乙烯利濃度和噴施時期對上部煙葉耐烤性的影響及生理機理研究

張進 婁曉平 李顯波 郭娟 郭剛剛 申位 劉仁祥 高煥曄 彭劍濤

摘要：為探索乙烯利對烤煙上部葉耐烤性的影響，研究了不同濃度乙烯利處理

（0、1000和1500 mg/L）以及噴后不同時間采收（噴施后3、5、7 d采收）的煙葉烘烤過程中多酚氧化酶（Polyphenol oxidase， PPO）活性、暗箱煙葉變褐時間、丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量和相對電導(dǎo)率變化規(guī)律。結(jié)果表明：乙烯利處理濃度和噴后采收時間均顯著促進煙葉田間落黃，提高烘烤期間煙葉PPO活性，縮短暗箱煙葉變褐時間，導(dǎo)致耐烤性降低。乙烯利處理還導(dǎo)致變黃后期至定色初期煙葉MDA含量和細胞膜透性顯著提高，膜脂過氧化進度和膜損傷發(fā)生時間較正常成熟煙葉提前。從耐烤性角度考慮，1000 mg/L乙烯利處理后3～5 d采收煙葉有利于其外觀質(zhì)量的提升。論文可為更好地在煙葉生產(chǎn)中應(yīng)用乙烯利促進煙葉成熟以及制定與之相適應(yīng)的烘烤工藝提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：乙烯利濃度;采收時間;多酚氧化酶活性;丙二醛含量;細胞膜透性

中圖分類號：S68512

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0457（2020）02-0027-06國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2020.02.004

The Effect of Ethephon Concentration and Spraying Time on the Resistance of Upper Tobacco Leaf and

Its Physiological Mechanism

ZHANG Jin1， LOU Xiaoping2， LI Xianbo1， GUO Juan1， GUO Ganggang1， SHEN Wei1， LIU Renxiang

1， GAO Huanye1， PENG Jiantao1*

（1.College of Tobacco Science/Guizhou Key Laboratory for Tobacco Quality Research， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025， China;

2.China Tobacco Zhejiang Industrial Company，Hangzhou，Zhejiang 310000，China

）

Abstract：In order to explore the effect of ethephon on the endurable curing potential of flue-cured tobaccoupper leaves，The effect of different concentrations of ethephon treatment （0 mg/L， 1000 mg/L and 1500 mg/L， respectively） and different harvesting time after spraying（harvested on 7d， 5d and 3d after spraying， respectively） on the activity of polyphenol oxidase （PPO）， the browning time under dark condition， the content of malondialdehyde （MDA） and the relative conductivity of tobacco leaves during curing were studied. The results showed that both of the concentration of ethephon treatmentand the harvesting time after spraying significantly promoted the yellowing of tobacco leaves， increased their PPO activity during curing， shortened their browning time under dark condition， thus the treatments decreased of endurable curing potential. Ethephon treatment also significantly increased MDA content and cell membrane permeability from the late stage of yellowing to the early stage of color fixation. Membrane lipid peroxidation progress and membrane damage occurred earlier than normal mature tobacco leaves.Harvesting tobacco leaves in 3 to 5 days after 1000 mg/L ethephon treatment was beneficial to improvement of appearance qualityfrom the perspective of endurable curing potential. The results will provide a basis for a better application of ethephon in tobacco leaf production to promotetobacco lea fmaturity and formulate a suitable baking process.

