我國烤煙鎂含量分布特點(diǎn)及與化學(xué)成分和有機(jī)酸的關(guān)系

王寶林 賈國濤 白銀帥 程良琨 劉超 孫九喆 陳洋 艾丹 崔廷 王曉瑜 張俊嶺

摘? 要：為探究烤煙Mg含量與煙葉內(nèi)在品質(zhì)的關(guān)系，以2018年全國249個(gè)煙葉樣品為研究對(duì)象，分析了烤煙Mg含量在不同產(chǎn)地和部位間的變異特點(diǎn)，以及與化學(xué)成分和有機(jī)酸含量的關(guān)系。結(jié)果表明，我國煙區(qū)烤煙Mg含量主要集中在0.16～0.84%范圍內(nèi)，均值為0.40%;烤煙Mg含量與鉀含量和鉀氯比呈極顯著負(fù)相關(guān)，與氯含量和氮堿比呈顯著正相關(guān);難揮發(fā)性酸中乙二酸、丙二酸、乳酸、乙酰丙酸、蘋果酸、檸檬酸含量和有機(jī)酸總量與Mg含量都有顯著相關(guān)性?？緹熯m宜的Mg含量有利于協(xié)調(diào)煙葉化學(xué)成分和烤煙有機(jī)酸含量，改善煙葉內(nèi)在品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：烤煙;鎂含量;化學(xué)成分;有機(jī)酸

Abstract： In order to explore the relationship between Mg content of flue-cured tobacco and quality of tobacco leaves， 249 tobacco leaf samples in 2018 were used in studying the variation characteristics of Mg content in flue-cured tobacco in different producing areas and parts， as well as the relationship with chemical composition and organic acid contents. The results showed that Mg contents of flue-cured tobacco in tobacco-growing areas of China mainly ranged from 0.16% to 0.84%， with an average value of 0.40%. Mg content of flue-cured tobacco was significantly negatively correlated with potassium content and potassium-chlorine ratio， and was significantly positively correlated with chlorine content and nitrogen-base ratio. The contents of oxalic acid， malonic acid， lactic acid， levulinic acid， malic acid， citric acid and total organic acid in the refractory acid had a significant correlation with Mg content of flue-cured tobacco. Suitable Mg content of flue-cured tobacco is beneficial to harmonize the chemical composition of tobacco leaves and the content of organic acids in flue-cured tobacco， and can improve the intrinsic quality of tobacco leaves.

Keywords： flue-cured tobacco; Mg content; chemical composition; organic acid

鎂（Mg）是植物生長(zhǎng)的必需營養(yǎng)元素之一，國外相關(guān)研究表明，鎂元素在植物體生長(zhǎng)發(fā)育中具有關(guān)鍵作用，對(duì)植物的產(chǎn)質(zhì)量有重要影響，是僅次于氮、磷、鉀之后的第四大必需營養(yǎng)元素[1]。鎂是植物葉綠體中唯一的金屬元素，位于葉綠素分子的中心位置，在植物體的光合過程中起著舉足輕重的作用，可促進(jìn)碳水化合物的合成與轉(zhuǎn)化[2]。鎂還是植物體內(nèi)多種酶的活化劑，三羧酸循環(huán)、呼吸作用、硝酸鹽還原、糖酵解等生理過程中涉及到的許多酶均需要鎂離子來激活[3]。朱英華等[4]研究表明，鎂元素能促進(jìn)煙株根系發(fā)育，有效提高煙株對(duì)礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收利用。邵巖等[5]研究認(rèn)為，當(dāng)煙葉鎂含量低于0.38%時(shí)，煙株在團(tuán)棵期就開始表現(xiàn)出缺鎂癥狀，下部葉葉尖、葉緣失綠，葉肉黃化呈黃褐色葉脈仍保持綠色而呈網(wǎng)絡(luò)狀。高華軍等[6]研究表明，施鎂可以提高煙葉中的鉀含量，還原糖和總糖含量也有提升，有利于提升煙葉的吸食品質(zhì)。目前關(guān)于鎂對(duì)烤煙生理發(fā)育和吸食品質(zhì)關(guān)系研究較多，但是關(guān)于烤煙Mg含量與煙葉內(nèi)在化學(xué)成分關(guān)系的研究較少。本文側(cè)重分析了我國煙區(qū)烤煙Mg的分布特點(diǎn)，并研究了其與化學(xué)成分和有機(jī)酸的關(guān)系，以期為煙葉原料的選擇以及工業(yè)使用價(jià)值提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 材料來源

