貴州中部山區(qū)生態(tài)因子與烤煙生物堿含量及組分的相關(guān)分析

梁 盟，王程棟，宋文靜，孟 霖，朱 海，師利艷，徐宜民*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所，青島 266101；2.中國農(nóng)業(yè)科學院研究生院，北京 100081；3.湖北省煙草公司竹山縣煙葉分公司，湖北 十堰 442000）

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貴州中部山區(qū)生態(tài)因子與烤煙生物堿含量及組分的相關(guān)分析

梁 盟1，2，王程棟1，宋文靜1，孟 霖1，朱 海1，2，師利艷3，徐宜民1*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所，青島 266101；2.中國農(nóng)業(yè)科學院研究生院，北京 100081；3.湖北省煙草公司竹山縣煙葉分公司，湖北 十堰 442000）

摘 要：為分析貴州中部山區(qū)烤煙生物堿含量積累特點以及與生態(tài)因子的關(guān)系，以貴州中部山區(qū) 25份土壤樣品和對應(yīng)的C3F初烤煙葉樣品為材料，采用氣相色譜法測定煙葉中煙堿、降煙堿、麥斯明、假木賊堿、新煙草堿5種生物堿含量，分析生態(tài)因子與煙葉生物堿含量間的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明，貴州中部山區(qū)煙葉煙堿含量為2.83%，各生物堿含量依次為煙堿＞新煙草堿＞降煙堿＞假木賊堿＞麥斯明；降水量、空氣濕度、氣溫及晝夜溫差對煙葉生物堿含量的影響較大，而地溫、日照時數(shù)對其的影響不明顯；從生物堿含量來看，假木賊堿、新煙草堿含量受降水量和晝夜溫差的影響程度較大；各生物堿組分含量均隨著土壤堿解氮含量的升高而增高，煙堿和假木賊堿含量與土壤pH呈正效應(yīng)，麥斯明含量與有效鉀呈負效應(yīng)。貴州中部山區(qū)烤煙生物堿含量受降水量、空氣濕度、氣溫、晝夜溫差以及土壤堿解氮含量的影響較大。

關(guān)鍵詞：貴州中部山區(qū)；烤煙；生態(tài)因子；生物堿含量；組分

煙草生物堿是煙草中最重要的一組化學成分，包括煙堿、降煙堿、麥斯明、假木賊堿和新煙草堿5種成分，其中煙堿含量最高，約占生物堿總量的90%以上，各組分對煙草制品的內(nèi)在品質(zhì)和可用性均有重要影響［1-2］。煙堿能提供卷煙抽吸時的刺激性和勁頭，對人類神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生先興奮后麻痹的作用［3］；煙堿向降煙堿的轉(zhuǎn)化可直接導致煙葉中有害成分含量的增加和吸食品質(zhì)的下降［4］。Roberts等［5］發(fā)現(xiàn)，隨著降煙堿、假木賊堿和新煙草堿含量的增加，煙氣的刺激性明顯增強，其中降煙堿在熱解過程中會產(chǎn)生麥斯明及吡啶類化合物，使煙氣具有一種鼠臭味，嚴重影響煙葉的吸食品質(zhì)［6］。

氣候和土壤作為重要的生態(tài)因素［7］，科技工作者就其與烤煙化學成分含量的關(guān)系進行了諸多研究。張波等［8］分析涼山煙區(qū)主要氣象因子與煙葉化學成分含量的關(guān)系認為，氣象因子對總糖、還原糖、總植物堿含量影響最大；石俊雄等［9］研究生態(tài)因子對貴州煙葉主要化學成分的影響發(fā)現(xiàn)，6月的日照時數(shù)、7月的降水量和氣溫以及硝態(tài)氮含量對煙堿含量的影響較大；彭新輝等［10］對湖南不同烤煙產(chǎn)區(qū)煙葉煙堿含量差異的生態(tài)原因分析結(jié)果表明，氣候是導致湖南不同煙區(qū)煙葉煙堿含量差異的主要生態(tài)因素。陳偉等［11］對烤煙煙堿含量與土壤養(yǎng)分的關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，土壤堿解氮、pH對煙堿含量的影響最大。由于煙草中煙堿占總生物堿比例較大，人們研究煙草煙堿或生物堿時一般都是泛指總生物堿含量［1］，很少涉及生物堿組分，又鑒于生物堿組分檢測條件的限制以及受環(huán)境因素影響的復雜性，在眾多研究中，未有生態(tài)因子對烤煙生物堿含量及組分的影響研究。本文對貴州中部山區(qū)生態(tài)因子與烤煙各生物堿組分含量間的相關(guān)性進行研究，在獲得該區(qū)域生物堿含量積累及其與生態(tài)因子關(guān)系的同時，期望為該區(qū)域烤煙質(zhì)量改進和生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)化提供參考。

