烤煙不同部位葉片煙堿含量與中微量元素的關(guān)聯(lián)分析

陳 偉，唐遠(yuǎn)駒，潘文杰，李智勇

1.貴州省煙草科學(xué)研究所，貴陽(yáng)市金陽(yáng)新區(qū)云潭北路 550081

2.貴州省煙草公司，貴陽(yáng)市瑞金北路156號(hào) 550003

我國(guó)部分煙區(qū)的烤煙生產(chǎn)近年出現(xiàn)了一種卷煙工業(yè)所不期望的傾向，即煙葉原料煙堿含量偏高，化學(xué)成分不太協(xié)調(diào)［1］，上部煙葉品質(zhì)欠佳，可用性不高［2］。如何降低煙葉的煙堿含量，協(xié)調(diào)化學(xué)成分，提高工業(yè)可用性，降低危害性是提升現(xiàn)階段煙葉質(zhì)量水平的關(guān)鍵之所在。煙葉的中微量元素雖然含量較少，但對(duì)煙堿的合成、運(yùn)輸和積累有著不可替代的作用。長(zhǎng)期以來(lái)，科技工作者對(duì)煙堿與中微量元素的關(guān)系進(jìn)行了較多研究［3-7］。但從小區(qū)域、單一生態(tài)類型的角度開(kāi)展研究的報(bào)道較多，在大區(qū)域、多生態(tài)類型條件下研究煙堿與中微量元素的關(guān)系較少；進(jìn)行典型調(diào)查的多，進(jìn)行試驗(yàn)研究的較少。為此，在我國(guó)7個(gè)主產(chǎn)煙省的12個(gè)縣，采用統(tǒng)一栽培技術(shù)模式，控制人為栽培措施，通過(guò)大量準(zhǔn)確的田間試驗(yàn)，研究烤煙不同部位葉片煙堿含量與中微量元素的關(guān)系，旨在尋求影響不同部位煙葉煙堿含量的主導(dǎo)中微量元素，為通過(guò)調(diào)控中微量元素含量而實(shí)現(xiàn)降低煙葉煙堿的目標(biāo)提供科學(xué)依據(jù)，以更好地優(yōu)化栽培技術(shù)，平衡煙株?duì)I養(yǎng)，生產(chǎn)出煙堿含量適合卷煙工業(yè)需要的特色優(yōu)質(zhì)煙葉。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)品種為K326，統(tǒng)一供種；煙草專用復(fù)合肥、過(guò)磷酸鈣和硫酸鉀為當(dāng)?shù)卮竺娣e烤煙生產(chǎn)用肥。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

根據(jù)煙葉風(fēng)格和內(nèi)在品質(zhì)特征，試驗(yàn)設(shè)置在我國(guó)7個(gè)主產(chǎn)煙省的12個(gè)縣，南北縱跨緯度20o，從22oN～42oN；東西橫跨經(jīng)度21o，從102oE～123oE?；敬砹宋覈?guó)大部分烤煙生產(chǎn)地區(qū)的生態(tài)條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況和烤煙生產(chǎn)情況。試驗(yàn)地點(diǎn)包括：遼寧開(kāi)原，山東安丘、沂水，河南臨潁、郟縣，四川寧南、會(huì)東，貴州湄潭、鳳岡，福建將樂(lè)、永定，云南文山。每個(gè)參試縣設(shè)1個(gè)在地形地貌、海拔、氣候、土壤等方面具有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)，選點(diǎn)要求便于管理、觀測(cè)和記載，防止各種因素造成試驗(yàn)報(bào)廢和結(jié)果失真。

1.2.2 試驗(yàn)方法

為減少品種基因型和栽培技術(shù)措施的影響，使關(guān)聯(lián)分析在同一水平上進(jìn)行，以便更好地揭示煙葉煙堿含量與物理性狀的相關(guān)程度。12個(gè)參試縣采用統(tǒng)一栽培法，主要是統(tǒng)一品種，統(tǒng)一密度，統(tǒng)一在60%煙株中心花開(kāi)放時(shí)一次性打頂，統(tǒng)一施肥種類和施肥量，統(tǒng)一露地栽培（不蓋膜，不套種）等。田間試驗(yàn)布置采用大區(qū)對(duì)比，不設(shè)重復(fù)。每處理面積不少于667 m2，栽植密度16530 株/hm2。施純氮 90 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶1.5∶3，全部施用無(wú)機(jī)肥（煙草專用復(fù)合肥、過(guò)磷酸鈣和硫酸鉀），用過(guò)磷酸鈣與硫酸鉀分別補(bǔ)充磷和鉀的不足，70%作底肥，30%作追肥。單株留葉數(shù)20～22片，抑芽劑抑芽，成熟采收，按當(dāng)?shù)刈钸m烘烤工藝烘烤。

