基因型、施氮量及其互作对烤烟多酚类物质的影响

张 希 王慧芳 代卓毅 薛 刚 徐世晓 杨铁钊

（河南农业大学烟草学院，450002，河南郑州）

多酚类物质在烟草中全部以葡萄糖苷和酯的形式存在，其中绿原酸、芸香苷和莨菪亭是其最主要的成分，占烟草中多酚类物质含量的80%以上[1]。多酚类物质在烟草的生长发育、调制特性、烟叶色泽和香气吃味等方面起重要作用，是衡量烟草品质的重要指标[2]。烤烟烟叶的等级随多酚类物质含量的增多而升高，等级越高的烟叶多酚类物质含量越高[3]。烤烟多酚类物质的形成以及含量高低受多种因素影响，如基因型、植株部位、成熟度、温度、海拔、栽培措施和调制方式等[4-9]。氮素是植物重要的组成元素，不仅是蛋白质、磷脂和核酸的主要成分，还在激素和酶等物质功能发挥中有重要作用[10]。对于烟草而言，烟草中特殊的生物碱——烟碱的主要成分就是氮素。充足的烟碱可以提高劲头，提高烟叶品质，因此氮素营养对提高烤烟的产量和质量有重要作用[11]。氮用量增大到一定程度，可以使烟叶中总酚和绿原酸含量提升[12]。烤烟绿原酸、芸香苷和莨菪亭3种多酚类物质含量在高密度种植和中氮用量下含量最多，在低密度种植和高氮用量下含量最少[13]。在大田烟叶成熟中后期，增加硝态氮比例，能够增加绿原酸和芸香苷含量，改善烤烟烟叶香气风格[14]。此外，不同基因型烟草的多酚类化合物含量不同，杨志晓等[15]研究表明，不同烤烟品种多酚类物质含量和组分的差异可以稳定遗传给后代，说明烟草中多酚类物质受基因型控制。目前，关于氮用量在烟草中的作用研究多集中于对其产量和质量的影响，而关于基因型、施氮量及其互作效应对烤烟多酚类物质含量和组分影响鲜有研究。因此，本试验以不同氮素利用效率且种植面积较大的3个品种中烟100、云烟87和K326为材料，设置3个不同施氮量处理，探讨不同基因型、施氮量及其互作效应对烤烟多酚类物质含量的影响，为提高烤烟香气质和香气量的理论研究和生产实践提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试烟草品种为云烟87、中烟100和K326，大田生育期110d。

1.2 试验设计

试验于2019年在河南省南阳市方城县金叶园进行，采用二因素随机区组设计，以烟草品种和施氮量为试验因素，设置3个施氮量水平，分别为N1（N 45kg/hm2）、N2（N 60kg/hm2）和 N3（N 75kg/hm2）。共9个处理，3次重复。土壤类型为黄棕壤，耕作层土壤理化性质：有机质9.42g/kg，全氮0.85g/kg，速效氮 58.34mg/kg，速效磷 24.15mg/kg，速效钾87.24mg/kg，pH值7.6。田间管理措施均按当地优质烟叶栽培技术规程进行。于2019年5月2日移栽，每个小区面积333.3m2，行距120cm，株距55cm。于2019年8月20日采收成熟度一致的中部叶（10～12叶位）作为试验烟叶。成熟特征：烟叶变黄面积6～8成，主脉全白发亮，支脉2/3变白，茸毛较多脱落，叶尖叶缘下卷。采用河南农业大学设计的电热式温湿度自控烤箱，将各处理烟叶装在同一烤箱内相同位置。

1.3 取样与项目测定

取外观质量一致的烤后烟叶，切去叶尖和基部各1/3区域，留叶中间1/3区域，在105℃杀青15min，于60℃下烘干，用粉碎机粉碎，过60目筛后保存，用于测定多酚类指标。采用YC/T 202-2006[16]标准测定绿原酸、芸香苷和莨菪亭等多酚类物质含量，各处理均为3次重复。总酚含量为绿原酸、芸香苷和莨菪亭含量之和。

