基因型、施氮量及其互作對(duì)烤煙多酚類物質(zhì)的影響

張 希 王慧芳 代卓毅 薛 剛 徐世曉 楊鐵釗

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，450002，河南鄭州）

多酚類物質(zhì)在煙草中全部以葡萄糖苷和酯的形式存在，其中綠原酸、蕓香苷和莨菪亭是其最主要的成分，占煙草中多酚類物質(zhì)含量的80%以上[1]。多酚類物質(zhì)在煙草的生長(zhǎng)發(fā)育、調(diào)制特性、煙葉色澤和香氣吃味等方面起重要作用，是衡量煙草品質(zhì)的重要指標(biāo)[2]?？緹煙熑~的等級(jí)隨多酚類物質(zhì)含量的增多而升高，等級(jí)越高的煙葉多酚類物質(zhì)含量越高[3]。烤煙多酚類物質(zhì)的形成以及含量高低受多種因素影響，如基因型、植株部位、成熟度、溫度、海拔、栽培措施和調(diào)制方式等[4-9]。氮素是植物重要的組成元素，不僅是蛋白質(zhì)、磷脂和核酸的主要成分，還在激素和酶等物質(zhì)功能發(fā)揮中有重要作用[10]。對(duì)于煙草而言，煙草中特殊的生物堿——煙堿的主要成分就是氮素。充足的煙堿可以提高勁頭，提高煙葉品質(zhì)，因此氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)提高烤煙的產(chǎn)量和質(zhì)量有重要作用[11]。氮用量增大到一定程度，可以使煙葉中總酚和綠原酸含量提升[12]?？緹熅G原酸、蕓香苷和莨菪亭3種多酚類物質(zhì)含量在高密度種植和中氮用量下含量最多，在低密度種植和高氮用量下含量最少[13]。在大田煙葉成熟中后期，增加硝態(tài)氮比例，能夠增加綠原酸和蕓香苷含量，改善烤煙煙葉香氣風(fēng)格[14]。此外，不同基因型煙草的多酚類化合物含量不同，楊志曉等[15]研究表明，不同烤煙品種多酚類物質(zhì)含量和組分的差異可以穩(wěn)定遺傳給后代，說明煙草中多酚類物質(zhì)受基因型控制。目前，關(guān)于氮用量在煙草中的作用研究多集中于對(duì)其產(chǎn)量和質(zhì)量的影響，而關(guān)于基因型、施氮量及其互作效應(yīng)對(duì)烤煙多酚類物質(zhì)含量和組分影響鮮有研究。因此，本試驗(yàn)以不同氮素利用效率且種植面積較大的3個(gè)品種中煙100、云煙87和K326為材料，設(shè)置3個(gè)不同施氮量處理，探討不同基因型、施氮量及其互作效應(yīng)對(duì)烤煙多酚類物質(zhì)含量的影響，為提高烤煙香氣質(zhì)和香氣量的理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試煙草品種為云煙87、中煙100和K326，大田生育期110d。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年在河南省南陽市方城縣金葉園進(jìn)行，采用二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，以煙草品種和施氮量為試驗(yàn)因素，設(shè)置3個(gè)施氮量水平，分別為N1（N 45kg/hm2）、N2（N 60kg/hm2）和 N3（N 75kg/hm2）。共9個(gè)處理，3次重復(fù)。土壤類型為黃棕壤，耕作層土壤理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)9.42g/kg，全氮0.85g/kg，速效氮 58.34mg/kg，速效磷 24.15mg/kg，速效鉀87.24mg/kg，pH值7.6。田間管理措施均按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉栽培技術(shù)規(guī)程進(jìn)行。于2019年5月2日移栽，每個(gè)小區(qū)面積333.3m2，行距120cm，株距55cm。于2019年8月20日采收成熟度一致的中部葉（10～12葉位）作為試驗(yàn)煙葉。成熟特征：煙葉變黃面積6～8成，主脈全白發(fā)亮，支脈2/3變白，茸毛較多脫落，葉尖葉緣下卷。采用河南農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的電熱式溫濕度自控烤箱，將各處理煙葉裝在同一烤箱內(nèi)相同位置。

1.3 取樣與項(xiàng)目測(cè)定

取外觀質(zhì)量一致的烤后煙葉，切去葉尖和基部各1/3區(qū)域，留葉中間1/3區(qū)域，在105℃殺青15min，于60℃下烘干，用粉碎機(jī)粉碎，過60目篩后保存，用于測(cè)定多酚類指標(biāo)。采用YC/T 202-2006[16]標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定綠原酸、蕓香苷和莨菪亭等多酚類物質(zhì)含量，各處理均為3次重復(fù)?？偡雍繛榫G原酸、蕓香苷和莨菪亭含量之和。

