不同UV-B輻射強(qiáng)度對(duì)烤煙主要次生代謝產(chǎn)物的影響

權(quán)佳鋒 涂云 楊正聰 盧紅

摘要：本試驗(yàn)以K326為材料，采用人工氣候箱模擬自然環(huán)境氣候條件，在煙草成熟期進(jìn)行不同UV-B輻射處理，研究其對(duì)煙葉質(zhì)體色素、多酚類物質(zhì)、有機(jī)酸、糖和煙堿等次生代謝產(chǎn)物含量積累與變化的影響。結(jié)果表明：增強(qiáng)UV-B輻射會(huì)使煙草的主要次生代謝產(chǎn)物質(zhì)體色素、多酚類物質(zhì)、有機(jī)酸、煙堿含量增加，水溶性糖、還原糖含量減少。但不同UV-B輻射強(qiáng)度對(duì)煙草次生代謝產(chǎn)物的影響各異，其中高強(qiáng)度較低強(qiáng)度UV-B輻射其質(zhì)體色素、多酚類、有機(jī)酸含量有所下降，而煙堿和糖類含量則隨輻射強(qiáng)度的增強(qiáng)分別呈現(xiàn)遞增、遞減趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：烤煙; UV-B輻射;次生代謝產(chǎn)物;化學(xué)成分

中圖分類號(hào)：S572.01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2019）02-0062-05

Effects of Different UV-B Radiation Intensity on Main

Secondary Metabolites of Flue-Cured Tobacco

Quan Jiafeng， Tu Yun， Yang Zhengcong， Lu Hong

（College of Tobacco Science， Yunnan Agricultural University， Kunming 65020?China）

AbstractThe artificial climate box was used to simulate the natural environment and climate conditions， and different UV-B radiation treatments were performed in the mature period of tobacco with K326 as material. The accumulation and changes of secondary metabolites such as plastids， polyphenols， organic acids， sugar and nicotine were studied. The results showed that enhanced UV-B radiation could increase the content of plastids， polyphenols， organic acids and nicotine， but reduce the content of water-soluble sugars and reducing sugars in tobacco leaves. There were different effects of different UV-B radiation intensities on secondary metabolites. The content of plastids， polyphenols and organic acids was lower under high intensity of UV-B radiation compared with low intensity. The nicotine content increased gradually， while the sugar content decreased with the enhancement of radiation intensity.

KeywordsFlue-cured tobacco; UV-B radiation; Secondary metabolites; Chemical component

近年來(lái)，人類活動(dòng)引起的氟氯烴化合物排放導(dǎo)致大氣中臭氧減少，地表UV-B輻射日益增強(qiáng)[1]，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和動(dòng)植物生長(zhǎng)造成不同程度的影響。在UV-B輻射增強(qiáng)條件下，植物的形態(tài)、光合系統(tǒng)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分都會(huì)發(fā)生變化[2]，以化學(xué)成分和次生積累物形成其質(zhì)量風(fēng)格的煙草更是如此。煙草中的生物堿及主要香氣前體物質(zhì)如萜烯、醇類、酸類、酯類、酚類等大多數(shù)物質(zhì)均是次生代謝產(chǎn)物[3，4]，對(duì)煙草生長(zhǎng)發(fā)育、煙葉質(zhì)量有重要影響。何承剛等[5]認(rèn)為低UV-B輻射增強(qiáng)降低了烤煙的水溶性糖和鄰苯二酚含量，同時(shí)質(zhì)體色素和類黃酮含量明顯增加。黃勇等[6]認(rèn)為葉綠素、糖、煙堿含量降幅與UV-B輻射強(qiáng)度呈正相關(guān)，微量UV-B輻射有利于提高成苗葉綠素含量。左敏等[7]的研究表明，增強(qiáng)UV-B輻射，兩個(gè)烤煙品種煙葉的葉綠素、類胡蘿卜素、多酚類物質(zhì)和部分多元酸、高級(jí)脂肪酸等香氣前體物含量明顯提高。

