增強(qiáng)UV-B輻射對(duì)烤煙主要香氣前體物及化學(xué)成分的影響

李鵬飛，周冀衡，羅華元，張建平，黃勇，湯浪濤，陳初，孔寧川

1.云南瑞升煙草技術(shù)(集團(tuán))有限公司，昆明市高新區(qū)海源北路1699號(hào)650106

2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草科學(xué)與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙市芙蓉區(qū)農(nóng)大路1號(hào)410128

3.紅云紅河煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司采購(gòu)中心，昆明市北市區(qū)紅錦路181號(hào)650202

4.上海煙草(集團(tuán))公司技術(shù)中心，上海市楊浦區(qū)長(zhǎng)陽(yáng)路717號(hào)200082

不同地區(qū)和生態(tài)環(huán)境下生產(chǎn)的烤煙香氣風(fēng)格和品質(zhì)存在較大的差異，生態(tài)環(huán)境對(duì)烤煙香氣前體物、揮發(fā)性香氣物質(zhì)影響方面現(xiàn)已有較多報(bào)道[1-5]，生態(tài)環(huán)境對(duì)烤煙香氣及品質(zhì)形成的重要性已越來(lái)越被人們所關(guān)注。生態(tài)因子中光因素對(duì)烤煙的香氣風(fēng)格及煙葉品質(zhì)形成有至關(guān)重要的作用，尤其是UV-B(波長(zhǎng)為280～320 nm)，而對(duì)于烤煙香氣風(fēng)格形成和致香物質(zhì)積累的原因尚不明確，因此研究UV-B對(duì)烤煙致香物質(zhì)和品質(zhì)成分的影響尤為重要。UV-B對(duì)水稻、番茄、大豆、玉米、小麥、葡萄等作物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量、生理及生化影響等方面有了較多的報(bào)道[6-13]。國(guó)內(nèi)有部分學(xué)者研究了光照強(qiáng)度對(duì)烤煙揮發(fā)性香氣和化學(xué)成分的影響[14-15]，而關(guān)于紫外線對(duì)烤煙香氣、品質(zhì)的影響報(bào)道較少。為此，研究了紫外光與烤煙致香物質(zhì)的關(guān)系，旨在為透析特色優(yōu)質(zhì)煙葉香氣風(fēng)格形成機(jī)理提供依據(jù)，為指導(dǎo)特色優(yōu)質(zhì)煙葉區(qū)域定位和產(chǎn)區(qū)布局提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料

1.1.1 材料培養(yǎng)

采用盆栽試驗(yàn)，供試烤煙品種為K326，塑料盆(高40 cm，直徑30 cm)栽培，盆栽土壤為紅壤，每盆裝風(fēng)干后土壤約15 kg，行株距為1.2 m×0.5 m，每盆植煙1株，種植于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)智能溫室大棚內(nèi)，4月16日移栽，7月5日打頂。按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行栽培管理。

1.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于打頂后第4天開(kāi)始輻射處理，處理時(shí)間共10d，在智能溫室大棚內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理(含1個(gè)對(duì)照)，每處理10株，重復(fù)3次。處理方法采用紫外燈管(中國(guó)電光源研究所研制，15 W，308 nm)平行懸掛于植株上方，燈管用0.13 mm醋酸纖維素膜過(guò)濾以除去280 nm以下波長(zhǎng)紫外線的影響，調(diào)整紫外燈管與煙株的距離，在環(huán)境光照基礎(chǔ)上增加UV-B輻照。輻射劑量設(shè)定依據(jù)文獻(xiàn)[14-21]，于每天17∶00～17∶30輻射0.5 h(該時(shí)間段自然光照強(qiáng)度已較弱，此時(shí)增加UV-B受環(huán)境光照影響較少)，連續(xù)處理10 d。處理方法:對(duì)照(CK):+0.00 W/m2UV-B(環(huán)境UV-B強(qiáng)度1.26W/m2);處理A:+0.55 W/m2UV-B;處理B:+1.85 W/m2UV-B;處理C:+3.25 W/m2UV-B[UV-B輻射強(qiáng)度經(jīng)Cadwell[22]公式(UV-BBE=140.2×讀數(shù)-4.283)轉(zhuǎn)換為生物有效輻射]。