1.4 數(shù)據(jù)分析處理

利用SPSS 22.0和Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 基因型、施氮量及其互作對(duì)初烤煙葉總酚含量的影響

2.1.1 總酚含量的方差分析 表1表明，基因型、施氮量及其互作的差異均達(dá)到顯著水平，說明基因型、施氮量及其互作均對(duì)總酚含量有顯著影響，其中施氮量對(duì)總酚含量變異的貢獻(xiàn)率最大，占總變異的59.30%；其次是基因型與施氮量互作，占36.40%；基因型對(duì)總酚含量變異的貢獻(xiàn)率最小，僅占2.50%。

表1 總酚含量的方差分析Table 1 Analysis of variance of total phenol content

基因型以及施氮水平的烤煙總酚含量多重比較結(jié)果（表2）表明，3個(gè)施氮水平間總酚含量均存在顯著差異，表現(xiàn)為N2＞N3＞N1?；蛐椭g比較，云煙87與中煙100總酚含量無顯著差異，K326與中煙100和云煙87總酚含量存在顯著差異。

表2 不同基因型與施氮量的初烤煙葉總酚含量Table 2 The total phenol contents of flue-cured tobacco leaves between different genotypes and nitrogen application rates mg/g

基因型與施氮量之間總酚含量的互作效應(yīng)結(jié)果（表3）顯示，總酚的互作效應(yīng)差異較大，其中5個(gè)正向效應(yīng)，4個(gè)負(fù)向效應(yīng)。3個(gè)施氮水平中，N2主效應(yīng)最大，效應(yīng)值為0.93；基因型中，中煙100主效應(yīng)最大，效應(yīng)值為0.19；在施氮量與基因型互作方面，中煙100在N1和N2水平下總酚含量無互作效應(yīng)，但中煙100在N3水平下有較強(qiáng)的互作效應(yīng)，效應(yīng)值為0.93；云煙87在N3水平下總酚含量無互作效應(yīng)，但云煙87在N1和N2水平有較強(qiáng)的互作效應(yīng)，效應(yīng)值分別為0.71和0.60；K326在N1水平下總酚含量無互作效應(yīng)，但K326在N3和N2水平有較強(qiáng)的互作效應(yīng)，效應(yīng)值分別為0.38和0.05。

表3 基因型與施氮量互作效應(yīng)Table 3 Interaction effects of genotypes and nitrogen application rates

2.1.2 不同施氮量處理初烤煙葉總酚含量差異 由圖1可知，基因型與施氮量之間的組合有顯著差異，云煙87×N2和中煙100×N3的總酚含量顯著高于其他組合，其次為K326×N2、K326×N3和中煙100×N2，而K326×N1明顯低于其他組合間總酚含量。中煙100的總酚含量表現(xiàn)為N3＞N2＞N1，云煙87為 N2＞N1＞N3，K326 為 N2＞N3＞N1。

圖1 不同施氮量處理總酚含量差異Fig.1 Difference of total phenol content in different nitrogen application rates

2.2 基因型、施氮量及其互作對(duì)初烤煙葉綠原酸含量的影響

2.2.1 綠原酸含量的方差分析 表4表明，基因型、施氮量及其互作的差異均達(dá)到顯著水平，說明基因型、施氮量及其互作均對(duì)綠原酸含量有顯著影響。其中基因型×施氮量對(duì)綠原酸含量變異的貢獻(xiàn)率最大，占總變異的51.20%，其次是施氮量，占42.55%，基因型最小，僅占5.13%。

表4 綠原酸含量的方差分析Table 4 Analysis of variance of chlorogenic acid content

基因型及3個(gè)施氮水平下烤煙綠原酸含量的多重比較結(jié)果（表5）表明，在3個(gè)施氮水平間，綠原酸含量均存在顯著差異?；蛐椭g比較，云煙87、中煙100和K326間均存在顯著差異，綠原酸含量表現(xiàn)為云煙87＞中煙100＞K326。

表5 不同基因型與施氮量處理初烤煙葉綠原酸含量Table 5 Chlorogenic acid content of flue-cured tobacco leaves with different genotypes and nitrogen application rates mg/g

由基因型與施氮量間綠原酸含量的互作效應(yīng)結(jié)果（表6）可知，綠原酸的互作效應(yīng)差異較大，其中5個(gè)正向效應(yīng)，4個(gè)負(fù)向效應(yīng)。云煙87和K326的綠原酸含量與N2水平有較強(qiáng)的互作效應(yīng)，效應(yīng)值分別為0.94和0.46；而中煙100在N3和N1的水平下有較強(qiáng)的互作效應(yīng)，效應(yīng)值分別為0.73和0.14。

表6 基因型與施氮量互作效應(yīng)Table 6 Interaction effects between genotypes and nitrogen application rates