Keywords：ethephon concentration;ripening degree;polyphenol oxidase activity; malondialdehyde content;cell membrane permeability

煙草以葉片為收獲物，因此，煙葉品質(zhì)對于烤煙生產(chǎn)至關(guān)重要[1]。適宜的采收成熟度是提高煙葉等級質(zhì)量的關(guān)鍵，也是烤后煙葉香氣物質(zhì)形成的基礎(chǔ)，成熟度好的煙葉較易烘烤，烤后煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)，香氣量足[2]。過熟或未熟的煙葉香味變差、刺激性明顯、青雜氣重、組織僵硬光滑[3，5]等。施氮過量以及水分、溫度等環(huán)境條件均可對煙葉成熟度造成負面影響[6]，上部葉采收過早更是生產(chǎn)上普遍存在的現(xiàn)象[7]。

乙烯是一種氣體激素，其生理作用涉及種子萌發(fā)、幼苗生長、休眠、側(cè)根及根毛形成[8]、細胞擴增與分化、脫落[9]等，尤其顯著促進葉片衰老[10]和果實成熟。煙葉成熟本質(zhì)上是衰老的早期階段，乙烯參與其中的葉綠素降解、膜透性增大、有機物分解以及胞間層水解等過程[1112]。烤煙生產(chǎn)中常用乙烯釋放劑乙烯利（2-氯乙基磷酸，Ethephon）促進煙葉成熟、縮短調(diào)制時間[13]，可達到提早采收、節(jié)省能源和人工的效果[14]。目前對乙烯利改善煙葉內(nèi)部結(jié)構(gòu)[15]，提高煙葉品質(zhì)和經(jīng)濟性狀[16]，促進煙葉成熟及開片

[17-18]等方面作用研究較多，但其對煙葉烘烤特性[19]，尤其是耐烤性的影響尚未見報道。本文旨在研究乙烯利濃度和噴施時期對烤煙上部葉多酚氧化酶活性、暗箱變褐時間、丙二醛（MDA）和相對膜透性等耐烤性相關(guān)指標的影響，為更好地在煙葉生產(chǎn)中應(yīng)用乙烯利促進煙葉成熟以及制定與之相適應(yīng)的烘烤工藝提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1田間試驗設(shè)計

供試材料：云煙87。

試驗地點：黔西縣林泉煙草科技園。

試驗設(shè)計：試驗采用雙因素隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置3個乙烯利處理濃度（A）和3個處理后采收時間（B）。乙烯利處理濃度分別為0 mg/L（A1）、1000 mg/L（A2）、1500 mg/L（A3）;利用乙烯利自上而下均勻噴施在上部葉葉片正反面，處理時期分別為噴施后7 d采收（B1），噴施后5 d采收（B2），以及噴施后3d采收（B3），每個試驗處理重復(fù)3次。每小區(qū)4行，每行15～20株，行距1.1 m，株距0.5 m。試驗地四周設(shè)置保護行，栽培技術(shù)措施按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)技術(shù)措施執(zhí)行。

山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報2020年

1.2測定項目與方法

1.2.1成熟效果分析

煙葉成熟效果用葉色中黃色（代表成熟程度）和褐色（與過熟相關(guān)）所占百分比表示。采收后每小區(qū)隨機取10片煙葉，用于圖像采集。圖像在Adobe Photoshop CS5軟件中去除背景，將飽和度/亮度調(diào)整一致，利用直方圖得出煙葉總像素值（X）。將煙葉用魔棒工具選擇黃色相關(guān)色彩后進行直方圖分析，獲得黃色像素值。重復(fù)3次，求平均值。將6部分黃色像素值求和，即得葉片黃色像素值（Y）。煙葉變黃程度（%）=Y/X×100%，煙葉褐色百分比也采用上述方法計算。

1.2.2烘烤工藝煙葉烘烤在小型烘烤試驗箱中參照煙草行業(yè)標準YC/T 311—2009《烤煙品種烘烤特性評價》[20]進行。裝煙后干球溫度以1 h/℃升至35 ℃，保持濕球溫度33～34 ℃，穩(wěn)溫6 h;

將干球溫度以2 h/℃升至39 ℃，控制濕球溫度37 ℃，穩(wěn)溫12～16 h;將干球溫度以2 h/℃升至42 ℃，保持濕球溫度37 ℃，穩(wěn)溫8～10 h。干球溫度以3 h/℃升至45 ℃，保持濕球溫度38 ℃，穩(wěn)溫5～8 h;然后干球溫度以3 h/℃升至48 ℃，保持濕球溫度38 ℃，穩(wěn)溫8～10 h;干球溫度以2 h/℃升至54 ℃，濕球溫度穩(wěn)定在39 ℃，穩(wěn)溫12 h。