1.1.3 取樣及樣品制備方法

分別于處理結(jié)束時(shí)取樣，取各處理煙株上部3～4片、中部9～10片。所取葉片，每片剪取一半立即置于真空冷凍干燥儀下干燥，之后用120目高速粉碎機(jī)粉碎，用塑料樣品袋密封置于干燥器內(nèi)保存，用于香氣前體物的測(cè)定;另一半煙葉置于烘箱中于105℃下殺青15 min，45℃烘干，用120目高速粉碎機(jī)粉碎，用塑料樣品袋密封置于干燥器內(nèi)保存，用于常規(guī)化學(xué)成分的測(cè)定。

1.2 分析方法

1.2.1 多酚含量

依據(jù)楊虹琦[23]的方法，稱取3.0 g冷凍干燥樣，放入碾缽中用少量甲醇碾磨后置于圓底燒瓶中，加入30 mL甲醇，水浴加熱回流2 h，過(guò)濾后用甲醇定容至50 mL，吸取供試液20 μL注入液相色譜儀，外標(biāo)法定量。儀器:美國(guó)Dionex Summit HPLC，170U可見(jiàn)-紫外檢測(cè)器;色譜柱為Diamonsil-ODS-C18(5 μm，250 mm×4.6 mm i.d.);流動(dòng)相為甲醇A與0.05 mol·L-1磷酸二氫鉀水溶液B，梯度洗脫。程序:10%A+90%B(10 min)→80%A+20%B(5 min)→10%A+90%B(10 min)，流速1 mL·min-1;檢測(cè)波長(zhǎng)326 nm。綠原酸標(biāo)準(zhǔn)品為Sigma公司產(chǎn)品(純度大于95%)，蕓香苷標(biāo)準(zhǔn)品為Fluka公司產(chǎn)品(純度大于90%)。

1.2.2 類胡蘿卜素含量

依據(jù)楊虹琦[24]的方法，準(zhǔn)確稱取樣品1.0 g冷凍干燥樣，剪碎置于碾缽，加入丙酮:乙酸乙酯(2∶1)10 mL和0.1 mL 0.01%二丁基羥基甲苯(BHT)，反復(fù)碾磨3次，轉(zhuǎn)入100 mL帶塞三角瓶超聲15 min，布氏漏斗抽濾后定容至50 mL，低溫、避光保存?zhèn)溆?。分析儀器同上;進(jìn)樣量20 μL，流動(dòng)相A為乙酸乙酯，B為90%乙腈;采用梯度洗脫，流速0.6 mL·min-1;檢測(cè)波長(zhǎng)為450 nm;用外標(biāo)法測(cè)定β-類胡蘿卜素和葉黃素含量。

1.2.3 葉綠素和常規(guī)化學(xué)成分

依照Arnon[25]的方法測(cè)定煙葉葉綠素含量。參照肖協(xié)忠[26]的方法測(cè)定樣品中總氮、煙堿、水溶性總糖、還原糖和鉀。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 增強(qiáng)UV-B輻照對(duì)烤煙葉綠素含量的影響

不同強(qiáng)度UV-B輻射烤煙后煙葉葉綠素含量見(jiàn)表1。由表1可知，在紫外輻射10 d后，各處理煙葉葉綠素含量變化較大，部位間的變化趨勢(shì)也不一致。方差分析可知，3個(gè)處理上部葉和中部葉的葉綠素含量與對(duì)照間差異均達(dá)到極顯著水平。上部葉在不同的UV-B輻射10 d后煙葉葉綠素a和葉綠素b含量均低于對(duì)照，+3.25 W/m2的處理煙葉總?cè)~綠素含量降低幅度最大達(dá)58.10%，其次為+1.85 W/m2的處理較小，+0.55 W/m2的處理降幅最小為10.98%。這表明增加UV-B強(qiáng)度會(huì)較嚴(yán)重地傷害烤煙上部葉，造成葉綠素含量急劇下降，隨著UV-B強(qiáng)度增大上部葉葉綠素呈曲線下降(見(jiàn)圖1)，葉綠素a與葉綠素b的降低幅度相差不大。3個(gè)處理的中部葉受UV-B輻射10 d后葉綠素含量與上部葉變化情況不同，葉綠素a和葉綠素b含量比對(duì)照大幅度升高，總?cè)~綠素含量按升高幅度排序?yàn)?+1.85 W/m2處理＞+3.25 W/m2處理＞+0.55 W/m2處理，并且葉綠素b的升高幅度大于葉綠素a，這表明增強(qiáng)UV-B能促進(jìn)烤煙中部葉的葉綠素合成，隨著UV-B強(qiáng)度的增加，煙葉葉綠素含量呈先升高后降低的曲線變化趨勢(shì)，且UV-B處理更有利于促進(jìn)中部葉葉綠素b的合成。

