豫西煙區上部葉成熟度與品質形成的關系

楊洋 符云鵬 劉新源 王俊 李軍正 李致新 蔣偉峰 姚鵬偉 王靜

摘要：為確立豫西地區適宜的上部葉成熟度，以主栽品種云煙87為材料，研究不同成熟度處理（M1、M2、M3、M4）的外觀成熟特征與SPAD值，通過烤后煙物理特性、化學成分、中性致香物質含量、感官評吸并結合代謝組學分析，確定適宜豫西煙區的采收成熟標準。結果表明，隨著成熟度的提高，煙葉的油分、身份、葉質重有所降低；低成熟度（M1和M2）頂1～3和頂4～6葉位的糖堿比、氮堿比、中性致香物質含量、感官質量評價較高。此時SPAD值在28～34范圍內，田間成熟特征表現為葉面落黃程度為20%～50%、主脈2/3變白、支脈變亮、少量至有成熟斑、茸毛較少至部分脫落。代謝組篩選出苯丙氨酸、酪氨酸、莨菪亭、肉桂醛、芥子酸等香氣前體物質在M1處理中含量較高，推測這些可能是優質上部煙葉中關鍵的代謝物。

關鍵詞：上部葉；成熟度；SPAD值；代謝組學；品質

中圖分類號：S572.01 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）08-0079-07

基金項目：中國煙草總公司河南省公司科技項目（編號：20204100002700020）；河南省自然科學基金（編號：212300410159）。

作者簡介：楊 洋（1998—），男，福建三明人，碩士研究生，主要從事栽培生理研究。E-mail：yy13067009119@163.com。

通信作者：王 靜，博士，講師，碩士生導師，主要從事煙草栽培與逆境生理研究。E-mail：jingwang040922@henau.edu.cn。

成熟度是烤煙質量形成的關鍵要素之一，煙葉的田間成熟度影響烤后煙外觀質量和化學成分的協調性［1］。劉國順等研究發現，上部葉葉齡在75 d時，烤后煙葉的中性致香物質含量和感官質量評價較高［2］。袁曉霞等研究發現，隨著成熟度的提高，煙葉外觀質量較好、化學成分協調，經濟效益提高［3］。但也有研究發現，成熟度越高，總糖、還原糖含量及糖堿比越低［4］。由此可見，煙葉生產中通過葉齡和鮮煙葉在田間的外觀特征，無法準確地判斷成熟度［5］。李旭華等研究發現，SPAD值能夠較準確地反映不同成熟度煙葉中葉綠素的相對含量［6］；彭翠云等運用廣靶代謝組學，通過比較不同大田生長時間的差異代謝物，定性、定量地判斷煙葉成熟度，從而明確適宜采收時期［7］。

豫西地區是河南省主要烤煙產區之一，所產煙葉具有濃透清的風格特征。近年來，受氣候變化因素影響，烤煙成熟后期常出現多雨、低溫寡照的天氣，導致上部葉普遍存在落黃困難、成熟采收晚、可用性不佳等情況。因此，本研究通過分析不同葉位上部葉田間采收成熟度的SPAD值、差異代謝物含量、采收的鮮煙葉外觀特征、烤后煙葉質量評價等方面，以確定適宜的采收成熟度，為確立黃金葉品牌原料在該地區的優質上部葉采收標準、提高上部葉質量和可用性提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年在河南省三門峽市靈寶市朱陽鎮梁家莊村（110.41°E、34.19°N）進行。試驗地土壤類型為褐土，耕層土壤有機質含量15.24 g/kg，速效鉀含量54.88 mg/kg，速效磷含量15.36 mg/kg，堿解氮含量66.50 mg/kg，pH值為8.05。

1.2 試驗設計

供試品種為云煙87。采用隨機區組設計，設置4個成熟度梯度（M1、M2、M3、M4）和2個不同葉位（頂1～3和頂4～6葉位）（表1）。4個成熟度處理采收時間分別為移栽后122、128、134、140 d。小區面積0.033 hm2，每個處理3次重復。按照鮮煙葉成熟特征分別將頂1～3（烤煙倒1、2、3葉位）與頂4～6葉位（倒4、5、6葉位）一次性采收并進行標記后編桿烘烤。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 氣象資料采集 氣象資料為2021年5月1日至9月30日氣象數據，由當地氣象局提供。

