豫西煙區(qū)上部葉成熟度與品質(zhì)形成的關(guān)系

楊洋 符云鵬 劉新源 王俊 李軍正 李致新 蔣偉峰 姚鵬偉 王靜

摘要：為確立豫西地區(qū)適宜的上部葉成熟度，以主栽品種云煙87為材料，研究不同成熟度處理（M1、M2、M3、M4）的外觀成熟特征與SPAD值，通過(guò)烤后煙物理特性、化學(xué)成分、中性致香物質(zhì)含量、感官評(píng)吸并結(jié)合代謝組學(xué)分析，確定適宜豫西煙區(qū)的采收成熟標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明，隨著成熟度的提高，煙葉的油分、身份、葉質(zhì)重有所降低；低成熟度（M1和M2）頂1～3和頂4～6葉位的糖堿比、氮堿比、中性致香物質(zhì)含量、感官質(zhì)量評(píng)價(jià)較高。此時(shí)SPAD值在28～34范圍內(nèi)，田間成熟特征表現(xiàn)為葉面落黃程度為20%～50%、主脈2/3變白、支脈變亮、少量至有成熟斑、茸毛較少至部分脫落。代謝組篩選出苯丙氨酸、酪氨酸、莨菪亭、肉桂醛、芥子酸等香氣前體物質(zhì)在M1處理中含量較高，推測(cè)這些可能是優(yōu)質(zhì)上部煙葉中關(guān)鍵的代謝物。

關(guān)鍵詞：上部葉；成熟度；SPAD值；代謝組學(xué)；品質(zhì)

中圖分類號(hào)：S572.01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）08-0079-07

基金項(xiàng)目：中國(guó)煙草總公司河南省公司科技項(xiàng)目（編號(hào)：20204100002700020）；河南省自然科學(xué)基金（編號(hào)：212300410159）。

作者簡(jiǎn)介：楊 洋（1998—），男，福建三明人，碩士研究生，主要從事栽培生理研究。E-mail：yy13067009119@163.com。

通信作者：王 靜，博士，講師，碩士生導(dǎo)師，主要從事煙草栽培與逆境生理研究。E-mail：jingwang040922@henau.edu.cn。

成熟度是烤煙質(zhì)量形成的關(guān)鍵要素之一，煙葉的田間成熟度影響烤后煙外觀質(zhì)量和化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性［1］。劉國(guó)順等研究發(fā)現(xiàn)，上部葉葉齡在75 d時(shí)，烤后煙葉的中性致香物質(zhì)含量和感官質(zhì)量評(píng)價(jià)較高［2］。袁曉霞等研究發(fā)現(xiàn)，隨著成熟度的提高，煙葉外觀質(zhì)量較好、化學(xué)成分協(xié)調(diào)，經(jīng)濟(jì)效益提高［3］。但也有研究發(fā)現(xiàn)，成熟度越高，總糖、還原糖含量及糖堿比越低［4］。由此可見，煙葉生產(chǎn)中通過(guò)葉齡和鮮煙葉在田間的外觀特征，無(wú)法準(zhǔn)確地判斷成熟度［5］。李旭華等研究發(fā)現(xiàn)，SPAD值能夠較準(zhǔn)確地反映不同成熟度煙葉中葉綠素的相對(duì)含量［6］；彭翠云等運(yùn)用廣靶代謝組學(xué)，通過(guò)比較不同大田生長(zhǎng)時(shí)間的差異代謝物，定性、定量地判斷煙葉成熟度，從而明確適宜采收時(shí)期［7］。

