不同发育时期来凤雪茄烟根部的三维荧光特征变化研究

甘申奥王 瑞 陈红华 毛玉梅王 粤宋 杰 钟明月 卜贵军

（1.湖北民族大学林学园艺学院 湖北恩施 445000；2.湖北省烟草公司恩施州公司 湖北恩施 445000）

雪茄（Cigar）是一种烟草制品，由干燥及经过发酵的烟草卷制而成。近年来，随着经济水平的提升和人民生活水平的提高，国内对雪茄烟的需求在不断增加。中国雪茄烟叶种植较晚，整体质量偏低[1]。有研究表明烟叶有机溶剂提取物是烟草香味的重要来源，与烟叶的香味和协调密切相关[2]。

根系是作物的重要组成部分，目前我国对雪茄烟根系的研究较少，导致在实际生产中制订的调控措施并不完善。三维荧光光谱解决了平面谱图中荧光峰相互重叠、遮蔽等问题，可清晰地显示谱图的详细结构、表达完整的荧光信息，具有指纹特性[3]。

本试验从不同生长时期的雪茄烟根系的乙醇提取物和纯水提取物入手,采用荧光分析法,从三维荧光角度研究雪茄烟,对雪茄烟根部不同位置进行分析。研究这些荧光性质与物质积累的关系，对比雪茄烟根系中物质的三维荧光光谱的光谱特征与普通烟叶中的光谱特征，探究雪茄烟叶中的香气物质与根部物质的关系，以对生产实践起到一定的参考价值。

1 材料与方法

1.1 取样地点概况

试验地点位于恩施土家族苗族自治州来凤县岩峰窝村（北纬29°37′，东经109°27′）。供试土壤pH 6.16，有机质含量为25.03 g/kg，碱解氮含量为151.30 mg/kg，有效磷含量为42.67 mg/kg，速效钾含量为226.00 mg/kg，交换性钙含量为950.61 mg/kg，交换性镁含量为110.92 mg/kg，有效锌含量为3.78 mg/kg，有效硼含量为0.31 mg/kg，氯含量为10.61 mg/kg。

1.2 供试材料

恩施土家族苗族自治州来凤县岩峰窝村种植的CX-80品种雪茄烟。

1.3 取样与指标测定

2021年4月16日条施基肥并起垄覆膜，4月29日移栽，2次追肥日期分别是5月27日和6月8日。从移栽日开始及移栽后不同的日期采集烟株，每次采集具有代表性的烟株3株并编号，分别用于获取雪茄烟根尖的乙醇提取物（移栽后43 d、51 d、55 d、59 d、64 d、69 d、76 d、84 d、98 d）、根皮层的乙醇提取物（移栽后29 d、43 d、47 d、51 d、55 d、59 d、64 d、69 d、76 d、98 d）和根皮层的纯水提取物（移栽后29 d、43 d、51 d、55 d、59 d、76 d、98 d）。

1.4 样品预处理

测量的部位来自烟叶相同部位的根尖、根皮层，称取样品后加95%乙醇溶剂混合,研磨后固液混合比为1∶400，放在暗处静置24 h后取上层清液进行荧光测定。另取一组同样部位的根皮层组织，同样称取样品后加入纯水混合，研磨后固液混合比为1∶400，放在暗处静置24 h后取上层清液进行荧光测定。

1.5 荧光光谱条件

荧光测试条件：电压400V，激发波长λEX200~310 nm，发射波长λEM200~410 nm，激发波长到发射波长的间隙为5 nm，扫描速度为30 000 nm/min（荧光分光光度计）。

1.6 数据处理

用FL Solution for F-4600软件对光谱进行数据的提取，再用Excel进行数据的分析、用Origin 2019b制图软件等作图。

2 结果与分析

2.1 乙醇提取物的荧光光谱规律

乙醇提取的根尖和根皮层物质的荧光光谱都有3个明显的特征峰，但两者之间又有所异同。乙醇提取的根尖物质的3个特征峰的范围分别为峰Ⅰ：E XⅠ（270,275）,E MⅠ（300，306）；峰Ⅱ：E XⅡ（273，276）,E MⅡ（335，339）；峰Ⅲ：E XⅢ（225,229）,E MⅢ（303,305）（表1）。

表1 雪茄烟根尖乙醇提取荧光物质物的各特征峰位置及峰值

乙醇提取的根皮层物质的3个特征峰的范围分别为峰Ⅰ：E XⅠ（274，278），E MⅠ（303，305）；峰Ⅱ：E XⅡ（248,253）,E MⅡ（303，306）；峰Ⅲ：E XⅢ（223,227）,E MⅢ（300,308）（表2）。

表2 雪茄烟根皮层乙醇提取荧光物质的各特征峰位置及峰值

乙醇提取物都有3个近似的荧光特征峰，根尖物质和根皮层物质的峰Ⅰ和峰Ⅲ处于几乎相同的位置，但峰Ⅱ的位置略有不同（图1）。

图1 乙醇提取根尖物质荧光光谱

2.2 纯水提取物的荧光光谱规律

纯水提取根皮层的物质的光谱特征与乙醇提取根皮层的物质的光谱特征有所不同，纯水提取物的荧光光谱只观察到2个明显的特征峰（表3）。这2个峰的范围分别为峰Ⅰ：E XⅠ（279，280）,E MⅠ（335，360）；峰Ⅱ：E XⅡ（220,230）,E MⅡ（330，340）。乙醇提取根皮层物质的3个特征峰与纯水提取根皮层物质的2个特征峰有部分重合（图2、图3）。