1.4 数据分析处理

利用SPSS 22.0和Excel 2016软件进行数据统计和作图。

2 结果与分析

2.1 基因型、施氮量及其互作对初烤烟叶总酚含量的影响

2.1.1 总酚含量的方差分析 表1表明，基因型、施氮量及其互作的差异均达到显著水平，说明基因型、施氮量及其互作均对总酚含量有显著影响，其中施氮量对总酚含量变异的贡献率最大，占总变异的59.30%；其次是基因型与施氮量互作，占36.40%；基因型对总酚含量变异的贡献率最小，仅占2.50%。

表1 总酚含量的方差分析Table 1 Analysis of variance of total phenol content

基因型以及施氮水平的烤烟总酚含量多重比较结果（表2）表明，3个施氮水平间总酚含量均存在显著差异，表现为N2＞N3＞N1。基因型之间比较，云烟87与中烟100总酚含量无显著差异，K326与中烟100和云烟87总酚含量存在显著差异。

表2 不同基因型与施氮量的初烤烟叶总酚含量Table 2 The total phenol contents of flue-cured tobacco leaves between different genotypes and nitrogen application rates mg/g

基因型与施氮量之间总酚含量的互作效应结果（表3）显示，总酚的互作效应差异较大，其中5个正向效应，4个负向效应。3个施氮水平中，N2主效应最大，效应值为0.93；基因型中，中烟100主效应最大，效应值为0.19；在施氮量与基因型互作方面，中烟100在N1和N2水平下总酚含量无互作效应，但中烟100在N3水平下有较强的互作效应，效应值为0.93；云烟87在N3水平下总酚含量无互作效应，但云烟87在N1和N2水平有较强的互作效应，效应值分别为0.71和0.60；K326在N1水平下总酚含量无互作效应，但K326在N3和N2水平有较强的互作效应，效应值分别为0.38和0.05。

表3 基因型与施氮量互作效应Table 3 Interaction effects of genotypes and nitrogen application rates

2.1.2 不同施氮量处理初烤烟叶总酚含量差异 由图1可知，基因型与施氮量之间的组合有显著差异，云烟87×N2和中烟100×N3的总酚含量显著高于其他组合，其次为K326×N2、K326×N3和中烟100×N2，而K326×N1明显低于其他组合间总酚含量。中烟100的总酚含量表现为N3＞N2＞N1，云烟87为 N2＞N1＞N3，K326 为 N2＞N3＞N1。

图1 不同施氮量处理总酚含量差异Fig.1 Difference of total phenol content in different nitrogen application rates

2.2 基因型、施氮量及其互作对初烤烟叶绿原酸含量的影响

2.2.1 绿原酸含量的方差分析 表4表明，基因型、施氮量及其互作的差异均达到显著水平，说明基因型、施氮量及其互作均对绿原酸含量有显著影响。其中基因型×施氮量对绿原酸含量变异的贡献率最大，占总变异的51.20%，其次是施氮量，占42.55%，基因型最小，仅占5.13%。

表4 绿原酸含量的方差分析Table 4 Analysis of variance of chlorogenic acid content

基因型及3个施氮水平下烤烟绿原酸含量的多重比较结果（表5）表明，在3个施氮水平间，绿原酸含量均存在显著差异。基因型之间比较，云烟87、中烟100和K326间均存在显著差异，绿原酸含量表现为云烟87＞中烟100＞K326。

表5 不同基因型与施氮量处理初烤烟叶绿原酸含量Table 5 Chlorogenic acid content of flue-cured tobacco leaves with different genotypes and nitrogen application rates mg/g

由基因型与施氮量间绿原酸含量的互作效应结果（表6）可知，绿原酸的互作效应差异较大，其中5个正向效应，4个负向效应。云烟87和K326的绿原酸含量与N2水平有较强的互作效应，效应值分别为0.94和0.46；而中烟100在N3和N1的水平下有较强的互作效应，效应值分别为0.73和0.14。

表6 基因型与施氮量互作效应Table 6 Interaction effects between genotypes and nitrogen application rates