1.2.3 煙樣采集和測(cè)定

各試驗(yàn)點(diǎn)從初烤煙葉中取下部葉（X1F,X1L）、中部葉（C3F,C3L）和上部葉（B2F,B2L）各等級(jí)煙葉各2 kg。每年各試驗(yàn)點(diǎn)煙葉樣品基本到齊后，先進(jìn)行部位鑒定，然后進(jìn)行等級(jí)平衡，使同一等級(jí)樣品水平基本一致。中微量元素測(cè)定項(xiàng)目有：Mn,Cu,Fe,Zn,Ca,Mg,P,Si,Pb,Cd,Se,S,Mo和B。Fe,Mn,Zn,Cu,Ca和Mg的測(cè)定方法為微波消解-火焰原子吸收分光光度法［8］，Pb和Cd為微波消解-石墨爐原子吸收分光光度法［9］，P為磷釩鉬藍(lán)光度法［10］，Si為NaOH高溫熔融、硅鉬藍(lán)分光光度法［11］，Se為氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法［12］，S 為光度比濁法［13］，B為甲亞胺-H顯色法［14］，Mo為電感耦合等離子體質(zhì)譜法［15］。煙堿含量按照王瑞新［16］的方法測(cè)定。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel軟件和DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 初烤煙葉中微量元素和煙堿含量描述統(tǒng)計(jì)及變異分析

初烤煙葉的中微量元素和煙堿含量基本統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見(jiàn)表1。Cu,Zn,Se,Mo,B和煙堿含量從上部葉到下部葉依次降低，F(xiàn)e和Si則從上部葉到下部葉依次升高，其他中微量元素含量部位間的變化沒(méi)有明顯規(guī)律。從不同部位煙葉中微量元素含量的變異系數(shù)來(lái)看，下部煙葉為：Mn>Mo>Cd>Fe>Mg>Se>Si>S>Zn>Pb>Ca>Cu>B>P；中部煙葉為：Mn>Fe>Mo>Cd>Si>Cu>B>Zn>Se>Ca>Mg>Pb>S>P；上部煙葉為：Mn>Mo>Se>Cd>B>Cu>Zn>Fe>Ca>Mg>S>Si>Pb>P。在各部位煙葉的煙堿含量中，下部葉煙堿含量變異相對(duì)較大，中、上部煙葉煙堿含量變異較小。按照變異系數(shù)的劃分等級(jí)，變異系數(shù)<10%為弱變異性，變異系數(shù)為10%～100%為中等變異性，變異系數(shù)>100%為強(qiáng)變異性［17］?？緹煵煌课蝗~片煙堿與中微量元素含量的變異都屬中等變異強(qiáng)度，它們受生態(tài)環(huán)境的影響較大，中微量元素中Mn的變異最強(qiáng)，P的變異最弱。

表1 中微量元素和煙堿含量的描述性統(tǒng)計(jì)Tab.1 Descriptive statistics on content of medium and trace elements and nicotine