1　材料與方法

1.1 研究區(qū)域

貴州中部山區(qū)位于云貴高原東部，分布在北緯25°35'～27°13'，東經(jīng)105°33'～108°12'，平均海拔為850～1400 m，為喀斯特低山丘陵地貌，年平均溫度高于13 ℃，降水量1200 mm左右。本研究選取貴州中部山區(qū)貴定、開陽、西秀、凱里、余慶5個傳統(tǒng)植煙縣（市）為代表性取樣點。

1.2 土壤樣品獲取

土壤樣品取樣統(tǒng)一在移栽施肥前7～10 d完成，采用隨機多點法采集耕層土壤樣品，各點土樣充分混勻，以四分法選取2 kg土樣，研磨過100目篩，供土壤指標測定。

1.3 煙葉樣品采集

按照土壤與煙葉相對應(yīng)原則，在采集土壤取樣點，采收C3F初烤煙葉樣品，每個縣5份，共25份，每份取樣量為5 kg，品種主要為K326和云煙87。

1.4 氣象數(shù)據(jù)獲取

各植煙縣2011年氣象數(shù)據(jù)來源于國家氣象中心，根據(jù)獲取的旬平均值數(shù)據(jù)計算氣溫、地溫、晝夜溫差、相對濕度在各生育期均值，將生育期劃分為伸根期（移栽-團棵）、旺長期（團棵-開花）、成熟期（開花-中部葉采收），并按照生育期計算降水量及日照時數(shù)的累積值。

1.5 樣品測定方法

土壤養(yǎng)分測定內(nèi)容包括：pH、全氮、堿解氮、有效鉀、有效磷、氯離子，共6項，按照鮑士旦的方法測定［12］，煙葉生物堿組分含量測定參照王麗麗等［4］提供的方法。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用 SAS9.2統(tǒng)計分析軟件對檢測數(shù)據(jù)進行基本統(tǒng)計分析、典型相關(guān)分析和逐步回歸分析。

2　結(jié)果

2.1 煙葉生物堿含量分析

由表1看出，煙堿、降煙堿及麥斯明平均含量分別為2.83%、0.67 mg/g、0.0044 mg/g，其變異系數(shù)均大于17%，說明煙堿、降煙堿及麥斯明空間變異較大；假木賊堿、新煙草堿平均含量分別為0.17、0.80 mg/g，其變異系數(shù)均小于15%，說明假木賊堿和新煙草堿空間變異較小，其中新煙草堿在5種生物堿中空間變異最小。各生物堿含量由高至低依次為：煙堿＞新煙草堿＞降煙堿＞假木賊堿＞麥斯明。

表1　貴州中部山區(qū)煙葉生物堿含量Table 1 Alkaloid contents of the cutters tobacco in the central region of Guizhou Province

2.2 氣象因子與煙葉生物堿含量典型相關(guān)分析

為研究氣象因子與煙葉生物堿含量間的相關(guān)關(guān)系，將煙葉中各生物堿含量作為一組變量，所有氣象因子作為另一組變量，分析了兩組變量間的典型相關(guān)關(guān)系。其中氣象因子又分為各生育時期（伸根期、旺長期、成熟期）地溫、氣溫、晝夜溫差、降水量、空氣濕度及日照時數(shù)6個變量組。結(jié)果表明（表2），各生育時期地溫和日照時數(shù)與煙葉生物堿含量的典型相關(guān)系數(shù)均未達到顯著水平，不存在顯著的典型相關(guān)關(guān)系。

