烤烟不同基因型间质体色素含量差异与烟叶化学成分的关系

拓阳阳，赵铭钦*，金洪石，池敬姬，李元实，夏东旭，叶金果

（1.河南农业大学，国家烟草栽培生理生化基地，郑州 450002；2.吉林烟草工业有限责任公司，吉林 延吉 133001）

优良基因型是获得烟叶优质适产的内在因素和重要的生产资料，是提高烟叶产量和质量的重要保证[1]。烟草是一种嗜好性经济作物，对其质量要求相当严格，不仅要求烟叶颜色油润、化学成分协调、香吃味俱佳，而且更注重其安全性，这就要求烟草生产必须以提高烟叶质量、满足消费者需要为目的。烟叶中的质体色素（叶绿素和类胡萝卜素）不仅决定了调制后烟叶的色泽，并且其相关降解产物与烟叶的香气质量密切相关；而烟叶中化学成分是决定评吸质量和烟气特性等质量特性的内在因素[2]，同时与烟草及其制品的内在质量和安全性密切相关[3]。大量研究表明[4-7]，品种和环境因素共同决定了烟叶内在质量的优劣。不同品种由于基因型和遗传基础不同，烟叶质体色素及其降解产物和化学物质含量也不相同。特定的生态条件是难以通过人为因素改变的，但通过筛选适于本地区生态条件的种植品种是可以实现的。适宜的优良品种在特定地区种植则可以表现出较高的商品价值和工业利用性[5]。有研究[1]认为只有将品种特性与各地自然条件结合起来，才能发挥优良品种的潜力。以目前国内6个优质基因型烤烟烤后样品为研究对象，分析其质体色素与化学成分的变化特点，为进一步建立可行性评价烟叶质量的指标体系和提高烟叶可用性及替代性提供技术支持和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于 2009年在山西省平陆县望远试验站试验田进行。土壤质地为粘壤土，呈红色，土层中等厚度，肥力中等，前茬为红薯，地势平坦，排灌方便。行距120 cm，株距50 cm， 5月18日移栽，采用低起垄，深栽烟的栽培措施，施纯氮 52.5 kg/hm2，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=l∶2∶4，各品种处理之间施肥和田间管理同常规措施。所用肥料为芝麻饼肥、烟草专用肥、过磷酸钙、硝酸钾。以烤烟不同基因型（即品种）为因子水平进行单因子完全随机区组设计，重复3次，每小区面积66.67 m2，区组设通道，四周设保护行。

1.2 供试材料

以目前国内推广的优良品种豫烟5号、豫烟6号、中烟98、中烟100、云烟85、云烟87作为参试品种。

1.3 样品的选取及测定项目

取各处理烤后样C3F等级烟叶1 kg，3次重复。烟叶经去梗、烘干、粉碎。过 60目筛，用于分析测定烤烟中的质体色素和常规化学成分。

1.4 测定项目和方法

1.4.1 质体色素的测定 采用分光光度法测定烟叶中叶绿素和总类胡萝卜素含量[8]。

1.4.2 常规化学成分的测定 总糖含量测定采用蒽酮比色法；还原糖采用苦味酸法，总氮含量测定采用浓硫酸-双氧水消化法；烟碱含量测定采用紫外分光光度法；钾含量测定采用火焰光度法；氯含量测定采用银量法。具体测定方法见参考文献[9]。

1.5 数据处理

采用EXCEL2003和DPS6.55软件。

2 结 果

2.1 不同烤烟基因型中质体色素含量分析

2.1.1 不同基因型烤烟叶绿素含量的差异 从表 1可以看出，烟叶中的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量在基因型间存在差异性（F=110.53，19.114，31.235，P＜0.01）。从总叶绿素的含量看，不同烤烟基因型中以豫烟6号含量最高，且与除中烟100外的其它烤烟基因型间差异显著，这可能与豫烟 6号在大田后期落黄成熟较慢有一定的关系。不同烤烟烤后样中总叶绿素含量的大小顺序为豫烟6号＞中烟100＞豫烟5号＞云烟87＞云烟85＞中烟98。

表1 不同烤烟基因型烟叶中质体色素含量Table1 The contents of plastid pigments in the flue-cured tobacco with different genotypes

2.1.2 不同烤烟基因型中类胡萝卜素含量的差异由表1可知，烟叶中类胡萝卜素含量在基因型间也存在差异性（F=3877.259，P＜0.01）。从类胡萝卜素含量来看，以中烟98含量最高，以豫烟6号含量为最低，且两者之间差异显著。从整体来看，不同基因型烤后烟叶中类胡萝卜素含量大小顺序为中烟98＞云烟85＞云烟87＞豫烟5号＞中烟100＞豫烟6号。