2.2 煙葉中微量元素的主成分分析

初烤煙葉的中微量元素主成分（PC）分析結(jié)果見(jiàn)表2和表3。每個(gè)主成分中載荷超過(guò)0.600的因子與主成分有顯著的相關(guān)性，特征值大于1的主成分是顯著的[18]。因此，選取前5個(gè)主成分（表2）進(jìn)行分析，可以看出，所入選的前5個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了73.74%，即前5個(gè)PC值能夠把全部中微量元素指標(biāo)提供信息的73.74%反映出來(lái)，基本包含了原始數(shù)據(jù)的絕大部分信息。表3表明，第1主成分的特征向量中，Ca和B占有較高的負(fù)載荷，Zn占有較高的正載荷，對(duì)主成分貢獻(xiàn)較大。第1主成分可以看成是反映Zn,Ca和B的綜合指標(biāo)，其方差貢獻(xiàn)率最大，占主成分總方差的27.93%，是入選主成分中對(duì)煙葉中微量元素影響最大的因子，Zn與Ca,B的載荷符號(hào)相反，表明Zn含量與Ca含量、B含量呈消長(zhǎng)趨勢(shì)，煙葉中Zn含量高時(shí)，Ca含量、B含量偏低。第2主成分貢獻(xiàn)率為13.42%，以Fe和Si的正載荷較大，二者呈正相關(guān)趨勢(shì)，可以看成是反映Fe和Si含量的綜合指標(biāo)。第3主成分的貢獻(xiàn)率為12.48%，Cu和P占有較高的正載荷，二者呈正相關(guān)趨勢(shì)，可看作描述煙葉Cu和P含量的綜合指標(biāo)。第4主成分的貢獻(xiàn)率為11.42%，Mo占有較高的負(fù)載荷，可看作描述煙葉Mo含量的綜合指標(biāo)。第5主成分的貢獻(xiàn)率相對(duì)較小，為8.49%，S占有較高的正載荷，可看作描述煙葉S含量的綜合指標(biāo)。因?qū)χ鞒煞重暙I(xiàn)大的變量影響程度也較大，可通過(guò)影響程度大的變量來(lái)進(jìn)行中微量元素與煙堿含量的關(guān)聯(lián)分析。因此，從5個(gè)主成分中選取貢獻(xiàn)大（即載荷大）的變量來(lái)代表各個(gè)主成分的情況。在第1主成分中選取Zn,Ca和B，第2主成分中選取Fe和Si，第3主成分中選取Cu和P，第4主成分中選取Mo，第5主成分中選取S作為反映中微量元素的指標(biāo)，進(jìn)入下面的分析。

表2 入選的前5個(gè)主成分的特征值、貢獻(xiàn)率及累積貢獻(xiàn)率Tab.2 Eigenvalue,contribution rate and cumulative contribution of five selected principal components

表3 中微量元素主成分的因子載荷量Tab.3 Factor loading capacity of principal components in medium and trace elements

2.3 中微量元素主成分與煙堿含量的逐步回歸與通徑分析

2.3.1 下部煙葉

通過(guò)對(duì)下部煙葉的Cu,Fe,Zn,Ca,P,Si,S,Mo,B與煙堿含量的逐步回歸分析，得到最優(yōu)多元線性回歸方程：

式中：Y——煙堿；X1——Cu；X3——Zn；X4——Ca；X6——Si；X9——B。

方程表明，下部煙葉煙堿含量主要受Cu,Zn,Ca,Si和B含量影響，其中B和Zn為正效應(yīng)，Cu,Ca和Si為負(fù)作用。進(jìn)一步通徑分析（表4）可以看出，Cu,Zn,Ca,Si和B的直接效應(yīng)大小順序?yàn)椋篠i>Cu>Ca>Zn>B。由于各中微量元素間存在互作效應(yīng)，Si和Ca的直接效應(yīng)絕大部分被抵消，總效應(yīng)極?。籆u,Zn和B的直接作用也被減弱，總效應(yīng)表現(xiàn)為Cu>Zn>B>Si>Ca?？梢钥闯觯ㄟ^(guò)調(diào)控中微量元素含量來(lái)實(shí)現(xiàn)降低下部煙葉煙堿的目標(biāo)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)調(diào)控?zé)熑~中的Cu,Zn和B含量，即采取相應(yīng)措施降低煙葉B含量，提高Zn和Cu含量。