豫西地區(qū)是河南省主要烤煙產(chǎn)區(qū)之一，所產(chǎn)煙葉具有濃透清的風(fēng)格特征。近年來(lái)，受氣候變化因素影響，烤煙成熟后期常出現(xiàn)多雨、低溫寡照的天氣，導(dǎo)致上部葉普遍存在落黃困難、成熟采收晚、可用性不佳等情況。因此，本研究通過(guò)分析不同葉位上部葉田間采收成熟度的SPAD值、差異代謝物含量、采收的鮮煙葉外觀特征、烤后煙葉質(zhì)量評(píng)價(jià)等方面，以確定適宜的采收成熟度，為確立黃金葉品牌原料在該地區(qū)的優(yōu)質(zhì)上部葉采收標(biāo)準(zhǔn)、提高上部葉質(zhì)量和可用性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021年在河南省三門峽市靈寶市朱陽(yáng)鎮(zhèn)梁家莊村（110.41°E、34.19°N）進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤類型為褐土，耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量15.24 g/kg，速效鉀含量54.88 mg/kg，速效磷含量15.36 mg/kg，堿解氮含量66.50 mg/kg，pH值為8.05。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試品種為云煙87。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置4個(gè)成熟度梯度（M1、M2、M3、M4）和2個(gè)不同葉位（頂1～3和頂4～6葉位）（表1）。4個(gè)成熟度處理采收時(shí)間分別為移栽后122、128、134、140 d。小區(qū)面積0.033 hm2，每個(gè)處理3次重復(fù)。按照鮮煙葉成熟特征分別將頂1～3（烤煙倒1、2、3葉位）與頂4～6葉位（倒4、5、6葉位）一次性采收并進(jìn)行標(biāo)記后編桿烘烤。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 氣象資料采集 氣象資料為2021年5月1日至9月30日氣象數(shù)據(jù)，由當(dāng)?shù)貧庀缶痔峁?/p>

1.3.2 鮮煙葉采收成熟特征判定 在煙葉采收時(shí)，在田間選取長(zhǎng)勢(shì)一致的鮮葉片，通過(guò)河南省三門峽市靈寶市公司的專家對(duì)葉色、葉脈變白程度、茸毛脫落程度、成熟斑點(diǎn)等進(jìn)行測(cè)評(píng)。

1.3.3 鮮煙葉SPAD值測(cè)定 各處理于采收當(dāng)日的08：00—10：00，在各小區(qū)選取10株長(zhǎng)勢(shì)一致、產(chǎn)生具有相同成熟特征的煙株，用SPAD-502 Plus葉綠素測(cè)定儀（日本柯尼卡美能達(dá)儀器制造有限公司生產(chǎn)）測(cè)量煙葉的SPAD值，測(cè)量時(shí)將探頭置于葉片主脈兩側(cè)的非葉梗部位，再對(duì)稱取葉尖（第3～4支脈之間）、葉中（7～9支脈之間）、葉基（12～13支脈之間）6個(gè)點(diǎn)，測(cè)定的SPAD值平均后得到該葉片的SPAD值。

1.3.4 代謝組學(xué)測(cè)定及分析 在烤煙打頂當(dāng)天選擇葉片長(zhǎng)勢(shì)一致的50 株煙掛牌標(biāo)記，取樣部位為烤煙倒1、2、3 葉位（頂1～3）和倒4、5、6 葉位（頂4～6），5張煙葉為1個(gè)生物學(xué)重復(fù)，共設(shè)3次重復(fù)。去除葉梗和較粗葉脈，將樣品充分混合后用錫箔紙包裹立即放于液氮中速凍，-80 ℃冰箱保存。利用超高效液相色譜-串聯(lián)飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，對(duì)煙草不同處理樣品進(jìn)行代謝物測(cè)定。

1.3.5 烤后煙葉的外觀質(zhì)量評(píng)價(jià) 各處理取煙葉樣品2 kg進(jìn)行外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)，根據(jù)烤煙分級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 2635—1992《烤煙》［8］對(duì)各處理烤后B2F等級(jí)煙葉進(jìn)行等級(jí)評(píng)定，對(duì)顏色、成熟度、葉片結(jié)構(gòu)、身份、油分、色度進(jìn)行賦分。

1.3.6 烤后煙葉的物理特性測(cè)定 各成熟度處理烤后B2F等級(jí)煙葉物理特性指標(biāo)包括葉長(zhǎng)、寬、厚度、單葉質(zhì)量、拉力、葉質(zhì)重及含梗率。葉片厚度利用BHZ-1型薄片厚度器測(cè)定；葉質(zhì)重用1 cm打孔器打20個(gè)小圓片用鋁盒承裝后烘干稱質(zhì)量；葉長(zhǎng)、寬采用測(cè)量法；單葉質(zhì)量與含梗率采用稱質(zhì)量法；拉力使用ZKW-3型煙草薄片抗張?jiān)囼?yàn)機(jī)測(cè)定。

