云南省烤烟致香物质含量空间分布特征

张晓龙，潘义宏，周芳芳，方志鹏，李晓婷，刘云芳，郑仕方，唐小雨

(1.云南五佳生物科技有限公司，云南 昆明650106；2.云南省烟草公司曲靖市公司，云南 曲靖 655000)

香气物质是反映烟叶质量的重要因素，有关烟叶致香物质成分的研究一直是烟草质量评价的重要内容[1-2]。研究表明，生态环境是烤烟香型、香气质和香气量形成的最大影响因素，同一产地，不同海拔或不同烟区致香物质成分也存在显著差异[3-5]。因此，通过充分考虑挖掘产区生态条件，优化烟叶生产布局，能够实现趋利避害[6]。云南是中国主要的优质清香型烤烟产区，其地处低纬度高原地带，境内气候的区域差异及垂直变化十分明显，造成不同产区烟叶致香物质含量不同，使不同产地烟叶质量特点和风格特征呈多样性变化[7]。

地理信息系统(GIS)以空间数据库为基础，对空间数据按地理位置进行模拟分析，利用空间分析技术可以合理地揭示重要指标空间分布规律[8]。胡容溶等[9]、张一扬等[10]、李卫等[11]利用该方法研究了烤烟糖含量、总植物碱及钾含量的空间变异特性，能够较好地反映特定区域烤烟品质空间分布规律，但目前尚未见烤烟致香物质含量空间分布规律的相关研究。鉴于此，本研究以云南11个(州)市为对象，1 002个烤烟中部叶为样本，分析云南烤烟致香物质空间分布规律，为云南烤烟致香物质含量时空变化特征及云南烤烟质量评价提供理论依据。

1 研究区概况及数据采集

1.1 研究区概况

研究区域为云南省烤烟种植区，东经97°31′至106°11′，北纬21°8′至29°15′。云南烤烟种植主要分布在昆明市、玉溪市、曲靖市、红河州、楚雄州、昭通市、大理州、文山州、保山市、普洱市、丽江市、临沧市12个市(州)，适宜种植面积467万多hm2。云南烤烟以“色泽金黄，油润丰满，香气浓郁，劲头适中，吃味醇和，余味舒适”的质量风格特点，在国内外享有盛誉。

1.2 数据采集与分布

采样点分布在云南省主要烤烟种植区域，涵盖云南省11个市(州)，36个县(市)，共计263个乡镇，见图1。2013—2018年连续在263个乡镇取1 002个C3F初烤烟叶样品，用手持式GPS记录取样点的经纬度，相同经纬度样品数据取平均值。

图1 烤烟取样分布图Fig.1 Sampling distribution of flue-cured tobacco

1.3 烤烟致香物质含量测定方法及分析

1.3.1 致香物质测定及分类方法 致香物质的样品处理与 GC/MS分析条件参考文献[12]中的方法，其中用萘作为内标化合物。中性致香物质分类参考文献[13]中的方法。

1.3.2 数据处理及分析 采用Excel 2010，SPSS 21.0和Arcgis 10.2软件完成数据特征值分析、插值分析、空间特异性分析和制图。

2 结果与分析

2.1 云南省烤烟致香物质含量统计量分析和正态分布检验

由表1可知，云南省烤烟质体色素降解产物含量范围为228.662～693.712 μg·g-1，苯丙氨酸类降解产物含量范围为6.566～21.453 μg·g-1，类西柏烷类降解产物含量范围为9.149～52.464 μg·g-1，棕色化反应产物含量范围为2.562～9.555 μg·g-1，致香物质总量范围为241.135～748.750 μg·g-1。统计分析可知，质体色素降解产物、苯丙氨酸类降解产物、类西柏烷类降解产物、棕色化反应产物和致香物质总量K-S检验P值均大于0.05，服从正态分布，满足统计学分析要求。