2.3.2 中部煙葉

通過(guò)對(duì)中部煙葉的Cu,Fe,Zn,Ca,P,Si,S,Mo,B與煙堿含量的逐步回歸分析，得到最優(yōu)多元線性回歸方程：

式中：Y——煙堿；X1——Cu；X2——Fe；X5——P；X8——Mo；X9——B。

方程表明，中部煙葉煙堿含量主要受Cu,Fe,P,Mo和B含量影響，其中Cu,P和Mo為負(fù)效應(yīng)，F(xiàn)e和B為正效應(yīng)。通徑分析（表5）表明，Cu,Fe,P,Mo和B對(duì)煙堿含量的直接效應(yīng)大小順序?yàn)椋篜>Fe>Cu>Mo>B，由于Cu,Fe,P,Mo和B之間存在復(fù)雜的互作效應(yīng)，B的直接效應(yīng)被增強(qiáng)；Cu和P的直接調(diào)節(jié)效應(yīng)大大降低，幾乎被全部抵消，總效應(yīng)表現(xiàn)極弱；Mo和Fe的直接調(diào)節(jié)效應(yīng)被部分減弱，仍然表現(xiàn)為正效應(yīng)；總效應(yīng)表現(xiàn)為B>Fe>Mo>Cu>P。由此可見(jiàn)，通過(guò)調(diào)控中微量元素含量來(lái)實(shí)現(xiàn)降低中部煙葉煙堿的目標(biāo)時(shí)，應(yīng)以降低B和Fe含量，提高M(jìn)o含量為中心措施。

2.3.3 上部煙葉

通過(guò)對(duì)上部煙葉的Cu,Fe,Zn,Ca,P,Si,S,Mo,B與煙堿含量的逐步回歸分析，得到最優(yōu)多元線性回歸方程：

式中：Y——煙堿；X1——Cu；X2——Fe；X4——Ca；X6——Si；X9——B。

方程表明，上部葉煙堿含量主要受煙葉中的Cu,Fe,Ca,Si和B含量影響，其中Cu,Ca和Si為負(fù)效應(yīng)，F(xiàn)e和B為正效應(yīng)。通徑分析（表6）結(jié)果顯示，Cu,Fe,Ca,Si和B對(duì)煙堿含量的直接效應(yīng)大小順序?yàn)椋篠i>Fe>Ca>Cu>B。由于各中微量元素間存在復(fù)雜的互作效應(yīng)，Cu，Si和Ca的直接效應(yīng)被減弱；Fe和B的直接效應(yīng)絕大部分被抵消，總效應(yīng)較小；總效應(yīng)表現(xiàn)為Si>Ca>Cu>B>Fe。由此表明，通過(guò)調(diào)控中微量元素含量來(lái)實(shí)現(xiàn)降低上部煙葉煙堿的目標(biāo)時(shí)，提高Si,Ca和Cu含量是一項(xiàng)重要措施。

表4 下部煙葉中微量元素主成分與煙堿含量的通徑分析Tab.4 Path analysis on main factors of medium and trace elements and nicotine content in lower leaves

表5 中部煙葉中微量元素主成分與煙堿含量的通徑分析Tab.5 Path analysis on main factors of medium and trace elements and nicotine content in middle leaves

表6 上部煙葉中微量元素主成分與煙堿含量的通徑分析Tab.6 Path analysis on main factors of medium and trace elements and nicotine content in upper leaves

3 結(jié)果與討論

烤煙不同部位葉片煙堿與中微量元素含量都屬中等變異強(qiáng)度，說(shuō)明煙葉中微量元素和煙堿含量在不同地區(qū)之間存在明顯差異。在品種和栽培措施相同的條件下，造成這種差異的根本原因是由于各地的土壤、氣候等生態(tài)環(huán)境條件的不同，而煙葉中微量元素與生態(tài)環(huán)境因素之間的關(guān)系有待于進(jìn)一步分析。初烤煙葉中微量元素Mn在不同產(chǎn)區(qū)間的變異程度最大，P的變異程度最小。龍懷玉等［19］研究認(rèn)為，烤煙中部葉大量元素的變異系數(shù)較小，中量元素其次，微量元素較大；其結(jié)果支持了上述觀點(diǎn)。煙葉錳含量隨土壤施Mn量的增加而增加［20-22］，不同試點(diǎn)縣初烤煙葉Mn含量的變異程度最大，可能與土壤結(jié)構(gòu)、質(zhì)地和有效Mn含量有關(guān)。許自成等［23］研究表明，烤煙P含量與土壤速效P含量呈極顯著正相關(guān)。初烤煙葉P含量在不同地區(qū)間的變異程度最小，其原因除土壤類型、成土母質(zhì)和地形地貌的影響外，磷肥的有效性以及當(dāng)季利用率比較低也是重要的影響因素。