2.2 不同烤烟基因型间化学成分含量对比分析

2.2.1 不同烤烟基因型烟叶中总糖含量的比较分析 从总糖含量看（表2），烟叶中的总糖含量在不同基因型间差异极显著（F=7.725，P＜0.01）。其中豫烟6号中总糖含量与云烟85和中烟100间差异显著，且与云烟87含量差异极显著；云烟87中总糖含量与豫烟5号差异显著，同时与豫烟6号和中烟 98差异极显著。不同烤烟基因型烤后烟叶中总糖含量高低顺序为豫烟6号＞中烟100＞豫烟5号＞云烟85＞云烟87＞中烟98。

2.2.2 不同烤烟基因型烟叶中还原糖、烟碱含量比较分析 通过表2可以看出，烟叶中还原糖和烟碱含量在不同基因型间差异极显著（F=8.014，25.142，P＜0.01）。其中，以云烟85中还原糖含量为最高，与除中烟100外的其他基因型烤烟中还原糖含量差异极显著；烟碱含量则以中烟100为最高，中烟98含量为最低，各基因型间存在一定的差异性；还原糖与烟碱的比值大小顺序为中烟 98＞云烟 85＞豫烟6号＞云烟87＞豫烟5号＞中烟100。

2.2.3 不同烤烟基因型烟叶中总氮、总氮/烟碱比值比较分析 从表2可以看出，烟叶中总氮含量在不同基因型间差异极显著（F=11.5，P＜0.01）。不同烤烟基因型中总氮含量以中烟100含量最高，豫烟6号含量最低；总氮与烟碱的比值大小顺序为中烟98＞云烟87＞豫烟 5号＞中烟 100＞云烟 85＞豫烟6号。

表2 不同基因型烤烟烟叶化学成分含量Table2 Chemical composition in the flue-cured tobacco with different genotypes

2.2.4 不同烤烟基因型烟叶中钾、氯含量比较分析由表2知，烟叶中的钾含量在不同基因型间差异极显著（F=17.594，P＜0.01），其中云烟 85和云烟87中钾含量与其他基因型间差异极显著，且云烟85和云烟87中的钾含量差异显著，但氯含量在不同基因型间差异不显著，这可能与当地的生态环境和不同烤烟基因型的根系吸收能力强弱有关。不同烤烟基因型中钾和氯的比值大小顺序为中烟 98＞中烟100＞云烟87＞豫烟6号＞云烟85＞豫烟5号。

2.3 不同烤烟基因型中质体色素与化学成分相关性分析

表3看出，烤烟中叶绿素a仅与总糖含量呈显著性正相关；叶绿素b与烟碱含量呈显著性负相关，与总氮含量呈极显著性负相关；类胡萝卜素与总糖含量呈显著性负相关，但与烟碱和总氮含量呈显著性正相关；叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量与钾、氯含量不存在显著性相关性。

表3 不同烤烟基因型质体色素与化学成分的相关性分析Table3 The correlation analysis between chrotnoplast pigments and chemical composition

2.4 不同烤烟基因型中质体色素与化学成分的通径分析

2.4.1 不同基因型烤烟中质体色素与总糖的通径分析 质体色素对烤烟总糖含量有一定的作用，为了确定各个质体色素对总糖的直接和间接影响程度，对不同基因型烤烟中质体色素和总糖进行了通径分析（表4）。结果显示，与总糖关系最密切的是叶绿素a和叶绿素b，通径系数（直接影响）分别为P1y=0.693699和P2y=0.44027，不同质体色素相应的相关系数，以叶绿素 a（r1y=0.80）和叶绿素 b（r2y=0.68）为最高；类胡萝卜素对总糖的直接影响（P3y=0.098826）也为正值，但是相关分析中类胡萝卜素与总糖呈显著负相关，这是由于类胡萝卜素经叶绿素 a（-0.62647）和叶绿素 b（-0.30462）对总糖的影响均为负值，掩盖了类胡萝卜素对总糖的直接影响。不同质体色素以类胡萝卜素对总糖的间接影响最大。

表4 不同烤烟基因型中质体色素与总糖的通径分析Table4 Path analysis on plastid pigments and total sugar of different genotypes of flue-cured tobacco