表1 2013—2018年云南烤烟致香物质含量特征值 Table 1 Aroma component content eigenvalue of Yunnan tobacco in 2013—2018 μg·g-1

2.2 云南不同海拔烤烟致香物质含量变化趋势

云南地处低纬度高原区，自南向北海拔高差悬殊，生态环境多样，立体气候明显，1 200～2 100 m海拔范围是烤烟主要栽种区域[14]。本研究取样海拔跨度为850～2 658 m，其中低于1 200 m取样比例为6.2%，1 200～2 300 m取样比例为93.02%，共241个海拔梯度，大于2 300 m海拔烤烟样品比例0.78%。因此，本研究以1 200～2 300 m采集的C3F烟叶样品为研究对象，分析海拔对烤烟致香物质积累的影响。

按照200 m的海拔梯度设计为5个海拔区间(表2)，对5个海拔梯度烟叶样品进行方差分析。结果表明，除质体色素降解产物和致香物质总量外，其他致香物质含量在5个海拔梯度无显著性差异。Ⅱ区海拔烤烟质体色素降解产物含量和致香物质总量显著高于Ⅰ区、Ⅴ区，与其他海拔梯度无显著性差异，Ⅲ区海拔烤烟质体色素降解产物含量和致香物质总量显著高于Ⅴ区。可见，1 401～1 600 m范围内烤烟质体色素降解产物含量和致香物质总量最高，优于其他海拔，且随海拔增加，质体色素降解产物含量呈下降趋势。

表2 海拔对云南烤烟致香物质含量差异性的影响 Table 2 Effects of difference analysis of tobacco aroma component in different latitude

2.3 云南省不同产区烤烟致香物质全局趋势分析

图2为研究区烟叶致香物质含量趋势分析示意图。图中x轴表示正东方向，y轴表示正北方向，z轴表示各样点测定值的大小。图中左后投影面上的绿色线表示东西向的全局性趋势效应变化，右后投影面上的蓝色线表示南北向全局性的趋势效应变化。

注：x轴表示正东方向；y轴表示正北方向；z轴表示各样点测定值的大小。Note:x axis shows the east; y axis shows the north; z axis shows estimated value of samples.

从图2可以看出，云南烤烟质体色素降解产物、致香物质总量在东西向、南北向变化趋势一致，西-东方向上呈逐渐增加趋势，南-北方向上呈逐渐下降趋势，即质体色素降解产物和致香物质总量由西向东，由北向南呈增加趋势。类西柏烷类降解产物和苯丙氨酸类降解产物由西向东变化趋势一致，由西向中部逐渐升高而后向东部降低，类西柏烷类降解产物南北向呈增加趋势，苯丙氨酸类降解产物南北向呈降低趋势。棕色化反应产物由西向东小幅下降，由南向中部呈升高趋势，继而向北呈下降趋势。

综上所述，质体色素降解产物和致香物质总量由西向东、由北向南呈增加趋势；类西柏烷类降解产物在东西向先升后降，南北向呈增加趋势；苯丙氨酸类降解产物东西向先升后降，南北向呈降低趋势；棕色化反应产物南北向呈先升后降，由西向东呈下降趋势。

2.4 云南烤烟致香物质含量空间分布特征

采用Kriging插值方法，考虑各向异性和趋势参数，制成云南省烤烟致香物质含量空间分布图(图3)。

图3 云南烤烟致香物质含量空间分布(Kriging插值法)Fig.3 Spatial distribution of aroma component contents of flue-cured tobacco leaves in Yunnan Province

云南烤烟不同种类致香物质含量空间分布特点不同，4类致香物质和致香物质总量具有较高的空间异质性。由图3可知，苯丙氨酸类物质含量在大理市东南部是低值范围，滇南是高值范围；类西柏烷类降解产物含量空间分布异质型强，低值范围分布在滇中和滇北，高值范围分布在滇中；质体色素降解产物在大理市北部和楚雄北部是低值范围，高值范围在滇西南少部分地区、滇东北、 滇东和滇东南；棕色化反应产物空间异质型强，滇东南和楚雄北含量较低，滇南含量高；致香物质总量在滇西南、滇东北、滇东和滇东南方向较高，滇北较低。