2.2.2 不同施氮量处理初烤烟叶绿原酸含量差异

由图2可知，基因型与施氮量之间的组合有显著性差异，其中云烟87×N2的绿原酸含量显著高于其他组合，其次为中烟 100×N3、K326×N2 和 K326×N3；而K326×N1则明显低于其他组合的绿原酸含量。

图2 不同施氮量处理绿原酸含量差异Fig.2 Difference of chlorogenic acid content in different nitrogen application rates

2.3 基因型、施氮量及其互作对初烤烟叶芸香苷含量的影响

2.3.1 芸香苷含量方差分析 由表7可知，基因型、施氮量及其互作的差异均达到显著水平，说明基因型、施氮量及基因型与施氮量间的互作均对芸香苷含量有显著影响。其中基因型×施氮量对芸香苷含量变异的贡献率最大，占总变异的51.50%，其次是施氮量，占38.30%，基因型对芸香苷含量变异的贡献率最小，仅占4.70%。

表7 芸香苷含量的方差分析Table 7 Analysis of variance of rutin content

基因型及施氮水平的烤烟芸香苷含量的多重比较结果（表8）表明，N2和N3无显著差异，N1与N2和N3之间差异显著。K326与中烟100和云烟87之间无显著差异，而云烟87与中烟100之间差异显著。

表8 不同基因型与施氮量间初烤烟叶芸香苷含量Table 8 Rutin content of flue-cured tobacco leaves with different genotypes and nitrogen application rates mg/g

由基因型与施氮量间芸香苷含量的互作效应（表9）可知，芸香苷的互作效应差异较大，其中5个正向效应，4个负向效应。云烟87芸香苷含量与N2水平有较强的互作效应，效应值为0.56；中烟100与N3和N2水平有较强的互作效应，效应值分别为0.24和0.16；K326与N3水平有较强的互作效应，效应值0.41。

表9 基因型与施氮量互作效应Table 9 Interaction effect between genotype and nitrogen application rate

2.3.2 不同施氮量处理初烤烟叶芸香苷含量差异

由图3可知，基因型与施氮量之间的不同组合的芸香苷含量有显著性差异，K326×N3的芸香苷含量显著高于其他组合，其次为中烟100×N2、中烟100×N3、云烟 87×N2、K326×N2 和云烟 87×N1，而中烟100×N1明显低于其他组合的芸香苷含量。

图3 不同施氮量处理芸香苷含量差异Fig.3 Difference of rutin content in different nitrogen application rates

2.4 基因型、施氮量及其互作对初烤烟叶莨菪亭含量的影响

2.4.1 莨菪亭含量方差分析 由表10可知，基因型、施氮量及其互作的差异均达到显著水平，说明基因型、施氮量及基因型与施氮量间的互作均对莨菪亭含量有显著影响。其中施氮量对莨菪亭含量变异的贡献率最大，占总变异的67.79%，其次是基因型，占15.95%，基因型与施氮量互作对莨菪亭含量变异的贡献率较小，占15.03%。

表10 莨菪亭含量的方差分析Table 10 Analysis of variance of scopoletin content

表11结果表明，3个施氮水平莨菪亭含量均存在显著差异。基因型间表现为中烟100最高，其次是云烟87和K326，K326和云烟87间无显著差异。

表11 不同基因型与施氮量间初烤烟叶莨菪亭含量Table 11 Scopoletin content of flue-cured tobacco leaves with different genotypes and nitrogen application rates mg/g

不同基因型与不同施氮量之间莨菪亭含量的互作效应（表12）表明，莨菪亭的互作效应差异较大，其中5个正向效应，4个负向效应。云烟87莨菪亭含量与N3水平有较强的互作效应，效应值为0.07；中烟100和K326与N2有较强的互作效应，效应值为0.05和0.03。

表12 基因型和施氮量互作效应Table 12 Interaction effect between genotype and nitrogen application rate