1.3.7 烤后煙葉的化學(xué)成分測(cè)定 各處理取調(diào)制后B2F煙葉樣品各1.0 kg分析其化學(xué)成分?；瘜W(xué)成分測(cè)定指標(biāo)包括總糖、還原糖、鉀、煙堿、總氮、淀粉，采用AAⅢ型連續(xù)流動(dòng)化學(xué)分析儀，按照YC/Z 240—2008《煙草及煙草制品標(biāo)準(zhǔn)體系》［9］測(cè)定。

1.3.8 烤后煙葉的中性致香物質(zhì)含量測(cè)定 中性致香物質(zhì)的提取采用同時(shí)蒸餾萃取法；定性定量分析通過(guò)GC/MS鑒定和NIST庫(kù)檢索定性，采用內(nèi)標(biāo)法定量。

1.3.9 烤后煙葉的感官評(píng)吸質(zhì)量測(cè)定 各處理取調(diào)制后B2F煙葉樣品進(jìn)行感官質(zhì)量評(píng)價(jià)。煙葉感官質(zhì)量參照YC/T 138—1998 《煙草及煙草制品 感官評(píng)價(jià)方法》［10］進(jìn)行，由河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心5名專家進(jìn)行評(píng)吸，各指標(biāo)最大標(biāo)度為9。

感官質(zhì)量總分=（香氣質(zhì)×0.3+香氣量×0.3+雜氣×0.08+刺激性×0.15+余味×0.17）×11.1。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 25.0 對(duì)統(tǒng)計(jì)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，并運(yùn)用Duncans法多重比較。運(yùn)用Origin 2018與Excel 2016進(jìn)行繪圖和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；采用SimcaP v13.0和EZinfo 3.0進(jìn)行多維統(tǒng)計(jì)分析，篩選差異代謝物。

2 結(jié)果與分析

2.1 全生育期內(nèi)氣象變化情況

圖1所示為生育期內(nèi)試驗(yàn)地的氣象變化情況，各成熟度處理的還苗期、伸根期、旺長(zhǎng)期、成熟期的降水量分別占全生育期的1.19%～1.58%、2.33%～3.08%、6.59%～8.73%、86.60%～89.89%。日均溫在生育期內(nèi)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，且隨著采收時(shí)間的延遲，日均溫先上升后下降。日均日照時(shí)數(shù)在M1處理的生育期內(nèi)表現(xiàn)為生根期>現(xiàn)蕾-圓頂>旺長(zhǎng)期>圓頂-采收>還苗期，而在M2、M3、M4處理的生育期內(nèi)表現(xiàn)為伸根期>現(xiàn)蕾-圓頂>圓頂-采收>旺長(zhǎng)期>還苗期，由此可以看出，三門峽煙區(qū)上部葉成熟期（圓頂-采收）多雨、氣溫低、日照時(shí)數(shù)較短。

2.2 不同成熟度對(duì)上部葉SPAD值的影響

由圖2可知，隨著成熟度的提高不同葉位的葉片SPAD值均下降，頂1～3葉位和頂4～6葉位的各成熟度處理間的SPAD值存在顯著差異。不同葉位間的SPAD值表現(xiàn)為頂1～3葉位的SPAD值低于頂4～6葉位。

2.3 不同成熟度對(duì)上部葉次生代謝物的影響

由圖3可以看出，苯丙烷合成通路中的苯丙氨酸（phenylalanine）、酪氨酸（tyrosine）、4-乙烯基苯酚（4-vinylphenol）、莨菪亭（scopoletin）、芥子酸（sinapic acid）、4-羥基肉桂酸（4-hydroxycinnamic acid）、肉桂醛（cinnamaldehyde）在4個(gè)成熟度葉片中的含量依次為M1>M2>M4>M3。芥子醇、香豆素含量均表現(xiàn)為成熟度較高的M3、M4高于成熟度較低的M1、M2處理。由圖4可以看出，苯丙氨酸代