2.2.2 不同施氮量處理初烤煙葉綠原酸含量差異

由圖2可知，基因型與施氮量之間的組合有顯著性差異，其中云煙87×N2的綠原酸含量顯著高于其他組合，其次為中煙 100×N3、K326×N2 和 K326×N3；而K326×N1則明顯低于其他組合的綠原酸含量。

圖2 不同施氮量處理綠原酸含量差異Fig.2 Difference of chlorogenic acid content in different nitrogen application rates

2.3 基因型、施氮量及其互作對(duì)初烤煙葉蕓香苷含量的影響

2.3.1 蕓香苷含量方差分析 由表7可知，基因型、施氮量及其互作的差異均達(dá)到顯著水平，說明基因型、施氮量及基因型與施氮量間的互作均對(duì)蕓香苷含量有顯著影響。其中基因型×施氮量對(duì)蕓香苷含量變異的貢獻(xiàn)率最大，占總變異的51.50%，其次是施氮量，占38.30%，基因型對(duì)蕓香苷含量變異的貢獻(xiàn)率最小，僅占4.70%。

表7 蕓香苷含量的方差分析Table 7 Analysis of variance of rutin content

基因型及施氮水平的烤煙蕓香苷含量的多重比較結(jié)果（表8）表明，N2和N3無顯著差異，N1與N2和N3之間差異顯著。K326與中煙100和云煙87之間無顯著差異，而云煙87與中煙100之間差異顯著。

表8 不同基因型與施氮量間初烤煙葉蕓香苷含量Table 8 Rutin content of flue-cured tobacco leaves with different genotypes and nitrogen application rates mg/g

由基因型與施氮量間蕓香苷含量的互作效應(yīng)（表9）可知，蕓香苷的互作效應(yīng)差異較大，其中5個(gè)正向效應(yīng)，4個(gè)負(fù)向效應(yīng)。云煙87蕓香苷含量與N2水平有較強(qiáng)的互作效應(yīng)，效應(yīng)值為0.56；中煙100與N3和N2水平有較強(qiáng)的互作效應(yīng)，效應(yīng)值分別為0.24和0.16；K326與N3水平有較強(qiáng)的互作效應(yīng)，效應(yīng)值0.41。

表9 基因型與施氮量互作效應(yīng)Table 9 Interaction effect between genotype and nitrogen application rate

2.3.2 不同施氮量處理初烤煙葉蕓香苷含量差異

由圖3可知，基因型與施氮量之間的不同組合的蕓香苷含量有顯著性差異，K326×N3的蕓香苷含量顯著高于其他組合，其次為中煙100×N2、中煙100×N3、云煙 87×N2、K326×N2 和云煙 87×N1，而中煙100×N1明顯低于其他組合的蕓香苷含量。

圖3 不同施氮量處理蕓香苷含量差異Fig.3 Difference of rutin content in different nitrogen application rates

2.4 基因型、施氮量及其互作對(duì)初烤煙葉莨菪亭含量的影響

2.4.1 莨菪亭含量方差分析 由表10可知，基因型、施氮量及其互作的差異均達(dá)到顯著水平，說明基因型、施氮量及基因型與施氮量間的互作均對(duì)莨菪亭含量有顯著影響。其中施氮量對(duì)莨菪亭含量變異的貢獻(xiàn)率最大，占總變異的67.79%，其次是基因型，占15.95%，基因型與施氮量互作對(duì)莨菪亭含量變異的貢獻(xiàn)率較小，占15.03%。

表10 莨菪亭含量的方差分析Table 10 Analysis of variance of scopoletin content

表11結(jié)果表明，3個(gè)施氮水平莨菪亭含量均存在顯著差異。基因型間表現(xiàn)為中煙100最高，其次是云煙87和K326，K326和云煙87間無顯著差異。

表11 不同基因型與施氮量間初烤煙葉莨菪亭含量Table 11 Scopoletin content of flue-cured tobacco leaves with different genotypes and nitrogen application rates mg/g

不同基因型與不同施氮量之間莨菪亭含量的互作效應(yīng)（表12）表明，莨菪亭的互作效應(yīng)差異較大，其中5個(gè)正向效應(yīng)，4個(gè)負(fù)向效應(yīng)。云煙87莨菪亭含量與N3水平有較強(qiáng)的互作效應(yīng)，效應(yīng)值為0.07；中煙100和K326與N2有較強(qiáng)的互作效應(yīng)，效應(yīng)值為0.05和0.03。

表12 基因型和施氮量互作效應(yīng)Table 12 Interaction effect between genotype and nitrogen application rate

2.4.2 不同施氮量處理初烤煙葉莨菪亭含量差異

由圖4可知，基因型與施氮量之間的不同組合莨菪亭有顯著性差異，中煙100×N2的莨菪亭含量顯著高于其他組合，其次為K326×N2、云煙87×N3、云煙87×N2、中煙100×N3和中煙100×N1；而K326×N1和云煙87×N1明顯低于其他組合的莨菪亭含量。

