豫西烟区上部叶成熟度与品质形成的关系

时间：2024-05-21

杨洋符云鹏刘新源王俊李军正李致新蒋伟峰姚鹏伟王静

摘要：为确立豫西地区适宜的上部叶成熟度，以主栽品种云烟87为材料，研究不同成熟度处理（M1、M2、M3、M4）的外观成熟特征与SPAD值，通过烤后烟物理特性、化学成分、中性致香物质含量、感官评吸并结合代谢组学分析，确定适宜豫西烟区的采收成熟标准。结果表明，随着成熟度的提高，烟叶的油分、身份、叶质重有所降低；低成熟度（M1和M2）顶1～3和顶4～6叶位的糖碱比、氮碱比、中性致香物质含量、感官质量评价较高。此时SPAD值在28～34范围内，田间成熟特征表现为叶面落黄程度为20%～50%、主脉2/3变白、支脉变亮、少量至有成熟斑、茸毛较少至部分脱落。代谢组筛选出苯丙氨酸、酪氨酸、莨菪亭、肉桂醛、芥子酸等香气前体物质在M1处理中含量较高，推测这些可能是优质上部烟叶中关键的代谢物。

关键词：上部叶；成熟度；SPAD值；代谢组学；品质

中图分类号：S572.01 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）08-0079-07

基金项目：中国烟草总公司河南省公司科技项目（编号：20204100002700020）；河南省自然科学基金（编号：212300410159）。

作者简介：杨洋（1998—），男，福建三明人，硕士研究生，主要从事栽培生理研究。E-mail：yy13067009119@163.com。

通信作者：王静，博士，讲师，硕士生导师，主要从事烟草栽培与逆境生理研究。E-mail：jingwang040922@henau.edu.cn。

成熟度是烤烟质量形成的关键要素之一，烟叶的田间成熟度影响烤后烟外观质量和化学成分的协调性［1］。刘国顺等研究发现，上部叶叶龄在75 d时，烤后烟叶的中性致香物质含量和感官质量评价较高［2］。袁晓霞等研究发现，随着成熟度的提高，烟叶外观质量较好、化学成分协调，经济效益提高［3］。但也有研究发现，成熟度越高，总糖、还原糖含量及糖碱比越低［4］。由此可见，烟叶生产中通过叶龄和鲜烟叶在田间的外观特征，无法准确地判断成熟度［5］。李旭华等研究发现，SPAD值能够较准确地反映不同成熟度烟叶中叶绿素的相对含量［6］；彭翠云等运用广靶代谢组学，通过比较不同大田生长时间的差异代谢物，定性、定量地判断烟叶成熟度，从而明确适宜采收时期［7］。

豫西地区是河南省主要烤烟产区之一，所产烟叶具有浓透清的风格特征。近年来，受气候变化因素影响，烤烟成熟后期常出现多雨、低温寡照的天气，导致上部叶普遍存在落黄困难、成熟采收晚、可用性不佳等情况。因此，本研究通过分析不同叶位上部叶田间采收成熟度的SPAD值、差异代谢物含量、采收的鲜烟叶外观特征、烤后烟叶质量评价等方面，以确定适宜的采收成熟度，为确立黄金叶品牌原料在该地区的优质上部叶采收标准、提高上部叶质量和可用性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年在河南省三门峡市灵宝市朱阳镇梁家庄村（110.41°E、34.19°N）进行。试验地土壤类型为褐土，耕层土壤有机质含量15.24 g/kg，速效钾含量54.88 mg/kg，速效磷含量15.36 mg/kg，碱解氮含量66.50 mg/kg，pH值为8.05。

1.2 试验设计

供试品种为云烟87。采用随机区组设计，设置4个成熟度梯度（M1、M2、M3、M4）和2个不同叶位（顶1～3和顶4～6叶位）（表1）。4个成熟度处理采收时间分别为移栽后122、128、134、140 d。小区面积0.033 hm2，每个处理3次重复。按照鲜烟叶成熟特征分别将顶1～3（烤烟倒1、2、3叶位）与顶4～6叶位（倒4、5、6叶位）一次性采收并进行标记后编杆烘烤。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 气象资料采集气象资料为2021年5月1日至9月30日气象数据，由当地气象局提供。

1.3.2 鲜烟叶采收成熟特征判定在烟叶采收时，在田间选取长势一致的鲜叶片，通過河南省三门峡市灵宝市公司的专家对叶色、叶脉变白程度、茸毛脱落程度、成熟斑点等进行测评。