2.2.1 降水量與煙葉生物堿含量的典型相關(guān)分析各生育時期降水量與煙葉生物堿含量的相關(guān)分析結(jié)果（表3）顯示，第1對典型變量的相關(guān)系數(shù)達到了顯著水平（P＜0.05），累計方差貢獻率為72.00%，說明降水與煙葉生物堿含量之間存在顯著的典型相關(guān)關(guān)系。從典型變量構(gòu)成的線性表達式可以看出，第1對典型變量中旺長期降水量（J2）、假木賊堿含量（S4）、新煙草堿含量（S5）的載荷量相對較大，主要反映了旺長期降水量與假木賊堿含量的負相關(guān)，與新煙草堿含量的正相關(guān)關(guān)系。

表2　地溫、日照時數(shù)與煙葉生物堿含量的典型相關(guān)關(guān)系Table 2 Canonical correlation analysis between the ground temperature and sunshine time and alkaloid content of fluecured tobacco leaves

2.2.2 空氣濕度與煙葉生物堿含量的典型相關(guān)分析 各生育時期空氣濕度與煙葉生物堿含量的相關(guān)關(guān)系見表4，第1對典型相關(guān)系數(shù)達極顯著水平（P＜0.01），累計方差貢獻率為63.84%。從構(gòu)成典型變量的線性表達式可以看出，第1對典型變量中伸根期空氣濕度（K1）、旺長期空氣濕度（K2）、煙堿含量（S1）、假木賊堿含量（S4）的載荷量相對較大，主要反映了伸根期空氣濕度與煙堿含量的正相關(guān)，與假木賊堿含量的負相關(guān)；旺長期空氣濕度與煙堿含量的負相關(guān)，與假木賊堿含量的正相關(guān)關(guān)系。

2.2.3 氣溫與煙葉生物堿含量的典型相關(guān)分析各生育時期氣溫與煙葉生物堿含量的第1對典型變量的相關(guān)系數(shù)達顯著水平（P＜0.05），累計方差貢獻率為55.07%，說明氣溫與煙葉生物堿含量之間存在顯著的典型相關(guān)關(guān)系。從典型變量構(gòu)成的線性表達式可以看出，第1對典型變量中伸根期氣溫（Q1）、旺長期氣溫（Q2）、降煙堿含量（S2）、麥斯明含量（S3）的載荷量相對較大，主要反映了伸根期氣溫與降煙堿含量的負相關(guān)，與麥斯明含量的正相關(guān)關(guān)系；旺長期氣溫與降煙堿含量的正相關(guān)，與麥斯明含量的負相關(guān)關(guān)系（表5）。

表3　降水量與煙葉生物堿含量的典型相關(guān)關(guān)系Table 3 Canonical correlation analysis between the precipitation and alkaloid content of flue-cured tobacco leaves

2.2.4 晝夜溫差與煙葉生物堿含量的典型相關(guān)分析 由表6可知，第1對典型相關(guān)系數(shù)達極顯著水平（P＜0.01），累計方差貢獻率為82.67%。從構(gòu)成典型變量的線性表達式可以看出，第1對典型變量中伸根期晝夜溫差（Z1）、成熟期晝夜溫差（Z3）、假木賊堿含量（S4）、新煙草堿含量（S5）的載荷量相對較大，主要反映了伸根期晝夜溫差與假木賊堿含量的負相關(guān)，與新煙草堿含量的正相關(guān)；成熟期晝夜溫差與假木賊堿含量的正相關(guān)，與新煙草堿含量的負相關(guān)關(guān)系。

