基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的湖北烤煙還原糖含量與葉片形態(tài)特征關(guān)系研究

劉曉敏，位志坤，王曉麗，徐 銳，韓 丹*，許自成*

（1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南鄭州 450002；2湖北省煙草公司襄陽(yáng)市公司，湖北襄陽(yáng) 441003）

0 引言

【研究意義】烤煙中的糖類(lèi)物質(zhì)是影響感官質(zhì)量的重要有機(jī)化學(xué)成分，其中還原糖含量與吸食品質(zhì)密切相關(guān)，含量適宜的還原糖在卷煙燃燒過(guò)程中產(chǎn)生多種香氣物質(zhì)，有利于改善吃味、醇和煙氣及減少刺激性（王瑞新，2003；曹景林等，2020）。還原糖還是提高煙葉油分的關(guān)鍵因素之一，還原糖含量高的煙葉光澤鮮明，油潤(rùn)富有彈性（鄧小華等，2006）；但還原糖含量過(guò)高會(huì)增加卷煙產(chǎn)品燃燒時(shí)的焦油量（鄧小華等，2008），對(duì)人體造成危害。2017年，湖北中煙提出“中棵煙+高油分”的理念，旨在從控制葉片形態(tài)和株型等方面出發(fā)以提高煙葉品質(zhì)（李志華等，2018）。初烤煙葉片形態(tài)特征從屬于物理特性，而烤煙物理特性是葉片化學(xué)成分的外在表現(xiàn)（付秋娟等，2014），近年來(lái)對(duì)于烤煙煙堿含量與物理特性關(guān)系的研究較多，而對(duì)還原糖含量與物理特性關(guān)系的研究則較少?；疑P(guān)聯(lián)分析可根據(jù)各因素變化曲線幾何形狀的相似程度來(lái)判斷因素之間的關(guān)聯(lián)程度，從而區(qū)分出影響因素的主次關(guān)系（楊丙釗，2014）。因此，結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析法和相關(guān)分析法研究還原糖含量與葉片形態(tài)特征的關(guān)聯(lián)性，對(duì)找到與還原糖含量關(guān)系最密切的葉片形態(tài)指標(biāo)具有一定意義。【前人研究進(jìn)展】初烤煙還原糖含量與葉片物理特性關(guān)系密切。李東亮等（2007，2008）研究發(fā)現(xiàn)中部葉還原糖含量與單葉重和葉厚存在極顯著負(fù)相關(guān)，上部葉還原糖含量隨葉長(zhǎng)的變化波動(dòng)較大，變化規(guī)律不明顯，中、下部葉還原糖含量隨葉長(zhǎng)的增加整體呈上升趨勢(shì)。朱云燕和陳雪（2007）研究發(fā)現(xiàn)畢節(jié)地區(qū)烤煙還原糖與葉寬和單葉重呈顯著正相關(guān)，與含梗率呈極顯著負(fù)相關(guān)。近年來(lái)，灰色關(guān)聯(lián)分析法在煙葉質(zhì)量評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用，馮連軍等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，影響湖南地區(qū)中、下部煙葉質(zhì)量的因素主要有葉長(zhǎng)和長(zhǎng)寬比等，影響上部葉化學(xué)成分的主要物理指標(biāo)有葉片厚度和葉長(zhǎng)等，并指出中、下部煙葉的長(zhǎng)寬比對(duì)葉片光合作用起關(guān)鍵作用。王正旭等（2017）通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析對(duì)6個(gè)津巴布韋烤煙品種綜合性狀進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，最終篩選出烤煙品種KRK26具有較好的示范推廣潛力。劉春奎等（2021）采用灰色關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)煙氣中煙堿量對(duì)感官質(zhì)量有較大影響，焦油量與感官質(zhì)量指標(biāo)中的香氣等關(guān)聯(lián)度較大?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人研究多集中在對(duì)烤煙化學(xué)成分與物理特性、香氣物質(zhì)和吸食品質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)分析（李東亮等，2007；陳飛，2010；曹景林等，2020），而尚未見(jiàn)以灰色關(guān)聯(lián)分析和簡(jiǎn)單相關(guān)分析為基礎(chǔ)，對(duì)不同部位葉片還原糖含量與葉片形態(tài)特征進(jìn)行深入研究的相關(guān)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】基于灰色關(guān)聯(lián)分析方法研究不同部位烤煙葉片的還原糖含量與葉片形態(tài)特征指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性，確定對(duì)還原糖含量影響的主要形態(tài)特征指標(biāo)，并深入分析還原糖含量與各指標(biāo)的數(shù)量關(guān)系，以期為湖北煙區(qū)優(yōu)質(zhì)煙葉原料生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 樣品來(lái)源