2.4.2 不同施氮量处理初烤烟叶莨菪亭含量差异

由图4可知，基因型与施氮量之间的不同组合莨菪亭有显著性差异，中烟100×N2的莨菪亭含量显著高于其他组合，其次为K326×N2、云烟87×N3、云烟87×N2、中烟100×N3和中烟100×N1；而K326×N1和云烟87×N1明显低于其他组合的莨菪亭含量。

图4 不同施氮量处理莨菪亭含量差异Fig.4 Difference of scopoletin content in different nitrogen application rates

3 讨论

烟草中的多酚类化合物作为次生代谢物质以叶片合成为主[17]。不同施氮量对植物多酚合成相关的酶活性有显著影响[18]，并对其体内次生代谢物质的合成起调控作用[19]。施氮量和基因型是影响多酚类物质含量的重要因素，本研究结果表明，烟叶多酚类物质含量在不同基因型和施氮量间的差异均达到显著水平，不同基因型烤烟多酚类物质含量随着施氮量的变化而不同，说明施氮量是影响烤烟多酚类物质含量的重要因素。施氮量对总酚、绿原酸、芸香苷和莨菪亭含量差异贡献率分别为59.30%、42.55%、38.30%和67.79%。基因型与施氮量互作对总酚、绿原酸、芸香苷和莨菪亭含量差异贡献率分别为36.40%、51.20%、51.50%和15.03%。总酚和莨菪亭含量受施氮量影响较大，其次是施氮量与基因型互作；绿原酸和芸香苷主要受施氮量与基因型互作的影响，其次受施氮量的影响。施氮量影响烤后烟叶多酚类物质积累是由多酚作为次生代谢苯丙烷代谢的产物，受氮素的调节[20]。同时，氮用量对叶片中P、Ca和Mg含量影响较大，从而影响叶绿素含量和烟株光合能力，进而导致其初生代谢降低，次生代谢加强，因此增加了植物次生代谢物质的积累[21]。岳喜良等[22]研究表明，高氮和低氮处理均能促进多酚类物质含量的积累。就施氮量而言，本研究结果表明烟叶中多酚类物质在3个施氮水平之间存在显著性差异，随着施氮量的增加，总酚、绿原酸、芸香苷和莨菪亭含量先升高后降低，施氮量效应分析表明，在中氮水平下对烤烟总酚、绿原酸、芸香苷和莨菪亭主效应最大。在中氮水平下，多酚类物质含量最高，其次为高氮，低氮处理最低，表明中氮水平有利于烤烟多酚类物质含量的积累，与耿素祥等[23]研究结果一致。

不同基因型对烤烟多酚类物质含量的影响结果表明，基因型对莨菪亭的影响效应最大，因此可通过选育或改良品种来调控烟叶莨菪亭含量；绿原酸含量在品种间差异显著。中烟100的总酚、芸香苷和莨菪亭含量最高，云烟87的绿原酸含量最高，其次是K326，这与刘化冰等[24]研究结果不同，可能是因为地理位置、栽培措施和施肥条件不同，导致不同品种的烤烟多酚类物质含量积累不同。品种效应分析表明，总酚、芸香苷和莨菪亭含量均以中烟100主效应最大，绿原酸含量以云烟87主效应最大。中烟100的总酚、绿原酸和芸香苷含量与高氮处理互作效应显著，这可能是因为中烟100的氮效率低，耐低氮能力弱[25]。云烟87的绿原酸、芸香苷和总酚含量均表现为与中氮互作效应值最大；K326的总酚、芸香苷和莨菪亭含量与中氮互作效应显著；因此，要想提高云烟87和K326烟叶中多酚类物质含量，施氮量在60kg/hm2效果最好，要提高中烟100烟叶中多酚类物质含量，施氮量在75kg/hm2为宜。

4 结论

基因型、施氮量及基因型与施氮量互作对烤烟多酚类物质含量均有影响。参试品种中，中烟100在高氮条件下总酚、绿原酸和芸香苷含量最高，云烟87和K326在中氮条件下总酚和芸香苷含量最高。因此，在现有栽培条件下，根据基因型的不同选择合适的施氮量，是提高烟叶中多酚类物质含量的重要调控手段。