1.3.2 鮮煙葉采收成熟特征判定 在煙葉采收時，在田間選取長勢一致的鮮葉片，通過河南省三門峽市靈寶市公司的專家對葉色、葉脈變白程度、茸毛脫落程度、成熟斑點等進行測評。

1.3.3 鮮煙葉SPAD值測定 各處理于采收當日的08：00—10：00，在各小區選取10株長勢一致、產生具有相同成熟特征的煙株，用SPAD-502 Plus葉綠素測定儀（日本柯尼卡美能達儀器制造有限公司生產）測量煙葉的SPAD值，測量時將探頭置于葉片主脈兩側的非葉梗部位，再對稱取葉尖（第3～4支脈之間）、葉中（7～9支脈之間）、葉基（12～13支脈之間）6個點，測定的SPAD值平均后得到該葉片的SPAD值。

1.3.4 代謝組學測定及分析 在烤煙打頂當天選擇葉片長勢一致的50 株煙掛牌標記，取樣部位為烤煙倒1、2、3 葉位（頂1～3）和倒4、5、6 葉位（頂4～6），5張煙葉為1個生物學重復，共設3次重復。去除葉梗和較粗葉脈，將樣品充分混合后用錫箔紙包裹立即放于液氮中速凍，-80 ℃冰箱保存。利用超高效液相色譜-串聯飛行時間質譜聯用技術，對煙草不同處理樣品進行代謝物測定。

1.3.5 烤后煙葉的外觀質量評價 各處理取煙葉樣品2 kg進行外觀質量評價，根據烤煙分級國家標準 GB 2635—1992《烤煙》［8］對各處理烤后B2F等級煙葉進行等級評定，對顏色、成熟度、葉片結構、身份、油分、色度進行賦分。

1.3.6 烤后煙葉的物理特性測定 各成熟度處理烤后B2F等級煙葉物理特性指標包括葉長、寬、厚度、單葉質量、拉力、葉質重及含梗率。葉片厚度利用BHZ-1型薄片厚度器測定；葉質重用1 cm打孔器打20個小圓片用鋁盒承裝后烘干稱質量；葉長、寬采用測量法；單葉質量與含梗率采用稱質量法；拉力使用ZKW-3型煙草薄片抗張試驗機測定。

1.3.7 烤后煙葉的化學成分測定 各處理取調制后B2F煙葉樣品各1.0 kg分析其化學成分?；瘜W成分測定指標包括總糖、還原糖、鉀、煙堿、總氮、淀粉，采用AAⅢ型連續流動化學分析儀，按照YC/Z 240—2008《煙草及煙草制品標準體系》［9］測定。

1.3.8 烤后煙葉的中性致香物質含量測定 中性致香物質的提取采用同時蒸餾萃取法；定性定量分析通過GC/MS鑒定和NIST庫檢索定性，采用內標法定量。

1.3.9 烤后煙葉的感官評吸質量測定 各處理取調制后B2F煙葉樣品進行感官質量評價。煙葉感官質量參照YC/T 138—1998 《煙草及煙草制品 感官評價方法》［10］進行，由河南中煙工業有限責任公司技術中心5名專家進行評吸，各指標最大標度為9。

感官質量總分=（香氣質×0.3+香氣量×0.3+雜氣×0.08+刺激性×0.15+余味×0.17）×11.1。

1.4 數據處理與統計分析

采用SPSS 25.0 對統計后的數據進行顯著性分析，并運用Duncans法多重比較。運用Origin 2018與Excel 2016進行繪圖和數據統計；采用SimcaP v13.0和EZinfo 3.0進行多維統計分析，篩選差異代謝物。