謝通路中較低成熟度M1處理的3-羥基苯乙酸（3-hydroxyphenylacetic acid）、苯乙胺（phenethylamine）、苯丙氨酸（phenylalanine）、酪氨酸（tyrosine）這4種香氣前體物質(zhì)含量顯著高于其他處理。

2.4 不同成熟度對(duì)上部葉烤后煙葉外觀質(zhì)量的影響

由表2可以看出，不同成熟度對(duì)烤后煙葉外觀質(zhì)量有一定影響，不同采收成熟度的頂1～3葉位和頂4～6葉位的各處理隨著采收成熟度的增加，顏色、成熟度、疏松度、色度得分均有所提高，葉面顏色均在桔黃范圍；成熟度為尚熟至成熟；疏松度稍密至尚疏松；身份稍厚趨稍??；油分有至稍有；色度中至強(qiáng)。頂1～3葉位和頂4～6葉位隨著成熟度增加，身份與油分有所降低。整體上，頂1～3葉位和頂4～6葉位均以M3處理的外觀質(zhì)量較好。

2.5 不同成熟度對(duì)上部葉烤后煙葉物理特性的影響

由表3可知，隨著成熟度的增加，頂1～3葉位和頂4～6葉位除含梗率外其余指標(biāo)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；葉寬和葉面積表現(xiàn)基本一致，各葉位均以M1、M2處理的顯著高于其余處理。頂1～3葉位和頂 4～6葉位較低成熟度的M1和M2處理含梗率相對(duì)較低，單葉質(zhì)量、葉質(zhì)重適宜，工業(yè)可用性較強(qiáng)。

2.6 不同成熟度對(duì)上部葉烤后煙葉化學(xué)成分的影響

由表4所示，各葉位的總糖、還原糖、淀粉、總氮含量及糖堿比、氮堿比均隨著成熟度的增加而降低，煙堿含量則有所增加。頂1～3葉位各處理間的還原糖含量及糖堿比間存在顯著差異；M2處理的總糖、還原糖、淀粉含量較高，鉀、總氮含量也較高，糖堿比、氮堿比、兩糖比適宜，化學(xué)成分較為協(xié)調(diào)，M3次之。頂4～6葉位各處理中M2的鉀和總氮含量較高，兩糖比、氮堿比適宜，化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)。

2.7 不同成熟度對(duì)上部葉烤后煙葉中性致香物質(zhì)的影響

由表5可以看出，隨著成熟度的提高，頂1～3葉位和頂4～6葉位各成熟度處理的類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、葉綠素降解產(chǎn)物、棕色化降解產(chǎn)物、苯丙氨酸降解產(chǎn)物、西柏烷類降解產(chǎn)物的含量及中性致香物質(zhì)總量呈下降趨勢(shì)；差異顯著性表明，除頂4～6葉位的棕色化降解產(chǎn)物含量及苯丙氨酸降解產(chǎn)物外，頂1～3與頂4～6葉位的其余不同處理的各指標(biāo)間均具有顯著差異。

2.8 不同成熟度對(duì)上部葉烤后煙葉感官質(zhì)量的影響

由表6可知，上部葉的感官質(zhì)量總體表現(xiàn)為隨成熟度的增加而下降，在頂1～3葉位中M1和M2處理的香氣質(zhì)好、香氣量足，總體表現(xiàn)為M1>M2>M3>M4；頂4～6葉位中除了香氣量、雜氣、余味、回甜外其余各項(xiàng)指標(biāo)在處理間的規(guī)律與頂1～3葉位大致相同，刺激性得分隨著采收成熟度的增加而降低，M1處理的感官質(zhì)量評(píng)價(jià)總得分最高，高成熟度處理M4的總得分最低，且各處理間具有顯著差異。對(duì)比頂1～3葉位與頂4～6葉位的感官評(píng)價(jià)結(jié)果，能夠看出頂1～3葉位的濃度、余味略欠于頂4～6葉位，總體得分以頂4～6葉位更佳。