多酚氧化酶（PPO）活性：參照煙草行業(yè)標準YC/T 311—2009《烤煙品種烘烤特性評價》，采用鄰苯二酚分光光度法測定[20]，于烘烤24、48、72和96 h后進行取樣，并測定PPO活性的平均值;

暗箱煙葉變褐時間：參照煙草行業(yè)標準YC/T 311—2009《烤煙品種烘烤特性評價》計算，為鮮煙葉在暗箱試驗中由全黃至葉片褐化3成的時間[20];

丙二醛（MDA）含量：采用硫代巴比妥酸法測定[21];

細胞相對膜透性：采用電導(dǎo)儀法測定[22]。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用WPS 2019和DPS 7.05進行多重比較、相關(guān)分析及作圖。

2結(jié)果與分析

2.1乙烯利對成熟效果的影響

噴施乙烯利能有效促進煙葉變黃， A2和A3處理上部葉成熟程度均極顯著高于清水對照（表1，表2）。提高乙烯利濃度可縮短煙葉成熟時間，A3乙烯利處理后B3葉片變黃比例即達88.52%，較A2處理高18.17%，但處理B2后乙烯利濃度影響差異消失，上部煙葉成熟程度基本相當(dāng)，無顯著性差異。隨著處理時間的延長，葉片局部因過熟而褐變壞死，噴施乙烯利B1后褐變面積顯著高于B2和B3。

2.2乙烯利對上部煙葉暗箱變褐時間及烘烤期間多酚氧化酶活性的影響

多酚氧化酶（PPO）活性和暗箱變褐時間均為衡量煙葉耐烤性的主要指標，烘烤期間PPO活性越高，暗箱變褐時間越短，煙葉就越容易烤壞。噴施乙烯利使煙葉PPO活性升高，暗箱變褐時間縮短（表3至表9）。清水對照在煙葉烘烤期間PPO活性呈雙峰型，峰值分別在變黃中期和定色前期;乙烯利處理使烘烤期間煙葉PPO活性峰值提前或變?yōu)閱畏逍?。變黃后期和定色前期A2和A3乙烯利處理的煙葉PPO活性顯著高于對照（A1），同時二者在定色中期PPO活性降低速度與快于對照。PPO活性平均值A(chǔ)2乙烯利處理最高，其次為A3乙烯利處理的煙葉。煙葉暗箱變褐時間受處理后采收時間影響更大，噴施乙烯利后B3采收的煙葉暗箱變褐時間最長，噴后B1或B2采收有效縮短暗箱變褐時間，導(dǎo)致耐烤性變差。

2.3乙烯利對煙葉暗箱變褐時間以及烘烤期間PPO活性相關(guān)性分析

乙烯利濃度與烘烤期間煙葉PPO活性存在一定的相關(guān)性（表10），特別是變黃后期和定色前期二者呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而煙葉耐烤性正是在這兩個時期得以體現(xiàn)，說明噴施乙烯利的濃度顯著影響煙葉耐烤性。噴施乙烯利后采收時間與烘烤期間煙葉PPO活性的相關(guān)系數(shù)在變黃中期為正相關(guān)，變黃后期之后為負相關(guān)，說明噴施乙烯利時間越長，煙葉耐烤性越差。

2.4乙烯利對上部煙葉烘烤過程中MDA含量的影響

烘烤過程中上部煙葉MDA含量總體呈上升趨勢（圖1），變黃期上升較緩慢，變黃后期至定色前期急劇增加，之后增速放慢。變黃前期各處理MDA含量相差不大，變黃中期噴施乙烯利的處理（A2、A3）MDA含量顯著高于清水對照，定色前期A2B1煙葉MDA含量最高，達97.52 μmol/g·FW，與A3B1、A3B2的處理無顯著差異，與其余處理差異顯著。定色中期則是清水對照MDA含量最高，A3處理最低，說明乙烯促熟后膜脂過氧化進度和膜損傷發(fā)生時間與未處理煙葉相比有所改變，烘烤工藝應(yīng)隨之調(diào)整。