試驗(yàn)樣品采集于2017—2019年湖北省襄陽(yáng)市3個(gè)煙葉產(chǎn)地（棗陽(yáng)市、南漳縣和?？悼h），3個(gè)植煙地區(qū)主栽烤煙品種分別為湘煙3號(hào)、云煙87和K326。初烤煙樣品按煙株上、中、下3個(gè)部位進(jìn)行劃分，3個(gè)部位煙葉主要代表等級(jí)為B2F、C3F和X2F，等級(jí)由職業(yè)評(píng)級(jí)人員按照GB 2635—1992《烤煙》標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定，等級(jí)合格率達(dá)75%以上。共包括上部葉272份，中部葉277份，下部葉282份（表1），每份樣品各取3.0 kg用于各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

烤煙葉片主要形態(tài)特征指標(biāo)包括單葉重、含梗率、葉長(zhǎng)、葉寬及葉片長(zhǎng)寬比5個(gè)指標(biāo)。選取樣本煙葉各1.0 kg，先將各樣品煙葉置于溫度22 ℃、相對(duì)濕度60%條件下平衡水分3～4 d。選取樣本煙葉各20片用皮尺測(cè)量葉長(zhǎng)、葉寬，根據(jù)葉片對(duì)應(yīng)長(zhǎng)和寬，計(jì)算長(zhǎng)寬比，取葉長(zhǎng)、葉寬及長(zhǎng)寬比的平均值；隨機(jī)選取樣本煙葉各30片采用電子天平稱重，單葉重（g）=30片煙葉總重量（g）/30，含梗率（%）=30片煙葉煙梗重量/30片煙葉總重量×100。隨后將各樣品煙葉置于50 ℃烘箱中烘干磨粉過(guò)60目篩，使用AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定煙葉還原糖含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析

采用DPS 9.01對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，以烤煙還原糖含量為母序列，葉片形態(tài)特征指標(biāo)為子序列，無(wú)量綱化采用均值化處理，分辨系數(shù)為0.5，分別計(jì)算各葉片形態(tài)特征指標(biāo)與烤煙還原糖含量的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)（關(guān)聯(lián)度）。

運(yùn)用Origin 2018和Excel 2016繪制箱形圖和頻率分布直方圖，使用SPSS 26.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)、相關(guān)分析及曲線回歸模擬。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同部位烤煙葉片形態(tài)特征指標(biāo)的變異特征

襄陽(yáng)市2017—2019年初烤煙上、中、下3個(gè)部位煙葉性狀分析結(jié)果（表2）表明，各葉片形態(tài)特征指標(biāo)變異系數(shù)范圍在5.55%～21.55%，其中下部葉葉長(zhǎng)變異系數(shù)最小，僅為5.55%，中部葉單葉重變異系數(shù)最大，達(dá)21.55%。不同部位煙葉還原糖含量變異系數(shù)在15.00%左右，上部葉還原糖含量變化范圍在15.14%～33.23%，平均值為22.95%；中部葉還原糖含量在17.09%～34.18%，平均值為25.59%；下部葉還原糖含量在15.69%～36.95%，平均值為24.90%。中部煙葉的單葉重峰度系數(shù)為1.15，形成尖頂峰度，其他性狀峰度均處于（-1，1）之間，說(shuō)明各性狀數(shù)據(jù)分布較集中。偏度系數(shù)絕對(duì)值均小于1.00，說(shuō)明數(shù)據(jù)偏倚程度小，接近于正態(tài)分布。