煙葉樣品為2018年度原煙樣品，來自鄭州煙草研究院，產(chǎn)地包括：西南煙區(qū)（66個(gè)）、東南煙區(qū)（69個(gè)）、長(zhǎng)江中上游煙區(qū)（41個(gè)）、黃淮煙區(qū)（55個(gè)）和北方煙區(qū)（18個(gè)）;煙葉等級(jí)包括：上橘二（B2F）、中橘三（C3F）、下橘二（X2F）。

1.2? 測(cè)定項(xiàng)目及方法

各等級(jí)樣品取30片，去梗、烘干、粉碎，過60目篩，用于常規(guī)化學(xué)成分檢測(cè)。煙葉中總氮、煙堿、總糖、還原糖、淀粉、鉀和氯常規(guī)化學(xué)成分使用連續(xù)流動(dòng)分析儀（SEAL AA3，德國）進(jìn)行測(cè)定[7];煙葉Mg元素含量采用電感耦合等離子質(zhì)譜儀（Nexion 300X PerkinElmer公司生產(chǎn)，美國）進(jìn)行測(cè)定[8];有機(jī)酸含量采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀

（7890/5977 Agilent公司生產(chǎn)，美國）進(jìn)行測(cè)定[9]。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 22.0進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)、方差分析、Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)分析和回歸分析。

2? 結(jié)? 果

2.1? 我國烤煙Mg含量分析

由表1可知，全國煙葉樣品Mg含量均值為0.40%，主要集中在0.16%～0.84%，基本服從正態(tài)分布;不同部位烤煙Mg含量均值差異不大，各部位內(nèi)變異系數(shù)偏大，其中中部葉C3F變異系數(shù)達(dá)到了36.64%。上部葉Mg含量黃淮煙區(qū)最高為0.45%，東南煙區(qū)最低為0.35%，西南煙區(qū)變異系數(shù)最大為41.53%，黃淮和東南煙區(qū)存在顯著性差異。中部葉Mg含量黃淮煙區(qū)最高為0.46%，東南煙區(qū)最低為0.31%，西南煙區(qū)變異系數(shù)最大為38.13%，黃淮和長(zhǎng)江中上游、東南、北方煙區(qū)都存在顯著性差異。下部葉Mg含量西南煙區(qū)最高為0.47%，變異系數(shù)為34.08%，西南煙區(qū)和長(zhǎng)江中上游、東南煙區(qū)都存在顯著性差異。

2.2? 烤煙Mg含量與化學(xué)成分的相關(guān)分析

2.2.1? 烤煙Mg含量與化學(xué)成分的相關(guān)分析? 烤煙Mg含量與化學(xué)成分的Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)分析和雙側(cè)檢驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，烤煙Mg含量與總氮、氯、糖堿比和氮堿比存在正相關(guān)，與總糖、還原糖、淀粉、煙堿、鉀和鉀氯比存在負(fù)相關(guān)，其中烤煙Mg含量與氯和氮堿比的正相關(guān)關(guān)系達(dá)到顯著水平，與鉀和鉀氯比的負(fù)相關(guān)關(guān)系達(dá)到極顯著水平，烤煙Mg含量與總糖、還原糖、淀粉、總氮、煙堿和糖堿比無顯著相關(guān)性。