在影響煙草次生代謝諸多因素中，生態(tài)環(huán)境起著主導(dǎo)作用[8]。生態(tài)條件包括氣候條件（溫度、降水、光照、霜期）、土壤條件（地形地貌、土壤環(huán)境條件） [9]。前人研究UV-B輻射對(duì)煙草次生代謝產(chǎn)物的影響多是在田間通過(guò)直接增加UV-B燈管來(lái)實(shí)現(xiàn)UV-B輻射的增強(qiáng)，勢(shì)必會(huì)受到多種因素的影響。為了排除田間試驗(yàn)中的多因子干擾，本研究于人工氣候培養(yǎng)箱中通過(guò)盆栽方式進(jìn)行控制條件下的單因子輻射對(duì)烤煙物質(zhì)積累與分配影響的系統(tǒng)試驗(yàn)，研究不同UV-B輻射強(qiáng)度下，烤煙主要次生代謝產(chǎn)物質(zhì)體色素、多酚、有機(jī)酸的積累情況，探究UV-B輻射對(duì)烤煙化學(xué)品質(zhì)和風(fēng)格的影響，旨在證明較高UV-B輻射是導(dǎo)致云南烤煙質(zhì)量?jī)?yōu)于其它產(chǎn)區(qū)的主要生態(tài)影響因子，為今后烤煙品種的生態(tài)區(qū)域合理布局提供參考。

1材料與方法

1.1材料

試材為云南省主栽品種K326，云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供種子。塑料盆：44 cm×29 cm。人工氣候培養(yǎng)箱：LRH-800-GSI（試驗(yàn)后期處理用），廣東韶關(guān)泰宏醫(yī)療器械有限公司出品。UV-B燈管：廣州朗普光電科技有限公司產(chǎn)紫外燈管，8 W，308 nm，0.21 mW/cm2。

1.2方法

盆栽試驗(yàn)：2018年1月20日進(jìn)行漂浮育苗，4月3日選取健壯統(tǒng)一的煙苗移栽于塑料盆中，每盆1株。按云南優(yōu)質(zhì)烤煙標(biāo)準(zhǔn)化栽培措施管理。7月10日人工初花打頂，留葉20片。打頂結(jié)束一周后選取健壯整齊度一致的煙株于人工氣候培養(yǎng)箱中進(jìn)行紫外輻射處理，并對(duì)煙葉標(biāo)記掛牌。選取第7～12葉（中部葉）在煙葉正常落黃成熟后采摘，一部分新鮮葉片進(jìn)行質(zhì)體色素檢測(cè)，之后全部烘烤、研磨成煙末，進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)。

試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理，1個(gè)對(duì)照，重復(fù)4次，即：在人工氣候箱內(nèi)設(shè)置0、0.84、 1.68、3.36 mW/m2 4個(gè)UV-B輻射強(qiáng)度處理，分別用CK、T1、T2、T3表示。人工氣候培養(yǎng)箱各項(xiàng)指標(biāo)設(shè)置見(jiàn)表1。

1.3指標(biāo)測(cè)定

光合色素：采用無(wú)水乙醇—丙酮（1∶?1）浸提比色法測(cè)定。取0.1 g葉片，剪碎后放入25 mL刻度試管中，加浸提液25 mL，于室溫、黑暗處浸提，直至葉片完全變白，測(cè)663、646 nm和470 nm處吸光值，計(jì)算葉綠素a、b和類胡蘿卜素含量。

多酚類化合物：按照《煙草及煙草制品 多酚類化合物綠原酸、莨菪亭和蕓香苷的測(cè)定》（YC/T 202-2006）用高效液相色譜法測(cè)定綠原酸、蕓香苷、莨菪亭含量。

有機(jī)酸：按照《煙草及煙草制品有機(jī)酸的測(cè)定 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法》（TCJC-ZY-Ⅳ-004-2012）測(cè)定有機(jī)酸。

1.4數(shù)據(jù)處理

用 Microsoft Excel 2016和SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2結(jié)果與分析

2.1不同UV-B輻射強(qiáng)度對(duì)烤煙質(zhì)體色素的影響

由表2看出，隨著UV-B輻射增強(qiáng)，烤煙中部葉的葉綠素a、b和類胡蘿卜素含量均表現(xiàn)為先增加后減少，且對(duì)照與處理間均呈極顯著差異。在相對(duì)較弱的UV-B輻射（T1，0.84 mW/m2） 下，煙葉葉綠素a、b和類胡蘿卜素含量較對(duì)照極顯著增長(zhǎng)，但隨著輻射增強(qiáng)至1.68 mW/m2 （T2），葉綠素a、類胡蘿卜素含量增長(zhǎng)減緩，T2與T1無(wú)顯著差異，但葉綠素b仍顯著增多;UV-B輻射增至3.36 mW/m2 （T3）時(shí)，三種色素含量則大幅下降。葉綠素a、b和類胡蘿卜素含量均表現(xiàn)為T(mén)2﹥T1﹥T3﹥CK。