2.2 還原糖含量與葉片形態(tài)特征指標(biāo)的相關(guān)分析

對(duì)3個(gè)部位烤煙還原糖含量與葉片形態(tài)特征指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果（表3）發(fā)現(xiàn)，不同部位烤煙的含梗率與還原糖含量均存在極顯著負(fù)相關(guān)（＜0.01，下同），含梗率越大還原糖含量越低；中、下部烤煙葉片還原糖含量與葉寬呈極顯著正相關(guān)，與葉片長(zhǎng)寬比呈極顯著負(fù)相關(guān)，上部葉與葉片長(zhǎng)寬比呈顯著負(fù)相關(guān)（＜0.05，下同）；下部葉的單葉重與還原糖含量呈極顯著正相關(guān)。

2.3 還原糖含量與葉片形態(tài)特征指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)分析

采用灰色關(guān)聯(lián)分析研究發(fā)現(xiàn)（表4），烤煙上、中部葉片形態(tài)特征指標(biāo)與還原糖含量的灰色關(guān)聯(lián)序均為葉寬＞葉長(zhǎng)＞葉片長(zhǎng)寬比＞含梗率＞單葉重，下部葉烤煙各形態(tài)特征指標(biāo)與還原糖含量的灰色關(guān)聯(lián)序?yàn)槿~寬＞葉長(zhǎng)＞單葉重＞葉片長(zhǎng)寬比＞含梗率。表明隨著年份變化，不同部位烤煙還原糖含量與葉寬關(guān)聯(lián)度最大，其次是與葉長(zhǎng)存在較高的關(guān)聯(lián)度。

2.4 不同部位烤煙還原糖含量隨葉寬變化的分布箱形圖

采用箱形圖描述不同葉寬分段內(nèi)還原糖含量分布情況，如圖1所示，上部葉還原糖含量最小值出現(xiàn)在葉寬小于20.0 cm分段，最大值在葉寬為20.0～24.0 cm分段，葉寬為20.0～24.0 cm時(shí)還原糖含量波動(dòng)范圍大，數(shù)據(jù)分布廣。中部葉葉寬在20.0～24.0 cm及大于24.0 cm時(shí)，還原糖含量最大值和最小值的差距較大，最大值超過(guò)32.5%，平均水平在25.0%左右；葉寬小于20.0 cm時(shí)，還原糖含量平均水平小于25.0%。下部葉還原糖含量最大值存在于葉寬大于24.0 cm分段，隨著葉寬增加，還原糖最大含量依次增加，在葉寬大于24.0 cm時(shí)，還原糖含量波動(dòng)范圍大，最大值超過(guò)35.0%。中、下部葉還原糖含量隨葉寬增加先急劇增加而后緩慢增加，在較窄的葉片中還原糖含量波動(dòng)范圍小，在較寬的葉片中易出現(xiàn)較高的還原糖含量。

2.5 不同部位烤煙還原糖含量與葉寬的關(guān)系

不同部位烤煙葉寬的分布范圍不同（圖2），上、下部葉葉寬多分布于19～24 cm，中部葉葉寬多分布于20～26 cm；上部葉還原糖含量隨葉寬增加呈線性增加趨勢(shì)，不同葉寬范圍內(nèi)還原糖含量均不超過(guò)24.0%；中、下部葉還原糖含量隨葉寬增加均呈二次函數(shù)形式增加，在葉寬小于24 cm時(shí)，還原糖含量隨葉寬增加而增加的趨勢(shì)較明顯，在葉寬大于24 cm時(shí)，還原糖含量總體水平保持在26.0%左右；中、下部葉趨勢(shì)線R均大于0.8，說(shuō)明擬合度較好，能大體表示還原糖含量隨葉寬增加而變化的趨勢(shì)。

2.6 不同部位烤煙還原糖含量與葉寬的曲線回歸方程預(yù)測(cè)