2.2.2? 烤煙Mg含量與相關(guān)性化學(xué)指標(biāo)的回歸分析? 將不同烤煙Mg含量通過次序分布原則按照組距0.05進(jìn)行分組，計(jì)算得出每組烤煙Mg含量的平均值及其對(duì)應(yīng)的化學(xué)成分含量平均值，對(duì)相關(guān)性顯著的化學(xué)指標(biāo)與烤煙Mg含量進(jìn)行回歸方程擬合，結(jié)果見圖1。由圖可知，烤煙Mg含量與化學(xué)指標(biāo)鉀、氯、氮堿比和鉀氯比都呈一元二次關(guān)系，隨Mg含量升高，鉀呈逐漸降低趨勢(shì)，氯和氮堿比呈逐漸遞增趨勢(shì)，鉀氯比表現(xiàn)為先降低后增加的拋物線變化趨勢(shì)。其中鉀和氯含量變化趨勢(shì)的回歸方程擬合度較相對(duì)較高。

2.3? 烤煙Mg含量與有機(jī)酸的相關(guān)分析

2.3.1? 烤煙Mg含量與有機(jī)酸的相關(guān)分析? 由表3可知，難揮發(fā)性酸中乙二酸和丙二酸含量與烤煙Mg含量呈顯著正相關(guān)，乳酸和乙酰丙酸含量與烤煙Mg含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，蘋果酸、檸檬酸、難揮發(fā)性酸含量和有機(jī)酸總量與烤煙Mg含量呈極顯著正相關(guān)，丁二酸和香草酸含量無相關(guān)性;高級(jí)脂肪酸中十四酸、十六酸、亞油酸、油酸+亞麻酸、十八酸和二十酸含量與烤煙Mg含量均無相關(guān)性。

2.3.2? 烤煙Mg含量與相關(guān)性有機(jī)酸指標(biāo)的回歸分析? 在相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)性顯著的有機(jī)酸指標(biāo)與烤煙Mg含量進(jìn)一步進(jìn)行回歸方程擬合，結(jié)果見圖2。由圖2可知，烤煙Mg含量與乳酸、乙二酸、丙二酸、檸檬酸和乙酰丙酸呈一元二次方程關(guān)系，隨Mg含量升高，乳酸和乙酰丙酸呈逐漸降低趨勢(shì)，乙二酸、丙二酸和檸檬酸呈逐漸遞增趨勢(shì)，烤煙Mg與蘋果酸、難揮發(fā)酸總量和有機(jī)酸總量呈一元三次方程關(guān)系，表現(xiàn)為先降低后增加又降低的回歸式拋物線變化趨勢(shì)。其中檸檬酸、乙酰丙酸、蘋果酸、難揮發(fā)性酸總量和有機(jī)酸總量變化趨勢(shì)的回歸方程擬合度較高（R?﹥0.85）。

3? 討? 論

全國烤煙Mg含量的均值為0.40%，主要集中在0.16%～0.84%內(nèi)，呈現(xiàn)正態(tài)分布，這與方紅等[10]研究結(jié)果相一致。不同部位烤煙Mg含量均值差異不大，由于本試驗(yàn)所取樣品區(qū)域跨度大，品種較多，導(dǎo)致不同部位烤煙Mg含量差異不顯著。西南和黃淮煙區(qū)烤煙Mg含量高于長(zhǎng)江中上游和東南煙區(qū)，這是因?yàn)殚L(zhǎng)江中上游和東南煙區(qū)高溫、多雨的氣候造成土壤中的鎂容易因遷移和淋溶而損失，導(dǎo)致烤煙Mg含量低[11]。

