5%，平均水平在25.0%左右；葉寬小于20.0 cm時，還原糖含量平均水平小于25.0%。下部葉還原糖含量最大值存在于葉寬大于24.0 cm分段，隨著葉寬增加，還原糖最大含量依次增加，在葉寬大于24.0 cm時，還原糖含量波動范圍大，最大值超過35.0%。中、下部葉還原糖含量隨葉寬增加先急劇增加而后緩慢增加，在較窄的葉片中還原糖含量波動范圍小，在較寬的葉片中易出現較高的還原糖含量。

2.5 不同部位烤煙還原糖含量與葉寬的關系

不同部位烤煙葉寬的分布范圍不同（圖2），上、下部葉葉寬多分布于19～24 cm，中部葉葉寬多分布于20～26 cm；上部葉還原糖含量隨葉寬增加呈線性增加趨勢，不同葉寬范圍內還原糖含量均不超過24.0%；中、下部葉還原糖含量隨葉寬增加均呈二次函數形式增加，在葉寬小于24 cm時，還原糖含量隨葉寬增加而增加的趨勢較明顯，在葉寬大于24 cm時，還原糖含量總體水平保持在26.0%左右；中、下部葉趨勢線R均大于0.8，說明擬合度較好，能大體表示還原糖含量隨葉寬增加而變化的趨勢。

2.6 不同部位烤煙還原糖含量與葉寬的曲線回歸方程預測

對不同部位還原糖含量與葉寬進行曲線回歸方程擬合，結果（表5）表明，上、中部葉擬合的方程分別為=0.238+17.909和=2.358-0.045-4.894，R分別為0.720和0.831，均達顯著水平。下部葉擬合方程為=3.693-0.074-20.106，R為0.946，達極顯著水平。

3 討論

烤煙還原糖含量與葉片形態關系密切，葉片是植物光合作用合成糖類物質的場所，初烤煙葉中的還原糖大部分是在烘烤過程中由淀粉等多糖物質分解而成（劉偉等，2021）。本研究發現，中、下部葉片還原糖含量與葉寬呈極顯著正相關，不同部位葉片還原糖含量與含梗率均呈極顯著負相關，與朱云燕和陳雪（2007）的研究結果基本一致。灰色關聯分析相較于傳統的數學統計分析方法，不要求線性關系和典型的概率分布，在煙葉質量綜合評價中找到與煙葉質量關系最密切的指標，對提高煙葉品質具有重要意義（楊丙釗，2014）。本研究對3年數據進行灰色關聯分析，結果表明，不同部位烤煙還原糖含量與葉寬的關聯度最大，其次是與葉長存在較高的關聯度。而馮連軍等（2012）研究發現湖南烤煙上、下2個部位與還原糖含量灰色關聯較大的葉片形態特征均為葉長，中部葉的長寬比與還原糖含量關聯最大，其次是葉寬。該結果與本研究略有差異，可能與烤煙品種和生態條件的差異有關；另外，馮連軍等（2012）是對1年數據進行分析，本研究采用3年的數據進行灰色關聯分析，結果相對較可靠。

本研究的簡單相關分析結果表明，中、下部葉還原糖含量與葉寬存在極顯著相關性，灰色關聯分析發現不同部位葉片還原糖含量與葉寬的關聯性最大，說明烤煙還原糖含量與葉寬存在密切聯系。進一步研究發現，上部葉還原糖含量在不同葉寬范圍內均不超過24.0%，受葉寬影響較小，推測上部葉在生長環節易受高溫影響，從而抑制葉片開片和糖類物質合成（王欣等，2007；張曉兵，2008）。中、下部葉在葉寬小于24 cm時，還原糖含量隨葉寬增加而增加的趨勢較明顯，此時葉片寬度是其光合作用產生糖類物質的重要影響因子，在葉寬大于24 cm時，還原糖含量變化趨于穩定，總體水平保持在26.0%左右，推測還原糖積累受其他因素影響大于葉寬的影響。本研究采用的是初烤煙葉片形態指標，與鮮煙葉葉片形態存在差異，下一步還可研究鮮煙葉形態指標與還原糖含量的關系，為株型及葉片調控提供更直觀的參考。

4 結論

本研究結果表明，不同部位初烤煙葉片還原糖含量均與葉寬的關聯度最大，且隨著葉寬增加呈增加趨勢，上部葉還原糖含量與葉寬呈線性關系，中、下部葉還原糖含量與葉寬呈二次函數關系。因此，葉寬可作為湖北煙區優質煙葉原料生產的一個重要參考指標。