2.2 增強(qiáng)UV-B輻照對(duì)烤煙類胡蘿卜素含量的影響

不同強(qiáng)度UV-B輻射烤煙10 d后煙葉葉綠素含量見(jiàn)表2。從表2中可知，UV-B輻射10 d后，3個(gè)處理上部葉β-類胡蘿卜素和葉黃素含量降低，而中部葉β-類胡蘿卜素和葉黃素含量均升高。方差分析發(fā)現(xiàn)+0.55 W/m2處理與對(duì)照的總類胡蘿卜素含量差異不明顯，+1.85 W/m2和+3.25 W/m2處理與對(duì)照的差異達(dá)極顯著水平。從所有處理的上部葉來(lái)看，對(duì)照的總類胡蘿卜素含量最高，3個(gè)處理比對(duì)照的總類胡蘿卜素含量降低幅度分別為:33.07%，6.67%，2.40%，這表明對(duì)成熟期烤煙上部葉增強(qiáng)UV-B處理會(huì)抑制類胡蘿卜素的合成，隨UV-B強(qiáng)度的增強(qiáng)類胡蘿卜素呈曲線下降趨勢(shì)(見(jiàn)圖2)，較低UV-B強(qiáng)度時(shí)對(duì)葉黃素和β-類胡蘿卜素抑制作用較小，β-類胡蘿卜素受UV-B抑制影響大于葉黃素。從中部葉來(lái)看，類胡蘿卜素含量由高到低為:+1.85 W/m2處理＞+0.55 W/m2處理＞+3.25 W/m2處理＞對(duì)照，這表明對(duì)成熟期烤煙中部葉施加UV-B能促進(jìn)類胡蘿卜素的合成，隨著UV-B強(qiáng)度的增強(qiáng)類胡蘿卜素呈曲線下降趨勢(shì)，強(qiáng)度較低對(duì)促進(jìn)β-類胡蘿卜素升高影響較大，強(qiáng)度較高時(shí)對(duì)促進(jìn)葉黃素升高影響較大。

圖1 UV-B輻照烤煙葉綠素含量的變化

2.2 增強(qiáng)UV-B輻照對(duì)烤煙多酚類物質(zhì)含量的影響

不同強(qiáng)度UV-B輻射10 d后烤煙葉內(nèi)綠原酸、蕓香苷含量變化見(jiàn)表3。由表3可知，上部葉的綠原酸和蕓香苷在UV-B輻照10 d后含量升高，而中部葉的綠原酸和蕓香苷則下降。方差分析表明，上部葉綠原酸和蕓香苷含量比對(duì)照顯著升高，且升高的幅度為+3.25W/m2處理＞1.85 W/m2處理＞+0.55 W/m2處理，這表明對(duì)成熟期烤煙上部葉增加UV-B輻射能促進(jìn)煙葉多酚含量的升高，增幅與UV-B強(qiáng)度成正比，隨著UV-B強(qiáng)度的增大，煙葉多酚含量呈曲線上升趨勢(shì)(見(jiàn)圖3)，蕓香苷上升的幅度大于綠原酸。而中部葉的綠原酸和蕓香苷含量在UV-B輻射10 d后則有較大幅度的下降，下降幅度與UVB強(qiáng)度成正比，隨著UV-B強(qiáng)度增大，煙葉多酚含量呈曲線下降趨勢(shì)，綠原酸比蕓香苷下降的幅度大，表明烤煙中部葉多酚合成更易受UV-B的抑制影響。