综合来看，滇西北各类致香物质及致香物质总量低于其他区域，滇西南、滇东北、滇东和滇东南质体色素降解产物含量和致香物质总量均较高，苯丙氨酸类降解产物、类西柏烷类降解产物和棕色化反应产物在滇中、滇南含量较高。

3 结论与讨论

云南烟叶属于清甜香突出，清香明显的Ⅰ类香型，但各产地烤烟致香物质、化学成分、代谢产物含量等存在区域差异[11]。本研究以烤烟致香物质为指标，对其空间分布变化规律进行研究，发现云南省烤烟致香物质含量在空间上分布差异较大。从海拔分布来看，海拔对类西柏烷类、苯丙氨酸类降解产物、棕色化反应产物无显著影响，但对质体色素降解产物和致香物质总量有显著影响，以1 400～1 600 m海拔梯度烤烟质体色素降解产物含量较高，显著高于1 200～1 400 m和2 001～2 300 m海拔梯度。可见，云南烟区随着海拔升高质体色素降解产物和致香物质总量呈增加趋势，海拔持续升高，2类物质又呈下降趋势，且海拔仅对质体色素和致香物质总量有影响，推断海拔是影响烤烟致香物质积累的因素之一，但不会对所有致香成分有影响。这与常寿荣等[15]研究结果较为相似。韩锦峰等[4]认为，在一定海拔范围内，致香物质含量随海拔增高而增加。张永安等[16]对不同海拔新植二烯含量分析发现，在海拔800 m以下，随海拔升高而增加，在800～1 800 m，新植二烯含量随海拔增加无明显增加趋势，在1 800 m以上，新植二烯含量又随海拔升高急剧增加。江厚龙等[17]研究结果与此相似，但与本研究结果不尽相同。究其原因可能是研究方式、研究样本等存在较大差异。本研究从云南241个海拔取样1 002个样品，划分5个海拔梯度，根据降解产物特性，合并为4大类致香物质，采用统计学方法，去除取样、人工等误差，具有统计学意义，而以往研究多采用单数据定量描述，未采用统计学方法进行验证，且本研究以云南高原区域为研究对象，烤烟致香物质分布规律可能与低海拔地区有所不同，需后期进行分析研究。就云南而言，相对较低海拔1 400～1 600 m可能更有利于质体色素降解产物的积累。

从全局趋势分析来看，致香物质总量与质体色素降解产物含量趋势相同，均为由西向东、由北向南呈递增趋势；类西柏烷类降解产物、苯丙氨酸类降解产物在东西向先升后降趋势，即中间略高于两边；类西柏烷类降解产物由南向北呈递增趋势、苯丙氨酸类降解产物由北向南呈增加趋势；棕色化反应产物南北向呈先增后降趋势，由东向西呈增加趋势。对致香物质空间分布图分析可知，滇西北各类致香物质及致香物质总量低于其他区域，苯丙氨酸类降解产物、类西柏烷类降解产物和棕色化反应产物在滇中、滇南含量较高，质体色素降解产物和致香物质总量在滇西南、滇东北、滇东和滇东南较高。致香成分一直是烟草的研究重点，相关研究报道较多，主要是探讨品种[18]、产地[19]、栽培措施[20]、储存醇化时间及条件[21-22]对致香成分的影响，并与津巴布韦烟叶进行了差异性分析[23]，有关致香物质空间分布规律研究较少。本研究从中微观尺度探讨其成因，明确云南烤烟致香物质空间动态变化特点，为能够深入研究空间差异特征，经纬度及海拔等与烤烟关系有待进一步开展研究，进而为指导云南烤烟生产布局和优质烟叶挖掘提供理论依据。