2.2不同UV-B輻射強(qiáng)度對(duì)烤煙多酚類物質(zhì)的影響

由表3看出，隨著UV-B輻射增強(qiáng)，烤煙中部葉多酚類物質(zhì)綠原酸、莨菪亭、蕓香苷的含量先上升后下降。對(duì)照的多酚類物質(zhì)含量最低;UV-B輻射增強(qiáng)到0.84 mW/m2 （T1）時(shí)，三種多酚類物質(zhì)小幅增長(zhǎng)，增強(qiáng)至1.68 mW/m2 （T2）時(shí)呈現(xiàn)極顯著增長(zhǎng)，繼續(xù)增強(qiáng)至3.36 mW/m2 （T3）時(shí)，三種多酚類物質(zhì)極顯著下降，但仍高于T1和CK。

2.3不同UV-B輻射強(qiáng)度對(duì)烤煙有機(jī)酸的影響

2.3.1對(duì)烤煙多元酸的影響?由表4看出，烤煙中部葉主要多元酸草酸、蘋(píng)果酸、檸檬酸含量隨著UV-B輻射增強(qiáng)呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)，均為：CK﹤T3﹤T2﹤T1。T1的草酸、蘋(píng)果酸、檸檬酸含量較CK極顯著增多;T2較T1草酸含量顯著下降，蘋(píng)果酸、檸檬酸含量下降，但并不顯著。三種多元酸中， 3個(gè)處理蘋(píng)果酸含量較CK增幅最大。

2.3.2對(duì)烤煙高級(jí)脂肪酸的影響?由表5看出，隨著UV-B輻射增強(qiáng)，5種高級(jí)脂肪酸含量均呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，總體表現(xiàn)為T(mén)1>T2>T3>CK，各處理均顯著高于對(duì)照。其中T1比對(duì)照增幅最大，T2次之，T3增幅最小。

2.4不同UV-B輻射強(qiáng)度對(duì)烤煙糖和煙堿含量的影響

由表6看出，烤煙中部葉的總糖、還原糖含量與UV-B輻射強(qiáng)度呈顯著負(fù)相關(guān)，煙堿與UV-B輻射強(qiáng)度呈正相關(guān)。對(duì)照的總糖、還原糖含量極顯著高于各處理，煙堿含量極顯著低于各處理。

3討論

質(zhì)體色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素，是煙草重要的代謝物和煙葉中重要的香氣前體物。許多研究表明增強(qiáng)UV-B輻射會(huì)使煙草中光合色素含量下降[10，11]，但本研究表明，隨著UV-B輻射的增強(qiáng)，烤煙中部葉葉綠素a、b的含量較CK極顯著增加，這與何承剛[5]、劉敏等[12]的研究結(jié)果一致。其原因可能是，增強(qiáng)UV-B輻射使得烤煙落黃延遲，烘烤時(shí)葉綠素轉(zhuǎn)化不完全[13];環(huán)境原因使得植物對(duì)UV-B輻射的適應(yīng)能力增強(qiáng)。本研究中，增強(qiáng)UV-B輻射極顯著增進(jìn)類胡蘿卜素含量的積累，原因是類胡蘿卜素是一種植物保護(hù)色素，可以直接吸收紫外輻射，保護(hù)植物免受UV-B輻射的傷害[13，14]。

酚類化合物不僅是煙草產(chǎn)量和質(zhì)量形成的重要因素，而且是煙草化學(xué)防御機(jī)制的有效物質(zhì) [15]。多酚類物質(zhì)是酚類化合物的重要組成部分，是煙葉重要的香氣前體物，綠原酸、蕓香苷、莨菪亭三種多酚占煙草總多酚的70%～80%[16]。大量研究表明，增強(qiáng)UV-B輻射對(duì)植物最一致的影響是增加植物葉片中紫外吸收物質(zhì)，如多酚類物質(zhì)，吸收大量紫外線，進(jìn)而減少輻射對(duì)自身的傷害[17-19]。這與本試驗(yàn)結(jié)果一致，即隨UV-B輻射的適當(dāng)增強(qiáng)，煙草多酚類物質(zhì)顯著升高。