煙葉化學(xué)成分是決定煙葉質(zhì)量的內(nèi)在因素[12]。李永忠等[13]研究表明，隨鎂水平的提高，煙葉糖含量下降，與景延秋等[14]研究結(jié)果不一致。本試驗(yàn)表明，烤煙Mg含量與總糖和還原糖含量表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，與李永忠等研究一致。研究表明[15]缺鎂使植物體內(nèi)淀粉累積，其原因是光合同化物向庫的運(yùn)轉(zhuǎn)受阻或光合同化物的利用率下降，也可能是兩者共同作用的結(jié)果。CAKMAK等[16]認(rèn)為，蔗糖通過韌皮部向外輸出的速度及數(shù)量明顯下降是缺鎂葉片淀粉積累的原因。本試驗(yàn)結(jié)果也表明淀粉含量與烤煙Mg含量呈負(fù)相關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果還表明，烤煙Mg含量與總氮呈正相關(guān)，與煙堿呈負(fù)相關(guān);隨著烤煙Mg含量的增加大，鉀含量整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，氯含量整體呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。李永忠等[13]研究表明，鎂含量的提高，總氮和煙堿含量增加，施木克值和糖堿比下降，并存在顯著相關(guān)關(guān)系，這與本研究結(jié)果不完全一致，還需進(jìn)一步研究。長(zhǎng)江和東南區(qū)域降雨量大，土壤中的氯主要以游離態(tài)存在，易隨降水、灌溉、滲漏等流失，導(dǎo)致氯的利用率低，土壤和煙葉含氯量普遍偏低[17];黃淮降雨量較少，土壤淋溶作用較小，每年施入的氯元素在土壤中因難以淋溶而逐年累積，造成烤煙氯含量較高[18]。這與煙葉Mg含量地域分布的規(guī)律一致，是造成鎂和氯含量呈正比的主要原因?？緹熸V與鉀之間存在著極為復(fù)雜的交互作用，但其之間的作用方式目前仍沒有定論。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，鎂與鉀存在著拮抗作用，劉世亮等[19]研究表明，煙草植株體內(nèi)鉀含量隨著鎂含量的提高逐漸下降，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

有機(jī)酸廣泛存在于煙草中，主要是以非揮發(fā)性有機(jī)酸形式存在，非揮發(fā)性有機(jī)酸雖然對(duì)煙草香味沒有明顯的直接作用，但能與生物堿結(jié)合成鹽，調(diào)節(jié)質(zhì)子化和游離態(tài)煙堿比例以及平衡煙氣酸堿度[20]。本試驗(yàn)表明，難揮發(fā)性酸中乙二酸、丙二酸、乳酸、乙酰丙酸、蘋果酸、檸檬酸含量和有機(jī)酸總量與烤煙Mg含量都有顯著相關(guān)性;高級(jí)脂肪酸中十四酸、十六酸、亞油酸、油酸+亞麻酸、十八酸和二十酸與烤煙Mg含量無相關(guān)性。姚莉等[21]研究表明，鎂含量與有機(jī)酸有相關(guān)性，與本試驗(yàn)結(jié)果相一致。檸檬酸、乙酰丙酸、蘋果酸、難揮發(fā)酸總量和有機(jī)酸總量與Mg含量的回歸方程擬合度較高（R?﹥0.85），表明與烤煙Mg含量相關(guān)性密切。

4? 結(jié)? 論

綜上所述，我國煙區(qū)烤煙Mg含量主要集中在0.16%～0.84%內(nèi)，均值為0.40%，長(zhǎng)江中上游和東南煙區(qū)烤煙Mg含量低?？緹烳g含量與總糖、還原糖、淀粉、煙堿、鉀和鉀氯比存在負(fù)相關(guān)，與氯和氮堿比存在正相關(guān)關(guān)系并達(dá)到顯著水平。難揮發(fā)性酸中乙二酸、丙二酸、乳酸、乙酰丙酸、蘋果酸、檸檬酸含量和有機(jī)酸總量與烤煙Mg含量都有顯著相關(guān)性。本研究表明適宜的烤煙Mg含量有利于協(xié)調(diào)煙葉化學(xué)成分和烤煙有機(jī)酸含量，改善煙葉的內(nèi)在品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1]SMAIL CAKMAK， CHRISTINE HENGELER， Horst Marschner. Changes in phloem export of sucrose in leaves in response to phosphorus， potassium and magnesium deficiency in bean plants. 1994， 45（278）： 1251-1257.