图2 乙醇提取根皮层物质荧光光谱

图3 纯水提取根皮层物质荧光光谱

表3 雪茄烟根尖纯水提取荧光物质的各特征峰位置及峰值

2.3 移栽后天数与提取物荧光强度的关系

图1为雪茄烟移栽后43 d、76 d、84 d的乙醇根尖提取物样品荧光光谱的3个特征峰。结合表1中这3 d的峰值数据可发现，峰Ⅰ的峰值以平稳的趋势小幅度上升，峰Ⅱ的峰值呈现先上升后下降的变化趋势，峰Ⅲ的峰值平稳上升与峰Ⅰ的变化趋势相类似。将试验中不同移栽天数的雪茄烟的乙醇根尖提取物的荧光强度的峰值进行比较（图4），乙醇根尖提取物的荧光特征峰Ⅰ和峰Ⅲ的峰值随着雪茄烟植株的生长发育出现一个先下降后上升再下降的变化趋势，而峰Ⅱ的峰值大小随雪茄烟植株生长发育而变化。

图2为雪茄烟移栽后43 d、76 d、98 d的乙醇根皮层提取物样品荧光光谱的3个特征峰。结合表2中这3 d的峰值数据可发现，峰Ⅰ、峰Ⅱ、峰Ⅲ这3个峰值都呈现出先上升后下降的变化趋势。将试验中不同移栽天数的雪茄烟的乙醇根皮层提取物的荧光强度的峰值进行比较（图4），前后共55 d的时间跨度中3个峰值的变化趋势总体呈现上升→下降→上升→下降→上升→下降的周期性变化规律，并且在移栽后69 d为3个特征峰的峰值最小值。

图3为雪茄烟移栽后43 d、76 d、98 d的纯水根皮层提取物样品荧光光谱的2个特征峰。结合表3中这3 d的峰值数据可发现，峰Ⅰ、峰Ⅱ这2个峰值都呈现出上升的变化趋势。将试验中不同移栽天数后的雪茄烟的纯水根皮层提取物的荧光强度的峰值进行比较（图4），峰Ⅰ和峰Ⅱ2个峰值的变化对应着移栽后相同的天数有着相同的变化，呈现上升→下降→上升→下降→上升的周期性变化规律，但不同的是峰Ⅰ的最高值是在移栽后43 d，而峰Ⅱ的最高值是在移栽后59 d。

图4 各特征峰的峰值随日期的变化

3 讨论与结论

3.1 雪茄烟根部提取物荧光光谱的共同特征及与烤烟烟叶的荧光峰位置关系

该试验表明，雪茄烟根系的物质都具有较强的荧光特性，不论是用无机溶剂提取还是用有机溶剂提取，不论是对根尖物质的提取还是根皮层物质的提取，其三维荧光光谱的范围都处于λEX/λEM=220~280 nm/300~360 nm的范围内。乙醇根尖3个荧光峰位置为λEX/λEM=225~276 nm/300~335 nm，乙醇根皮层3个荧光峰的位置为λEX/λEM=223~278 nm/300~308 nm，纯水根皮层2个荧光峰的位置为λEX/λEM=220~280 nm/330~360 nm。这些峰的位置与已报道的烤烟烟叶的特征峰的位置相接近，而烤烟的这些荧光特征可以在一定程度上反映出烟草吃味与香气的关系[4]。因此，雪茄烟根部的这些荧光物质的特征可能也与烟草香气物质存在一定关系。

3.2 雪茄烟根系物质的累积规律

该试验与徐祥玉的试验烟田为同一烟田，烟苗于4月29日移栽大田。随着移栽日期的推移，荧光强度增加，物质的浓度也在增加。与雪茄烟田间生长期的研究内容对比发现，乙醇根皮层和纯水根皮层移栽后36 d（6月4日）之前的荧光峰值以缓慢的速度增长，对应同一时期干物质及氮、磷、钾元素的缓慢积累。从移栽后的55 d（6月23日）起，纯水根皮层提取物的荧光峰值开始呈反弹式上升，此时干物质及氮、磷、钾元素积累量迅速增加，到移栽69 d（7月7日）后氮、磷、钾各元素再次趋于平稳[1]。

3.3 结论

雪茄烟CX-80的根部三维荧光光谱的变化规律与根部的氮、磷、钾元素及干物质的积累有着一定的联系。此外，雪茄烟根部皮层与烟叶的三维荧光光谱特征类似，而烟叶这些三维荧光所代表的化学成分可以反映出烟草的吃味与香型。探究雪茄烟根部的三维荧光特征可以为后续研究雪茄烟地下、地上部分的物质的共同性质和运输规律做好铺垫，也在生产实践上提供一定的理论支持。