中微量元素參與調(diào)節(jié)光合作用產(chǎn)物合成、代謝和運(yùn)輸，進(jìn)而影響煙株生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)質(zhì)量，對(duì)煙株煙堿含量也有很大的影響。Si是植物體組成的重要營(yíng)養(yǎng)元素，具有提高植物光合效率，促進(jìn)N,P和K等必需營(yíng)養(yǎng)元素吸收和抑制有害重金屬元素吸收，增強(qiáng)植物抗寒、抗病和抗蟲(chóng)的能力［24-26］。本研究顯示，提高上部煙葉Si含量可降低煙堿含量，原因在于Si能促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)，增加葉面積，因而對(duì)煙堿有稀釋效應(yīng)。劉光亮等［26］認(rèn)為，葉面噴施水溶性硅肥有降低煙葉煙堿含量的趨勢(shì)；這與本研究的結(jié)果是一致的。Ca對(duì)細(xì)胞膜構(gòu)成和滲透性起著重要作用，缺Ca通常造成膜結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致可擴(kuò)散的化合物難于保持在細(xì)胞內(nèi)［27］。前述分析結(jié)果表明，Ca對(duì)煙堿含量起負(fù)效應(yīng)作用，可能是提高Ca含量，增加了細(xì)胞膜滲透性，不利于細(xì)胞內(nèi)煙堿的積累。

B能促進(jìn)煙堿形成，對(duì)煙葉煙堿含量做正效應(yīng)貢獻(xiàn)。胡國(guó)松等［28］認(rèn)為輕度缺B時(shí)，煙堿含量降低；潘文杰等［29］研究表明煙葉含B量與煙堿含量呈顯著正相關(guān)；支持了本文的觀點(diǎn)。嚴(yán)重缺B時(shí)，煙株葉片較少，煙葉中煙堿大量增加［30］，在生產(chǎn)中應(yīng)注意硼的適量施用，將煙堿含量控制在適宜范圍。Cu是一些氧化酶的輔基，對(duì)光合作用有重大影響，煙葉缺Cu時(shí)，總氮、蛋白氮和煙堿含量增加，糖類含量降低。提高Cu含量有利于降低上部和下部煙葉的煙堿含量。王廣山等［31］研究表明，過(guò)量的Cu會(huì)使煙堿含量降低；與本研究結(jié)果基本吻合。齊群鋼等［32］研究認(rèn)為，煙株缺Fe煙堿含量降低，缺Zn煙堿含量增加。本研究表明，降低Fe含量有利于降低中部葉的煙堿含量，提高Zn含量將導(dǎo)致下部葉煙堿含量下降。Mo是硝酸還原酶和固氮酶的組成成分，對(duì)氮代謝具有重要影響。Mo對(duì)中部葉煙堿含量影響較大，做負(fù)效應(yīng)貢獻(xiàn)，可能是缺Mo時(shí)，硝態(tài)氮吸收增加，從而引起煙堿增加。招啟柏[33]認(rèn)為過(guò)量的鉬使煙堿含量增加。因此，通過(guò)提高M(jìn)o含量來(lái)實(shí)現(xiàn)降低煙葉煙堿的目標(biāo)時(shí)，必須要掌握好一個(gè)尺度。

適宜的煙堿含量是優(yōu)質(zhì)低害煙葉生產(chǎn)所追求的目標(biāo)，也是擺在煙草科技工作者面前的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。中微量元素雖然含量較少，但其對(duì)煙堿的產(chǎn)生有不可替代的作用［28］。調(diào)控?zé)熑~中微量元素含量是實(shí)現(xiàn)降低煙葉煙堿目標(biāo)的重要農(nóng)藝措施，但不同部位煙葉調(diào)節(jié)的措施和目標(biāo)應(yīng)各有側(cè)重，上部葉提高Si,Ca和Cu含量是主攻目標(biāo)；中部葉降低B和Fe含量，提高M(jìn)o含量是中心措施；下部葉降低B含量，提高Zn和Cu含量是重點(diǎn)措施。通過(guò)前期中微量肥料施用與后期葉面噴施，使煙葉的中微量元素含量適宜并協(xié)調(diào)均衡，生產(chǎn)出煙堿含量適合卷煙工業(yè)需要的優(yōu)質(zhì)煙葉，是煙葉生產(chǎn)管理與科研部門(mén)需要解決的一項(xiàng)重要課題。

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