圖4 不同施氮量處理莨菪亭含量差異Fig.4 Difference of scopoletin content in different nitrogen application rates

3 討論

煙草中的多酚類化合物作為次生代謝物質(zhì)以葉片合成為主[17]。不同施氮量對(duì)植物多酚合成相關(guān)的酶活性有顯著影響[18]，并對(duì)其體內(nèi)次生代謝物質(zhì)的合成起調(diào)控作用[19]。施氮量和基因型是影響多酚類物質(zhì)含量的重要因素，本研究結(jié)果表明，煙葉多酚類物質(zhì)含量在不同基因型和施氮量間的差異均達(dá)到顯著水平，不同基因型烤煙多酚類物質(zhì)含量隨著施氮量的變化而不同，說明施氮量是影響烤煙多酚類物質(zhì)含量的重要因素。施氮量對(duì)總酚、綠原酸、蕓香苷和莨菪亭含量差異貢獻(xiàn)率分別為59.30%、42.55%、38.30%和67.79%?；蛐团c施氮量互作對(duì)總酚、綠原酸、蕓香苷和莨菪亭含量差異貢獻(xiàn)率分別為36.40%、51.20%、51.50%和15.03%?？偡雍洼馆型ず渴苁┑坑绊戄^大，其次是施氮量與基因型互作；綠原酸和蕓香苷主要受施氮量與基因型互作的影響，其次受施氮量的影響。施氮量影響烤后煙葉多酚類物質(zhì)積累是由多酚作為次生代謝苯丙烷代謝的產(chǎn)物，受氮素的調(diào)節(jié)[20]。同時(shí)，氮用量對(duì)葉片中P、Ca和Mg含量影響較大，從而影響葉綠素含量和煙株光合能力，進(jìn)而導(dǎo)致其初生代謝降低，次生代謝加強(qiáng)，因此增加了植物次生代謝物質(zhì)的積累[21]。岳喜良等[22]研究表明，高氮和低氮處理均能促進(jìn)多酚類物質(zhì)含量的積累。就施氮量而言，本研究結(jié)果表明煙葉中多酚類物質(zhì)在3個(gè)施氮水平之間存在顯著性差異，隨著施氮量的增加，總酚、綠原酸、蕓香苷和莨菪亭含量先升高后降低，施氮量效應(yīng)分析表明，在中氮水平下對(duì)烤煙總酚、綠原酸、蕓香苷和莨菪亭主效應(yīng)最大。在中氮水平下，多酚類物質(zhì)含量最高，其次為高氮，低氮處理最低，表明中氮水平有利于烤煙多酚類物質(zhì)含量的積累，與耿素祥等[23]研究結(jié)果一致。

不同基因型對(duì)烤煙多酚類物質(zhì)含量的影響結(jié)果表明，基因型對(duì)莨菪亭的影響效應(yīng)最大，因此可通過選育或改良品種來調(diào)控?zé)熑~莨菪亭含量；綠原酸含量在品種間差異顯著。中煙100的總酚、蕓香苷和莨菪亭含量最高，云煙87的綠原酸含量最高，其次是K326，這與劉化冰等[24]研究結(jié)果不同，可能是因?yàn)榈乩砦恢?、栽培措施和施肥條件不同，導(dǎo)致不同品種的烤煙多酚類物質(zhì)含量積累不同。品種效應(yīng)分析表明，總酚、蕓香苷和莨菪亭含量均以中煙100主效應(yīng)最大，綠原酸含量以云煙87主效應(yīng)最大。中煙100的總酚、綠原酸和蕓香苷含量與高氮處理互作效應(yīng)顯著，這可能是因?yàn)橹袩?00的氮效率低，耐低氮能力弱[25]。云煙87的綠原酸、蕓香苷和總酚含量均表現(xiàn)為與中氮互作效應(yīng)值最大；K326的總酚、蕓香苷和莨菪亭含量與中氮互作效應(yīng)顯著；因此，要想提高云煙87和K326煙葉中多酚類物質(zhì)含量，施氮量在60kg/hm2效果最好，要提高中煙100煙葉中多酚類物質(zhì)含量，施氮量在75kg/hm2為宜。

4 結(jié)論

基因型、施氮量及基因型與施氮量互作對(duì)烤煙多酚類物質(zhì)含量均有影響。參試品種中，中煙100在高氮條件下總酚、綠原酸和蕓香苷含量最高，云煙87和K326在中氮條件下總酚和蕓香苷含量最高。因此，在現(xiàn)有栽培條件下，根據(jù)基因型的不同選擇合適的施氮量，是提高煙葉中多酚類物質(zhì)含量的重要調(diào)控手段。