2.3 土壤因子與煙葉生物堿含量逐步回歸分析

將土壤各養(yǎng)分pH（X1）、全氮（X2）、堿解氮（X3）、有效鉀（X4）、有效磷（X5）、氯離子（X6）作為自變量，煙葉煙堿（Y1）、降煙堿（Y2）、麥斯明（Y3）、假木賊堿（Y4）、新煙草堿（Y5）作為因變量，進行逐步回歸分析。

表7表明，煙堿和假木賊堿含量主要受土壤pH、堿解氮含量的影響，且均與兩者呈正相關(guān)關(guān)系；降煙堿含量主要受土壤堿解氮含量的影響，隨著堿解氮含量的升高，降煙堿含量增高；麥斯明含量主要受土壤堿解氮、有效鉀含量的影響，且與堿解氮呈正相關(guān)關(guān)系，與有效鉀呈負相關(guān)關(guān)系；新煙草堿含量主要受土壤全氮、堿解氮含量的影響，但新煙草堿含量隨著全氮含量的升高而降低，隨著堿解氮含量的升高而增高。

3　討論

表5　氣溫與煙葉生物堿含量的典型相關(guān)關(guān)系Table 5 Canonical correlation analysis between air temperature and alkaloid content of flue-cured tobacco leaves

表6　晝夜溫差與煙葉生物堿含量的典型相關(guān)關(guān)系Table 6 Canonical correlation analysis between diurnal temperature and alkaloid content of flue-cured tobacco leaves

表7　土壤養(yǎng)分與煙葉生物堿含量的逐步回歸分析Table 7 Stepwise regression analysis between soil nutrient and alkaloid content of flue-cured tobacco leaves

貴州中部山區(qū)煙葉中煙堿、降煙堿、麥斯明、假木賊堿和新煙草堿平均含量分別為2.83%、0.67 mg/g、0.0044 mg/g、0.17 mg/g、0.80 mg/g，其中煙堿含量符合人們公認的優(yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)要求的烤煙煙堿含量（1.5%～3.5%）［3］；主要生物堿含量排列順序為煙堿＞新煙草堿＞降煙堿＞假木賊堿＞麥斯明，這一結(jié)果與程森等［13］對我國9個省烤煙煙葉樣品和進口煙葉樣品的研究結(jié)果一致，也與高志強等［14］、陳衛(wèi)國等［15］對湖南主產(chǎn)區(qū)煙葉樣品的研究結(jié)果一致；但史宏志等［2］、廉蕓蕓等［16］認為，煙葉降煙堿含量大于新煙草堿。造成這一差異的主要原因可能是史宏志等［2］和廉蕓蕓等［16］分別對河南產(chǎn)區(qū)不同地點間和湖南、貴州、云南、山東產(chǎn)區(qū)烤煙主要生物堿含量進行的研究，而本文是針對貴州中部山區(qū)進行的研究，既然生態(tài)條件對生物堿各組分含量具有不同的影響，在特定生態(tài)條件下的研究結(jié)果，對于解析該區(qū)域生態(tài)條件對煙草生物堿組分影響的結(jié)果會更為可靠。貴州中部山區(qū)氣象因子與煙葉生物堿含量的典型相關(guān)分析結(jié)果表明，降水量、空氣濕度、氣溫及晝夜溫差對煙葉生物堿含量的影響較大，其影響程度為晝夜溫差（82.67%）＞降水量（72.00%）＞空氣濕度（63.84%）＞氣溫（55.07%），而地溫、日照時數(shù)對其的影響不明顯，此結(jié)果與王彪等［17］的結(jié)果相似，而石俊雄等［9］、陳偉等［18］分別對貴州和南方煙區(qū)煙葉進行了研究，認為煙堿含量與日照時數(shù)也有較高的關(guān)聯(lián)度，其原因可能是不同產(chǎn)區(qū)決定烤煙生長的關(guān)鍵氣象因子不同，也可能與生育期的劃分有關(guān)。從生育期劃分來看，伸根期、旺長期的氣象因子對生物堿含量影響較大；從生物堿含量來看，假木賊堿、新煙草堿含量受降水量和晝夜溫差的影響程度較大。