2.5乙烯利對上部煙葉烘烤過程中細胞膜透性的影響

上部煙葉相對電導(dǎo)率隨烘烤進程而上升（圖2），定色期后趨于最大，與烘烤過程中代謝變化、細胞脫水進程相一致。大多數(shù)處理細胞膜透性在變黃期增幅較小，變黃后期至定色前期煙葉開始大量失水后快速增高。A2B1和A3B1處理煙葉相對電導(dǎo)率在變黃期即開始快速上升，變黃后期膜透性已顯著高于其它處理，與田間煙葉褐變壞死的情況較一致，說明乙烯利處理后采收時間對細胞膜透性影響較大。

3結(jié)論與討論

煙葉采收時的田間成熟度是影響煙葉烘烤特性和烤后煙葉品質(zhì)的關(guān)鍵[2324]，乙烯利處理濃度以及噴后采收時間對煙葉變黃均有顯著性影響。田間觀測及圖像分析結(jié)果顯示，噴施乙烯利后煙葉成熟提早，且隨著乙烯利濃度升高，成熟時間縮短。乙烯利處理后應(yīng)及時采收煙葉，否則隨噴施時間延長煙葉局部發(fā)生褐變壞死，影響烤后煙葉等級和外

觀質(zhì)量。

1000 mg/L和1500 mg/L乙烯利均適用于上部煙葉促熟，噴施后5 d采收最佳，其次為噴施1500 mg/L乙烯利3 d后采收。

乙烯利處理對煙葉多酚氧化酶活性平均值和暗箱煙葉變褐時間均有顯著影響，但根據(jù)煙草行業(yè)標準YC/T 311—2009《烤煙品種烘烤特性評價》[20]，各處理煙葉上述2項指標均在耐烤性較好范圍內(nèi)，可能是由于烤煙品種云煙87本身耐烤性好造成的[25]，乙烯利促熟煙葉不影響煙葉正常烘烤。乙烯利處理后煙葉變黃期縮短[13]，本試驗中乙烯利濃度與烘烤變黃后期及定色前期PPO活性顯著正相關(guān)，與暗箱煙葉變褐時間極顯著負相關(guān)，表明煙葉耐烤性降低，噴施乙烯利72 h是煙葉采收的最佳時間，這與王能如等[2627]研究結(jié)果基本一致。應(yīng)針對乙烯利處理煙葉制定相應(yīng)烘烤工藝，及時升溫排濕抑制酶促棕色化反應(yīng)，提高烤后煙葉外觀質(zhì)量。

煙葉烘烤過程中必須在細胞生物膜破壞之前及時脫水定色，以免將煙葉烤壞。相對電導(dǎo)率和丙二醛含量都是反映細胞膜完整性的指標，也在一定程度上與煙葉耐烤性有關(guān)。乙烯利對煙葉烘烤過程中煙葉細胞膜透性和MDA含量有顯著影響，乙烯利濃度和處理時間均影響膜脂過氧化水平，乙烯促熟后膜脂過氧化進度和膜損傷發(fā)生時間較正常成熟煙葉提前，對定色過程有一定負面作用，需相應(yīng)調(diào)整烘烤工藝。

參考文獻：

[1]

COLLINS W K， HAWKS S N J. Principles of flue-cured tobacco production[M]. Raleigh： North Carolina State University， 1993.

[2]DAVIS L D， NIELSEN T M. Tobacco： Production， Chemistry and Technology[M]. Oxford： Blackwell Publishin

g， 1999.

[3]陳頤，趙應(yīng)偉，徐安傳，等.采收成熟度對K326鮮煙葉素質(zhì)及產(chǎn)質(zhì)量的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2019，32（3）：659664.