3 討論與結(jié)論

光、溫、水對(duì)于煙草的質(zhì)量及風(fēng)格特色的形成至關(guān)重要，優(yōu)質(zhì)烤煙上部葉的形成是合理的氣候條件與適宜的栽培技術(shù)的集成。有研究表明，成熟期低溫寡照會(huì)造成烤后煙葉總糖、還原糖含量降低，品質(zhì)下降［11-12］。本試驗(yàn)通過(guò)比較不同成熟度處理的化學(xué)成分，發(fā)現(xiàn)隨著采收成熟度的提高，糖堿比、氮堿比等有所降低，化學(xué)成分協(xié)調(diào)性變差，這與席奇亮等的研究結(jié)果［4，13］一致，可能低溫寡照條件致使轉(zhuǎn)化酶等催化形成單糖的酶活性降低，從而導(dǎo)致糖類物質(zhì)合成減少［14］。本研究評(píng)吸結(jié)果顯示，隨著成熟度的提高，頂1～3葉位與頂4～6葉位的回甜感降低，刺激性增強(qiáng)，香氣特性、煙氣特性、口感特性逐漸降低，同時(shí)還導(dǎo)致枯焦味漸顯，煙氣變粗糙，焦甜香、正甜香風(fēng)格特征減弱。通過(guò)氣象資料分析，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)主要存在旺長(zhǎng)期高溫干旱，成熟期低溫、寡照、多雨，導(dǎo)致烤煙生育期延長(zhǎng)，且后期病害多，推測(cè)可能是因?yàn)槌墒於容^高的煙葉在田間生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)且后期遭受到不良環(huán)境因子脅迫后香氣前體物質(zhì)含量逐漸減少，油分降低的結(jié)果。

此外，本研究通過(guò)廣靶代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，不同成熟度的差異代謝物芥子醇、香豆素的含量在M3、M4處理中高于M1、M2處理，推測(cè)可能由于這些物質(zhì)與木質(zhì)素合成密切相關(guān)［15］，而木質(zhì)素與油分和吸食品質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)［16］，從而導(dǎo)致成熟度越高，油分及吸食品質(zhì)反而降低。苯丙氨酸代謝通路中的差異代謝物苯甲醇、苯乙醇、苯乙醛等是重要的煙草香味物質(zhì)的前體物［17］，酪氨酸在煙葉香氣品質(zhì)較好的煙葉中含量較高［18］。本研究發(fā)現(xiàn)，鮮煙葉中的酪氨酸、苯丙氨酸在M1處理上調(diào)，同時(shí)中性致香物質(zhì)總量均以M1處理最高。上部葉各葉位的類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、葉綠素降解產(chǎn)物、棕色化降解產(chǎn)物、苯丙氨酸降解產(chǎn)物、西柏烷類降解產(chǎn)物含量均隨成熟度的提高而降低。這和高真真等的研究結(jié)果［19-20］不一致。推測(cè)可能是豫西煙區(qū)成熟期的長(zhǎng)時(shí)間降雨，導(dǎo)致土壤水分含量較高，較遲采收的成熟度處理受水分脅迫細(xì)胞器受損的同時(shí)葉片衰老加劇，造成烤煙物質(zhì)代謝紊亂，阻礙了部分致香前體物質(zhì)的合成［21-23］。西柏烷類物質(zhì)降解產(chǎn)物含量降低，則可能與雨水沖刷導(dǎo)致腺毛分泌物的含量減少有關(guān)［24-25］。由于煙葉產(chǎn)質(zhì)量受生態(tài)因子影響顯著，建議豫西煙區(qū)在后期降雨較多時(shí)適時(shí)早采，保產(chǎn)量的同時(shí)提高烤煙上部葉質(zhì)量。

本研究綜合生態(tài)因子、差異代謝物以及各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)分析得出，上部葉成熟度為M1、M2時(shí)，SPAD值在28～34范圍內(nèi)，葉面落黃程度為20%～50%、主脈2/3變白，支脈變亮，少量至有成熟斑，茸毛較少至部分脫落。此時(shí)烤后煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)，中性致香物質(zhì)含量、感官質(zhì)量評(píng)價(jià)較好，工業(yè)可用性強(qiáng)。

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