2 結果與分析

2.1 全生育期內氣象變化情況

圖1所示為生育期內試驗地的氣象變化情況，各成熟度處理的還苗期、伸根期、旺長期、成熟期的降水量分別占全生育期的1.19%～1.58%、2.33%～3.08%、6.59%～8.73%、86.60%～89.89%。日均溫在生育期內呈現先上升后下降的趨勢，且隨著采收時間的延遲，日均溫先上升后下降。日均日照時數在M1處理的生育期內表現為生根期>現蕾-圓頂>旺長期>圓頂-采收>還苗期，而在M2、M3、M4處理的生育期內表現為伸根期>現蕾-圓頂>圓頂-采收>旺長期>還苗期，由此可以看出，三門峽煙區上部葉成熟期（圓頂-采收）多雨、氣溫低、日照時數較短。

2.2 不同成熟度對上部葉SPAD值的影響

由圖2可知，隨著成熟度的提高不同葉位的葉片SPAD值均下降，頂1～3葉位和頂4～6葉位的各成熟度處理間的SPAD值存在顯著差異。不同葉位間的SPAD值表現為頂1～3葉位的SPAD值低于頂4～6葉位。

2.3 不同成熟度對上部葉次生代謝物的影響

由圖3可以看出，苯丙烷合成通路中的苯丙氨酸（phenylalanine）、酪氨酸（tyrosine）、4-乙烯基苯酚（4-vinylphenol）、莨菪亭（scopoletin）、芥子酸（sinapic acid）、4-羥基肉桂酸（4-hydroxycinnamic acid）、肉桂醛（cinnamaldehyde）在4個成熟度葉片中的含量依次為M1>M2>M4>M3。芥子醇、香豆素含量均表現為成熟度較高的M3、M4高于成熟度較低的M1、M2處理。由圖4可以看出，苯丙氨酸代

謝通路中較低成熟度M1處理的3-羥基苯乙酸（3-hydroxyphenylacetic acid）、苯乙胺（phenethylamine）、苯丙氨酸（phenylalanine）、酪氨酸（tyrosine）這4種香氣前體物質含量顯著高于其他處理。

2.4 不同成熟度對上部葉烤后煙葉外觀質量的影響

由表2可以看出，不同成熟度對烤后煙葉外觀質量有一定影響，不同采收成熟度的頂1～3葉位和頂4～6葉位的各處理隨著采收成熟度的增加，顏色、成熟度、疏松度、色度得分均有所提高，葉面顏色均在桔黃范圍；成熟度為尚熟至成熟；疏松度稍密至尚疏松；身份稍厚趨稍??；油分有至稍有；色度中至強。頂1～3葉位和頂4～6葉位隨著成熟度增加，身份與油分有所降低。整體上，頂1～3葉位和頂4～6葉位均以M3處理的外觀質量較好。

2.5 不同成熟度對上部葉烤后煙葉物理特性的影響

由表3可知，隨著成熟度的增加，頂1～3葉位和頂4～6葉位除含梗率外其余指標均呈現下降趨勢；葉寬和葉面積表現基本一致，各葉位均以M1、M2處理的顯著高于其余處理。頂1～3葉位和頂 4～6葉位較低成熟度的M1和M2處理含梗率相對較低，單葉質量、葉質重適宜，工業可用性較強。

2.6 不同成熟度對上部葉烤后煙葉化學成分的影響

由表4所示，各葉位的總糖、還原糖、淀粉、總氮含量及糖堿比、氮堿比均隨著成熟度的增加而降低，煙堿含量則有所增加。頂1～3葉位各處理間的還原糖含量及糖堿比間存在顯著差異；M2處理的總糖、還原糖、淀粉含量較高，鉀、總氮含量也較高，糖堿比、氮堿比、兩糖比適宜，化學成分較為協調，M3次之。頂4～6葉位各處理中M2的鉀和總氮含量較高，兩糖比、氮堿比適宜，化學成分更加協調。

2.7 不同成熟度對上部葉烤后煙葉中性致香物質的影響

由表5可以看出，隨著成熟度的提高，頂1～3葉位和頂4～6葉位各成熟度處理的類胡蘿卜素降解產物、葉綠素降解產物、棕色化降解產物、苯丙氨酸降解產物、西柏烷類降解產物的含量及中性致香物質總量呈下降趨勢；差異顯著性表明，除頂4～6葉位的棕色化降解產物含量及苯丙氨酸降解產物外，頂1～3與頂4～6葉位的其余不同處理的各指標間均具有顯著差異。