[2]STEVEN C. HUBER， WENDY MAURY. Effects of magnesium on intact chloroplasts. I. evidence for activation of （sodium） potassium/proton exchange across the chloroplast envelope. 1980， 65（2）： 350-354.

[3]WERNER M， KAISER. Mineral nutrition of plants： principles and perspectives[J]. Journal of Plant Physiology， 2005， 162（12）：1380-1381.

[4]朱英華，屠乃美，肖漢乾，等. 鎂對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育及養(yǎng)分吸收的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2011，26（3）：164-167.

ZHU Y H， TU N M， XIAO H Q， et al. Effects of different magnesium on growth and nutrient uptake of flue-cured tobacco[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica. 2011， 26（3）： 164-167.

[5]邵巖，雷永和，晉艷. 烤煙水培鎂臨界值研究[J]. 中國煙草學(xué)報(bào)，1995（4）：52-56.

SHAO Y， LEI Y H， JIN Y. Study on the critical value of hydroponic magnesium for flue-cured tobacco [J]. Acta Tab. Sin. 1995（4）： 52-56.

[6]高華軍，林北森，韋忠，等. 不同鎂肥用量對(duì)高鈣區(qū)烤煙產(chǎn)量、鎂含量及香氣質(zhì)量的影響[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016（44）：1507.

GAO H J， LIN B S， WEI Z， et al. Effects of magnesium fertilizer application amount on yield， magnesium content and aroma quality of flue-cured tobacco in high calcium soil area[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences， 2016（44）： 1507.

[7]王新瑞. 煙草化學(xué)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003.

WANG X R. Tobacco Chemistry[M]. Beijing： China Agricultural Press， 2003.

[8]MORA V， BACAICOA E， ANGEL-MARIA Z， et al. Action of humic acid on promotion of cucumber shoot growth involves nitrate-related changes associated with the root-to-shoot distribution of cytokinins， polyamines and mineral nutrients[J]. Journal of Plant Physiology， 2012， 167： 633-642.

[9]郭磊，劉惠民，謝復(fù)煒，等. 煙葉中26種揮發(fā)性與半揮發(fā)性有機(jī)酸的GC-MS/SIM法同時(shí)分析[J]. 分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2008（7）：68-72.

GUO L， LIU H M， XIE F W， et al. Simultaneous determination of 26 volatile and semi-volatile organic acids in tobacco leaves by GC-MS/SIM [J]. Journal of Instrumental Analysis. 2008（7）： 68-72.

[10]方紅，羅建新，周萬春，等. 施鎂量和施鎂方法對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育和煙葉產(chǎn)量的影響[J]. 作物研究，2007，21（1）：32-34.

FANG H， LUO J X， ZHOU W C， et al. Effects of magnesium application rates and methods on growth and development of flue-cured tobacco and yield of tobacco leaves[J]. Crop Research. 2007， 21（1）： 32-34.

[11]張仁椒，朱其清，梁頒捷，等. 三明煙區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺狀況及施肥對(duì)策[J]. 中國煙草科學(xué)，1999（1）：3-5.

ZHANG R J， ZHU Q Q， LIANG P J， et al. The abundance and deficiency of soil nutrients in Sanming tobacco-growing areas and the countermeasures [J]. Chinese Tobacco Science， 1999（1）： 3-5.

[12]杜文，譚新良，易建華，等. 用煙葉化學(xué)成分進(jìn)行煙葉質(zhì)量評(píng)價(jià)[J]. 中國煙草學(xué)報(bào)，2007，13（3）：25-31.

DU W， TAN X L， YI J H， et al. Evaluation of leaf tobacco quality using chemical composition data[J]. Acta Tab. Sin. 2007， 13（3）： 25-31.

[13]李永忠，蔣志宏，楊志新，等. 供Mg水平對(duì)烤煙主要經(jīng)濟(jì)性狀的影響[J]. 西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002（3）：200-202.

LI Y Z， JIANG Z H， YANG Z X， et al. Effect of Mg supply level on main Economic Characters of Flue-cured Tobacco[J]. Journal of Southwest University. 2002（3）： 200-202.