[4]童德文，石三三，周仰泉，等.上部葉不同采收成熟度對煙葉烘烤后品質(zhì)的影響[J].農(nóng)學(xué)學(xué)報，2019，9（2）：5963.

[5]張麗，艾復(fù)清，彭劍濤.云煙85不同成熟度葉片組織結(jié)構(gòu)的變化[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013， 41（5）：4447.

[6]劉國順.煙草栽培學(xué)（第2版）[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社， 2017：261264.

[7]TAYLOR Z G， FISHER L R， SMITH W D， etal. The effects of 1-methylcyclopropene on ripening delay and holding ability in flue-cured tobacco[J].Tobacco science， 2011（48）：1519.

[8]張琳，張進，彭劍濤，等.激素和損傷處理對煙草根系發(fā)生及抗氧化酶活性的影響[J].山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報，2019，38

（2）：1519.

[9]KIM J， CHANG C， TUCKER M L. To grow old： regulatory role of ethylene and jasmonic acid in senescence[J]. Frontiers in plant science， 2015（6）： 20.

[10]劉新甜，彭劍濤，張琳，等.乙烯利對煙草離體葉圓片衰老相關(guān)生理指標的影響[J].貴州大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，34（4）：1215.

[11]BUCHANAN W V. The molecular biology of leaf senescence[J].Journal of experimental botany， 1997， 48（2）： 181199.

[12]GRAHAM L E， SCHIPPERS J H， DIJKWEL P P， et al.Ethylene and senescence processes[J]. Annual plant

reviews online， 2018：305341.

[13]FISHER L R， MATTHEW C， WHITLEY V D S， et al. Topping， managing suckers and using ethephon[M]

.Raleigh： North Carolina Cooperative Extension Service， 2018：152157.

[14]EURE P M， FISHER L R， STEWART A M， et al. Evaluation of growth regulators and ripening agent used in flue-cured tobacco when spray-solution application is delayed[J].Tobacco science， 2012， 49： 2124.

[15]常娟娟，鄧世媛，文國宇，等.乙烯利對烤煙生長發(fā)育和品質(zhì)作用機理的研究進展[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2018，30（03）：93-96，101.

[16]張麗，文俊，陳金湘，等.乙烯利對烘烤過程中煙葉淀粉代謝關(guān)鍵酶的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，41（10）：6669.

[17]蔣博文，蘇家恩，王德勛，等.外源乙烯誘導(dǎo)煙葉田間成熟的生理變化研究[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報，2016，47（10）：16711676.

[18]楊家旺，蘇家恩，楊志娟.不同外源激素處理對難落黃煙葉落黃效果及烘烤效果的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（29）：9091，257.

[19]霍開玲，江凱，賀帆，等.鮮煙葉烘烤特性影響因素研究進展[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，49（5）：12251228.

[20]全國煙草標準化技術(shù)委員會農(nóng)業(yè)分技術(shù)委員會. 烤煙品種烘烤特性評價：YC/T 311—2009[S].北京：中國標準出版社，2009.

[21]張志良.植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)[M].4版.北京：高等教育出版社，2009.

[22]來長凱，佘奎軍，田蕾，等.葉片細胞膜透性與寧夏水稻抗旱能力關(guān)系研究[J].寧夏農(nóng)林科技，2015，56（10）：3437，42.

[23]趙銘欽，于建春，程玉淵，等.烤煙煙葉成熟度與香氣質(zhì)量的關(guān)系[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，10（3）：1014.

[24]劉勇，周冀衡，周國生，等.采收方式和成熟度對烤煙上部煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2012，34（1）：

1621.

[25]方明，邱坤，譚方利，等.郴州烤煙K326品種烘烤特性探究[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，25（2）：2327.

[26]王能如，徐增漢，李章海，等.乙烯利和烘烤方法對靖西烤煙上部葉質(zhì)量的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35（29）：92779278.

[27]徐增漢，王能如，徐興陽.乙烯利對烤煙上部葉烘烤特性的影響[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，1998（8）：810.