有機(jī)酸廣泛存在于煙草中，對(duì)煙草的生理代謝有重要作用。多種有機(jī)酸及其衍生物是煙草的香味物質(zhì)和香氣前體物，直接影響煙葉及其制品的質(zhì)量。非揮發(fā)性有機(jī)酸主要包括草酸、檸檬酸、蘋(píng)果酸，可以調(diào)節(jié)煙草pH值、改善煙氣質(zhì)量。高級(jí)脂肪酸屬于半揮發(fā)性酸，主要包括棕櫚酸、油酸、亞油酸、亞麻酸和硬脂酸，可賦予煙氣臘味、脂味以及柔和的氣味[20，21]。本研究表明，適度增強(qiáng)UV-B輻射可增加煙葉中多元酸和高級(jí)脂肪酸的含量，與左敏等[7]?的研究結(jié)果一致。王樹(shù)會(huì)等[22]的研究表明較高海拔區(qū)域的烤煙葉片中有機(jī)酸含量高于低海拔區(qū)域，但隨著海拔升高，紫外輻射、溫度、濕度、降雨量都會(huì)發(fā)生變化，所以有關(guān)UV-B輻射對(duì)烤煙有機(jī)酸含量的影響還有待于進(jìn)一步研究。

糖類是煙草合成自身物質(zhì)的基本原料，是煙草的骨架物質(zhì)。糖類的代謝為煙草生長(zhǎng)發(fā)育提供能量，同時(shí)和煙葉的質(zhì)量有著密切關(guān)系。煙草中的水溶性糖和還原糖對(duì)煙葉品質(zhì)有重要影響，可以提高原煙外觀質(zhì)量、調(diào)節(jié)煙氣酸堿度，使吃味醇和，是重要的香氣前體物。UV-B輻射對(duì)于煙草糖類含量影響的研究較多，本研究與其他學(xué)者的研究結(jié)果一致[18，23，24]，即隨UV-B輻射的增強(qiáng)，煙葉中的水溶性總糖和還原糖顯著下降。其原因可能是，在UV-B輻射脅迫下，煙草進(jìn)行自我保護(hù)，光合作用減弱、蒸騰作用增強(qiáng)、作物合成作用降低但消耗增加，因而導(dǎo)致煙葉水溶性總糖和還原糖下降。

煙堿是煙草生物堿的主要成分，是煙草次生代謝產(chǎn)物，可以促成綠原酸和咖啡酸等酚類物質(zhì)的生物合成，在煙草中的含量和分布受到品種、部位、氣候環(huán)境和栽培管理措施的影響。煙堿對(duì)煙葉外觀色澤、煙葉香吃味都有影響。張艷敏[25]和張爭(zhēng)等[26]的研究表明，隨著UV-B輻射增強(qiáng)，煙葉中的煙堿顯著增加，本研究也證實(shí)了這一點(diǎn)。其原因可能是：植物堿屬于次生代謝產(chǎn)物，而次生代謝產(chǎn)物與植物的生存競(jìng)爭(zhēng)有關(guān)，是植物化學(xué)防御機(jī)制的有效物質(zhì)，UV-B輻射脅迫下煙草會(huì)產(chǎn)生大量次生代謝產(chǎn)物保護(hù)自身、減少因輻射受到的傷害。

4結(jié)論

本研究結(jié)果表明，增強(qiáng)UV-B輻射，會(huì)使煙草的主要次生代謝物質(zhì)體色素、多酚類物質(zhì)、有機(jī)酸、煙堿含量增加，水溶性糖、還原糖含量減少。但不同UV-B輻射強(qiáng)度對(duì)煙草次生代謝產(chǎn)物的影響各異，其中高強(qiáng)度較低強(qiáng)度UV-B輻射其質(zhì)體色素、多酚類、有機(jī)酸含量有所下降，而煙堿和糖類含量隨輻射強(qiáng)度增強(qiáng)分別呈現(xiàn)遞增、遞減趨勢(shì)。

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