2.4.2 不同基因型烤烟中质体色素与烟碱的通径分析 表5结果表明，叶绿素b和叶绿素a与烟碱关系最密切，通径系数（直接影响）分别为P2y=-0.77035和P1y=-0.59748，但不同质体色素相应的相关系数以叶绿素 b（r2y=-0.79）和类胡萝卜素（r3y=0.72）为最高；叶绿素a对烟碱产生直接负向作用，但在相关性分析中与烟碱的相关性相对较低，这是由于叶绿素a经叶绿素b和类胡萝卜素对烟碱的间接影响，掩盖了叶绿素a对烟碱的直接影响。不同质体色素中以类胡萝卜素对烟碱的间接影响最大。

表5 不同烤烟基因型中质体色素与烟碱的通径分析Table5 Path analysis on plastid pigments and nicotine of different genotypes of flue-cured tobacco

2.4.3 不同基因型烤烟中质体色素与总氮的通径分析 表6结果表明，以叶绿素a和叶绿素b对总氮的关系最密切，通径系数（直接影响）分别为P1y=-0.99094和P2y=-0.99036，但不同质体色素相应的相关系数以叶绿素 b（r2y=-0.87）和类胡萝卜素（r3y=0.77）为最高；叶绿素a对烟碱产生直接负向作用，但在相关性分析中与总氮的相关性相对较低，这是由于叶绿素a经叶绿素b和类胡萝卜素对烟碱的间接影响，掩盖了叶绿素a对总氮的直接影响。不同质体色素中以类胡萝卜素对总氮的间接影响最大。

表6 不同烤烟基因型质体色素与总氮的通径分析Table6 Path analysis on plastid pigments and total nitrogen of different genotypes of flue-cured tobacco

3 讨 论

（1）质体色素又称叶绿体色素，在高等植物中分为两大类：一类是叶绿素，包括叶绿素a和叶绿素 b；另一类是类胡萝卜素[10-11]。国内外研究均表明，烟叶质体色素的降解产物是所测定的挥发性香气物质中含量最高的成分，它们占中性挥发性物质总量的85%～96%[12]，可见质体色素对烟叶品质的影响较大。王树声[13]研究表明，烟叶类胡萝卜素的含量与各项评吸总分之间均达到显著或极显著正相关，说明烟叶中类胡萝卜含量的增加对于评吸结果是较为有利的。李雪震等[14]认为，烤后烟叶类胡萝卜素含量不是越多越好，而以 300～400 µg/g为宜。本研究综合分析了6个不同烤烟基因型中质体色素的含量，发现在不同基因型间差异性显著，在不同基因型间整体表现为总叶绿素含量较高的品种，其相应的类胡萝卜素含量较低。

（2）烟叶化学成分是决定评吸质量和烟气特性等质量特性的内在因素。烟叶中的主要化学成分的含量及其比值，在很大程度上确定了烟叶及其制品的烟气特性，因而直接影响着烟叶品质的优劣[15]。烟叶化学成分受遗传、环境的影响较大，在不同烤烟基因型间化学成分除氯之外都达到了极显著差异。烟草的内在化学成分及其比值是衡量烟叶内在质量的重要指标，烟叶中常规化学成分含量对烟草香吃味有重要影响[16]。佟道儒[17]认为，烤烟总糖含量18%～23%，还原糖15%～20%，烟碱2%～2.5%，总氮1.5%～2.5%，钾含量1%～3%，氯含量在1%以下较适宜。王瑞新[3]认为，质量好的烟叶，总氮/烟碱的比值应小于1，一般为0.8～0.9为最好；还原糖与烟碱的比值接近 10的烤烟质量最好，一般为6～10；钾/氯比值≥4为宜。本研究的结果表明，豫烟5号、中烟100的总糖与烟碱含量均偏高，云烟85的总糖、还原糖与烟碱含量均偏高，云烟87的烟碱含量偏高，内在质量较差，同时综合钾、氯、还原糖/烟碱、总氮/烟碱与钾/氯可知，中烟98各种化学成分相对比较协调，品质较好，但是6个基因型中的钾含量普遍偏低，因此提高钾离子含量仍然是山西平陆烟区的重中之重，可以考虑从引进新的品种、栽培技术和施肥方法的措施来考虑。

（3）从相关分析和通径分析结果可知，通过提高叶绿素a含量可以提高总糖含量；提高叶绿素b含量可以降低烟碱和总氮含量；提高类胡萝卜素含量可以降低总糖和提高烟碱、总氮含量；对总糖、总氮和烟碱直接影响最大的质体色素是叶绿素a和叶绿素b；质体色素经类胡萝卜素间接影响对总糖、总氮和烟碱的作用最大。因此可以通过调节烤烟的质体色素代谢，协调好烤烟的化学成分，从而提高烟叶的可用性，但应特别注意类胡萝卜素的含量。

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