2.8 不同成熟度對上部葉烤后煙葉感官質量的影響

由表6可知，上部葉的感官質量總體表現為隨成熟度的增加而下降，在頂1～3葉位中M1和M2處理的香氣質好、香氣量足，總體表現為M1>M2>M3>M4；頂4～6葉位中除了香氣量、雜氣、余味、回甜外其余各項指標在處理間的規律與頂1～3葉位大致相同，刺激性得分隨著采收成熟度的增加而降低，M1處理的感官質量評價總得分最高，高成熟度處理M4的總得分最低，且各處理間具有顯著差異。對比頂1～3葉位與頂4～6葉位的感官評價結果，能夠看出頂1～3葉位的濃度、余味略欠于頂4～6葉位，總體得分以頂4～6葉位更佳。

3 討論與結論

光、溫、水對于煙草的質量及風格特色的形成至關重要，優質烤煙上部葉的形成是合理的氣候條件與適宜的栽培技術的集成。有研究表明，成熟期低溫寡照會造成烤后煙葉總糖、還原糖含量降低，品質下降［11-12］。本試驗通過比較不同成熟度處理的化學成分，發現隨著采收成熟度的提高，糖堿比、氮堿比等有所降低，化學成分協調性變差，這與席奇亮等的研究結果［4，13］一致，可能低溫寡照條件致使轉化酶等催化形成單糖的酶活性降低，從而導致糖類物質合成減少［14］。本研究評吸結果顯示，隨著成熟度的提高，頂1～3葉位與頂4～6葉位的回甜感降低，刺激性增強，香氣特性、煙氣特性、口感特性逐漸降低，同時還導致枯焦味漸顯，煙氣變粗糙，焦甜香、正甜香風格特征減弱。通過氣象資料分析，發現該地區主要存在旺長期高溫干旱，成熟期低溫、寡照、多雨，導致烤煙生育期延長，且后期病害多，推測可能是因為成熟度較高的煙葉在田間生長周期較長且后期遭受到不良環境因子脅迫后香氣前體物質含量逐漸減少，油分降低的結果。

此外，本研究通過廣靶代謝組學分析發現，不同成熟度的差異代謝物芥子醇、香豆素的含量在M3、M4處理中高于M1、M2處理，推測可能由于這些物質與木質素合成密切相關［15］，而木質素與油分和吸食品質呈顯著負相關［16］，從而導致成熟度越高，油分及吸食品質反而降低。苯丙氨酸代謝通路中的差異代謝物苯甲醇、苯乙醇、苯乙醛等是重要的煙草香味物質的前體物［17］，酪氨酸在煙葉香氣品質較好的煙葉中含量較高［18］。本研究發現，鮮煙葉中的酪氨酸、苯丙氨酸在M1處理上調，同時中性致香物質總量均以M1處理最高。上部葉各葉位的類胡蘿卜素降解產物、葉綠素降解產物、棕色化降解產物、苯丙氨酸降解產物、西柏烷類降解產物含量均隨成熟度的提高而降低。這和高真真等的研究結果［19-20］不一致。推測可能是豫西煙區成熟期的長時間降雨，導致土壤水分含量較高，較遲采收的成熟度處理受水分脅迫細胞器受損的同時葉片衰老加劇，造成烤煙物質代謝紊亂，阻礙了部分致香前體物質的合成［21-23］。西柏烷類物質降解產物含量降低，則可能與雨水沖刷導致腺毛分泌物的含量減少有關［24-25］。由于煙葉產質量受生態因子影響顯著，建議豫西煙區在后期降雨較多時適時早采，保產量的同時提高烤煙上部葉質量。

本研究綜合生態因子、差異代謝物以及各項品質指標分析得出，上部葉成熟度為M1、M2時，SPAD值在28～34范圍內，葉面落黃程度為20%～50%、主脈2/3變白，支脈變亮，少量至有成熟斑，茸毛較少至部分脫落。此時烤后煙葉化學成分協調，中性致香物質含量、感官質量評價較好，工業可用性強。

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