圖2 增強(qiáng)UV-B輻照烤煙類胡蘿卜素含量的變化

表2 增強(qiáng)UV-B輻照對(duì)烤煙類胡蘿卜素含量的影響

表3 增強(qiáng)UV-B輻照對(duì)烤煙煙葉多酚含量的影響

2.3 增強(qiáng)UV-B輻照對(duì)烤煙主要化學(xué)成分的影響

2.3.1 增強(qiáng)UV-B輻照對(duì)烤煙總氮、蛋白質(zhì)和煙堿含量的影響

UV-B輻射后烤煙總氮、蛋白質(zhì)和煙堿含量見(jiàn)表4。從表4中可以看出，不同強(qiáng)度的UV-B使上部葉處理的總氮、蛋白質(zhì)、煙堿含量極顯著低于對(duì)照，這表明增強(qiáng)UV-B會(huì)抑制烤煙上部葉總氮、蛋白質(zhì)、煙堿的合成。隨著UVB強(qiáng)度增大煙葉總氮、蛋白質(zhì)、煙堿呈曲線下降趨勢(shì)，UVB強(qiáng)度越大總氮、蛋白質(zhì)和煙堿下降幅度越大。從中部葉的總氮、蛋白質(zhì)、煙堿含量來(lái)看，變化情況與上部葉不同，中部葉受UV-B增強(qiáng)的影響煙堿含量比對(duì)照升高，+0.55 W/m2和+1.85 W/m2處理的總氮和蛋白質(zhì)與對(duì)照差異不明顯，+3.25W/m2處理顯著高于對(duì)照，隨著UV-B

強(qiáng)度增大，中部葉總氮、蛋白質(zhì)和煙堿的含量都呈曲線上升趨勢(shì)，UV-B強(qiáng)度較小時(shí)其影響不大。

2.3.2 增強(qiáng)UV-B輻照對(duì)烤煙總糖和還原糖含量的影響

圖3 增強(qiáng)UV-B輻照烤煙多酚類物質(zhì)含量的變化

表4 增強(qiáng)UV-B輻照對(duì)烤煙總氮、蛋白質(zhì)和煙堿含量的影響

表5 增強(qiáng)UV-B輻照對(duì)烤煙總糖、還原糖和鉀含量的影響

不同強(qiáng)度UV-B輻射烤煙煙葉可溶性總糖和還原糖的含量見(jiàn)表5。由表5可知，成熟期烤煙總糖和還原糖在UV-B輻射10 d后含量下降。從各處理的上部葉來(lái)看，3個(gè)處理總糖和還原糖含量比對(duì)照顯著降低，隨著UV-B強(qiáng)度的增加，上部葉總糖和還原糖含量都呈曲線下降，可溶性總糖的下降幅度大于還原糖，兩糖受UV-B影響的下降幅度與強(qiáng)度成正比。從各處理的中部葉來(lái)看，與上部葉一致，也表現(xiàn)為處理比對(duì)照的含量顯著降低，隨著UV-B強(qiáng)度的增加，中部葉總糖和還原糖都呈曲線下降趨勢(shì)，還原糖下降幅度大于可溶性總糖，在+0.55 W/m2UV-B之上再增加強(qiáng)度對(duì)可溶性總糖和還原糖的降幅影響不大。

2.3.3 增強(qiáng)UV-B輻照對(duì)烤煙鉀含量的影響

不同強(qiáng)度UV-B輻射烤煙煙葉鉀含量見(jiàn)表5。由表可知，成熟期烤煙在UV-B輻射10 d后，方差分析表明，各處理上部葉的鉀含量比對(duì)照都有所升高，上部葉各處理與對(duì)照的鉀含量差異極顯著，中部葉+3.25 W/m2處理與對(duì)照的鉀含量差異不明顯。隨著UV-B強(qiáng)度的增加，上、中部葉鉀含量均呈曲線上升趨勢(shì)，增加UV-B強(qiáng)度越低時(shí)鉀含量升高幅度越大。

3 結(jié)論與討論

增強(qiáng)UV-B輻照會(huì)抑制烤煙上部葉的葉綠素和類胡蘿卜素合成，隨著UV-B強(qiáng)度增大上部葉葉綠素和類胡蘿卜素含量呈逐漸下降趨勢(shì)，增加UV-B輻照能促進(jìn)烤煙中部葉葉綠素和類胡蘿卜素的合成，隨著UV-B強(qiáng)度的增加，煙葉葉綠素和類胡蘿卜素呈曲線變化趨勢(shì)。這與薛慧君[27]的研究，增強(qiáng)紫外-B輻射反枝莧其葉綠素、類胡蘿卜素含量降低，葉片紫外吸收物質(zhì)含量增加的結(jié)果一致。但與蔣霞敏的研究結(jié)果不同，蔣霞敏[28]用不同劑量的紫外線輻射雨生紅球藻，輻射后細(xì)胞葉綠素和類胡蘿卜素含量增加，隨著輻射時(shí)間的延長(zhǎng)而加大。原因可能是由于增加UV-B對(duì)上部煙葉葉綠體結(jié)構(gòu)造成破壞影響了質(zhì)體色素的合成，也可能是UV-B增強(qiáng)導(dǎo)致色素的光降解速度加快，質(zhì)體色素分解過(guò)多所致。