對(duì)不同部位還原糖含量與葉寬進(jìn)行曲線回歸方程擬合，結(jié)果（表5）表明，上、中部葉擬合的方程分別為=0.238+17.909和=2.358-0.045-4.894，R分別為0.720和0.831，均達(dá)顯著水平。下部葉擬合方程為=3.693-0.074-20.106，R為0.946，達(dá)極顯著水平。

3 討論

烤煙還原糖含量與葉片形態(tài)關(guān)系密切，葉片是植物光合作用合成糖類(lèi)物質(zhì)的場(chǎng)所，初烤煙葉中的還原糖大部分是在烘烤過(guò)程中由淀粉等多糖物質(zhì)分解而成（劉偉等，2021）。本研究發(fā)現(xiàn)，中、下部葉片還原糖含量與葉寬呈極顯著正相關(guān)，不同部位葉片還原糖含量與含梗率均呈極顯著負(fù)相關(guān)，與朱云燕和陳雪（2007）的研究結(jié)果基本一致?；疑P(guān)聯(lián)分析相較于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析方法，不要求線性關(guān)系和典型的概率分布，在煙葉質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)中找到與煙葉質(zhì)量關(guān)系最密切的指標(biāo)，對(duì)提高煙葉品質(zhì)具有重要意義（楊丙釗，2014）。本研究對(duì)3年數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果表明，不同部位烤煙還原糖含量與葉寬的關(guān)聯(lián)度最大，其次是與葉長(zhǎng)存在較高的關(guān)聯(lián)度。而馮連軍等（2012）研究發(fā)現(xiàn)湖南烤煙上、下2個(gè)部位與還原糖含量灰色關(guān)聯(lián)較大的葉片形態(tài)特征均為葉長(zhǎng)，中部葉的長(zhǎng)寬比與還原糖含量關(guān)聯(lián)最大，其次是葉寬。該結(jié)果與本研究略有差異，可能與烤煙品種和生態(tài)條件的差異有關(guān)；另外，馮連軍等（2012）是對(duì)1年數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，本研究采用3年的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果相對(duì)較可靠。

本研究的簡(jiǎn)單相關(guān)分析結(jié)果表明，中、下部葉還原糖含量與葉寬存在極顯著相關(guān)性，灰色關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)不同部位葉片還原糖含量與葉寬的關(guān)聯(lián)性最大，說(shuō)明烤煙還原糖含量與葉寬存在密切聯(lián)系。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，上部葉還原糖含量在不同葉寬范圍內(nèi)均不超過(guò)24.0%，受葉寬影響較小，推測(cè)上部葉在生長(zhǎng)環(huán)節(jié)易受高溫影響，從而抑制葉片開(kāi)片和糖類(lèi)物質(zhì)合成（王欣等，2007；張曉兵，2008）。中、下部葉在葉寬小于24 cm時(shí)，還原糖含量隨葉寬增加而增加的趨勢(shì)較明顯，此時(shí)葉片寬度是其光合作用產(chǎn)生糖類(lèi)物質(zhì)的重要影響因子，在葉寬大于24 cm時(shí)，還原糖含量變化趨于穩(wěn)定，總體水平保持在26.0%左右，推測(cè)還原糖積累受其他因素影響大于葉寬的影響。本研究采用的是初烤煙葉片形態(tài)指標(biāo)，與鮮煙葉葉片形態(tài)存在差異，下一步還可研究鮮煙葉形態(tài)指標(biāo)與還原糖含量的關(guān)系，為株型及葉片調(diào)控提供更直觀的參考。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，不同部位初烤煙葉片還原糖含量均與葉寬的關(guān)聯(lián)度最大，且隨著葉寬增加呈增加趨勢(shì)，上部葉還原糖含量與葉寬呈線性關(guān)系，中、下部葉還原糖含量與葉寬呈二次函數(shù)關(guān)系。因此，葉寬可作為湖北煙區(qū)優(yōu)質(zhì)煙葉原料生產(chǎn)的一個(gè)重要參考指標(biāo)。