土壤養(yǎng)分指標與煙葉生物堿含量的逐步回歸分析結(jié)果表明，生物堿含量主要受土壤pH、全氮、堿解氮、有效鉀含量的影響，其中煙堿含量受土壤pH、堿解氮的影響較大，且與兩者呈正相關(guān)關(guān)系，這與陳偉等［11］、王林等［19］對烤煙煙堿含量與土壤養(yǎng)分關(guān)系的研究結(jié)果相符；各生物堿組分含量均隨著堿解氮含量的升高而增高，假木賊堿含量與土壤pH呈正效應(yīng)，麥斯明含量與有效鉀呈負效應(yīng)，其原因可能是土壤養(yǎng)分通過影響根系合成環(huán)境來進一步影響生物堿合成所致，但其具體影響機理目前尚不清楚。

4　結(jié)論

貴州中部山區(qū)煙葉煙堿含量為 2.83%，主要生物堿含量順序為煙堿＞新煙草堿＞降煙堿＞假木賊堿＞麥斯明。降水量、空氣濕度、氣溫及晝夜溫差對煙葉生物堿含量的影響較大，而地溫、日照時數(shù)對其的影響不明顯；從生物堿含量來看，假木賊堿、新煙草堿含量受降水量和晝夜溫差的影響較大。各生物堿組分含量均隨著土壤堿解氮含量的升高而增高，煙堿和假木賊堿含量與土壤pH呈正效應(yīng)，麥斯明含量與有效鉀呈負效應(yīng)。

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Analysis of the Correlation between Ecological Factors and Content/Component of Alkaloids in Tobacco Leaves in the Central Region of Guizhou Province

LIANG Meng1，2，WANG Chengdong1，SONG Wenjing1，MENG Lin1，ZHU Hai1，2，SHI Liyan3，XU Yimin1*
（1. Tobacco Research Institute，CAAS，Qingdao 266101，China；2. Graduate School of CAAS，Beijing 100081，China；3. Zhushan County Tobacco Company of Hubei provide，Shiyan，Hubei 442000，China）

Abstract:The relationship between alkaloid content of flue-cured tobacco and ecological factors in the central region of Guizhou Province was analyzed. 25 samples of soil and the corresponding tobacco leaves （C3F） were collected from the central region of Guizhou Province. The contents of five main alkaloids including nicotine，nornicotine，myosmine，anabasine，and anatabine in tobacco leaves were determined by gas chromatography. The correlation between ecological factors and alkaloid contents and components were analyzed. The content of nicotine was about 2.83% in the central region of Guizhou Province. The order of content of the 5 main alkaloid in tobacco leaves was∶ nicotine＞anatabine＞ nornicotine ＞ anabasine ＞ myosmine. Significant correlation between precipitation，humidity of the air，air temperature and diurnal temperature and alkaloid contents were found. No significant correlation between ground temperature，sunshine time and alkaloid contents was found. The precipitation and diurnal temperature strongly affected the contents of anabasine and anatabine. The content of alkaloid components increased with the increasing content of soil alkaline hydrolysis nitrogen. The positive effects between content of nicotine and anabasine and soil pH were found，while the content of myosmine and effective potassium of soil had negative effect. Significant correlation between precipitation，humidity of the air，air temperature，diurnal temperature and soil alkaline hydrolysis nitrogen and alkaloid contents were found.

Keywords:central region of Guizhou Province；flue-cured tobacco；ecological factors；alkaloids content；components

中圖分類號：S572.01

文章編號：1007-5119（2016）01-0051-05

DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2016.01.009

基金項目：國家煙草專賣局特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)重大專項“中間香型特色優(yōu)質(zhì)煙葉生態(tài)基礎(chǔ)研究”（TS-02-20110012）

作者簡介：梁 盟，男，在讀研究生，研究方向為煙草栽培與生態(tài)。E-mail：liangmengcaas@126.com。*通信作者，E-mail：yiminx@sohu.com

收稿日期：2015-11-02 修回日期：2016-01-20