對(duì)成熟期烤煙上部葉施加UV-B能促進(jìn)煙葉多酚含量的提高，增幅與UV-B強(qiáng)度成正比，但會(huì)抑制中部葉的綠原酸和蕓香苷的合成，且降幅與UV-B強(qiáng)度成正比，隨著UV-B強(qiáng)度增加煙葉多酚含量呈曲線下降趨勢(shì)。與黃勇[33]的研究結(jié)果部分一致，因?yàn)橹参锉韺蛹耙号輧?nèi)所富集的大量酚類次生代謝產(chǎn)物(如類黃酮、苯丙烷類衍生物等)能吸收UV-B，引起類黃酮合成途徑的苯丙氨酸裂解酶和查爾酮合成酶以及其他分支點(diǎn)的酶積累或活性加強(qiáng)[30]，但是該試驗(yàn)表明增強(qiáng)UV-B對(duì)中部葉的多酚類物質(zhì)合成代謝有不利影響，與Zucker[32]的研究結(jié)果一致，這可能與中部葉受到的UV-B強(qiáng)度弱于上部葉，多酚氧化酶和過(guò)氧化物酶含量升高，導(dǎo)致多酚氧化分解所致。

增強(qiáng)UV-B使上部和中部煙葉總糖和還原糖含量降低，隨著UV-B強(qiáng)度的增加，上、中部葉總糖和還原糖含量都呈曲線下降趨勢(shì)，中部葉在+0.50 W/m2UV-B之上再增加強(qiáng)度對(duì)可溶性總糖和還原糖的降幅影響不大。這與黃勇[34]研究結(jié)果一致。但Zu Yanqun[35]發(fā)現(xiàn)小麥品種的小麥籽粒品質(zhì)對(duì)UV-B輻射的響應(yīng)中有7個(gè)品種總糖和粗淀粉下降，3個(gè)品種上升，另外UV-B輻射可降低番茄、甘藍(lán)中葡萄糖、蔗糖、淀粉的含量，而使甜菜根中蔗糖含量上升[36]，可能UV-B輻射對(duì)碳水化合物的影響在作物種類和品種間有一定的差異性。另外，增強(qiáng)UV-B對(duì)烤煙上部葉總氮、蛋白質(zhì)、煙堿的合成不利，隨著UV-B強(qiáng)度增大呈曲線下降趨勢(shì)，UV-B增強(qiáng)對(duì)中部葉總氮、蛋白質(zhì)、煙堿合成有利，隨著UV-B強(qiáng)度的增大，總氮、蛋白質(zhì)、煙堿的含量都呈曲線上升趨勢(shì)，UV-B強(qiáng)度較低時(shí)促進(jìn)作用較小。原因可能是UV-B對(duì)總氮和煙堿的影響主要是通過(guò)氮代謝和煙堿合成中酶蛋白的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，UV-B抑制了蛋白質(zhì)的合成，降低了總氮中蛋白質(zhì)和氨基酸的含量，另外抑制了煙堿合成中的關(guān)鍵酶，從而導(dǎo)致上部葉總氮和煙堿含量的降低，但是中部葉總氮、蛋白質(zhì)和煙堿含量卻隨著UV-B增強(qiáng)而提高，可能是中部葉受到UV-B輻照強(qiáng)度較弱，對(duì)其合成起到刺激作用，具體原因還有待深入研究。UV-B增強(qiáng)導(dǎo)致上、中部葉的鉀含量升高，隨著UV-B強(qiáng)度的增加，上、中部葉鉀含量均呈曲線上升。原因可能是鉀能調(diào)節(jié)氣孔開(kāi)放、改善煙草次生代謝，逆境導(dǎo)致了鉀素在煙葉的迅速積累，也可能是由于UV-B導(dǎo)致更多的酶活化需要鉀量更多所致。

本試驗(yàn)增強(qiáng)UV-B對(duì)于烤煙香氣前體物和化學(xué)成分的影響只限于煙株成熟初期，UV-B對(duì)于烤后煙葉香氣成分組成及含量、外觀與內(nèi)在品質(zhì)的影響還有待進(jìn)一步研究。由于烤煙的主要香氣前體物及化學(xué)成分與UV-B強(qiáng)度密切相關(guān)，適當(dāng)增強(qiáng)UV-B有利于烤煙中部葉香氣品質(zhì)的提高。因此，烤煙種植應(yīng)選擇適宜特色優(yōu)質(zhì)烤煙生長(zhǎng)的生態(tài)區(qū)域。

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