1.3.3 鲜烟叶SPAD值测定各处理于采收当日的08：00—10：00，在各小区选取10株长势一致、产生具有相同成熟特征的烟株，用SPAD-502 Plus叶绿素测定仪（日本柯尼卡美能达仪器制造有限公司生产）测量烟叶的SPAD值，测量时将探头置于叶片主脉两侧的非叶梗部位，再对称取叶尖（第3～4支脉之间）、叶中（7～9支脉之间）、叶基（12～13支脉之间）6个点，测定的SPAD值平均后得到该叶片的SPAD值。

1.3.4 代谢组学测定及分析在烤烟打顶当天选择叶片长势一致的50 株烟挂牌标记，取样部位为烤烟倒1、2、3 叶位（顶1～3）和倒4、5、6 叶位（顶4～6），5张烟叶为1个生物学重复，共设3次重复。去除叶梗和较粗叶脉，将样品充分混合后用锡箔纸包裹立即放于液氮中速冻，-80 ℃冰箱保存。利用超高效液相色谱-串联飞行时间质谱联用技术，对烟草不同处理样品进行代谢物测定。

1.3.5 烤后烟叶的外观质量评价各处理取烟叶样品2 kg进行外观质量评价，根据烤烟分级国家标准 GB 2635—1992《烤烟》［8］对各处理烤后B2F等级烟叶进行等级评定，对颜色、成熟度、叶片结构、身份、油分、色度进行赋分。

1.3.6 烤后烟叶的物理特性测定各成熟度处理烤后B2F等级烟叶物理特性指标包括叶长、宽、厚度、单叶质量、拉力、叶质重及含梗率。叶片厚度利用BHZ-1型薄片厚度器测定；叶质重用1 cm打孔器打20个小圆片用铝盒承装后烘干称质量；叶长、宽采用测量法；单叶质量与含梗率采用称质量法；拉力使用ZKW-3型烟草薄片抗张试验机测定。

1.3.7 烤后烟叶的化学成分测定各处理取调制后B2F烟叶样品各1.0 kg分析其化学成分。化学成分测定指标包括总糖、还原糖、钾、烟碱、总氮、淀粉，采用AAⅢ型连续流动化学分析仪，按照YC/Z 240—2008《烟草及烟草制品标准体系》［9］测定。

1.3.8 烤后烟叶的中性致香物質含量测定中性致香物质的提取采用同时蒸馏萃取法；定性定量分析通过GC/MS鉴定和NIST库检索定性，采用内标法定量。

1.3.9 烤后烟叶的感官评吸质量测定各处理取调制后B2F烟叶样品进行感官质量评价。烟叶感官质量参照YC/T 138—1998 《烟草及烟草制品感官评价方法》［10］进行，由河南中烟工业有限责任公司技术中心5名专家进行评吸，各指标最大标度为9。

感官质量总分=（香气质×0.3+香气量×0.3+杂气×0.08+刺激性×0.15+余味×0.17）×11.1。

1.4 数据处理与统计分析

采用SPSS 25.0 对统计后的数据进行显著性分析，并运用Duncans法多重比较。运用Origin 2018与Excel 2016进行绘图和数据统计；采用SimcaP v13.0和EZinfo 3.0进行多维统计分析，筛选差异代谢物。

2 结果与分析

2.1 全生育期内气象变化情况

图1所示为生育期内试验地的气象变化情况，各成熟度处理的还苗期、伸根期、旺长期、成熟期的降水量分别占全生育期的1.19%～1.58%、2.33%～3.08%、6.59%～8.73%、86.60%～89.89%。日均温在生育期内呈现先上升后下降的趋势，且随着采收时间的延迟，日均温先上升后下降。日均日照时数在M1处理的生育期内表现为生根期>现蕾-圆顶>旺长期>圆顶-采收>还苗期，而在M2、M3、M4处理的生育期内表现为伸根期>现蕾-圆顶>圆顶-采收>旺长期>还苗期，由此可以看出，三门峡烟区上部叶成熟期（圆顶-采收）多雨、气温低、日照时数较短。

2.2 不同成熟度对上部叶SPAD值的影响

由图2可知，随着成熟度的提高不同叶位的叶片SPAD值均下降，顶1～3叶位和顶4～6叶位的各成熟度处理间的SPAD值存在显著差异。不同叶位间的SPAD值表现为顶1～3叶位的SPAD值低于顶4～6叶位。

2.3 不同成熟度对上部叶次生代谢物的影响

由图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-羟基肉桂酸（4-hydroxycinnamic acid）、肉桂醛（cinnamaldehyde）在4个成熟度叶片中的含量依次为M1>M2>M4>M3。芥子醇、香豆素含量均表现为成熟度较高的M3、M4高于成熟度较低的M1、M2处理。由图4可以看出，苯丙氨酸代

谢通路中较低成熟度M1处理的3-羟基苯乙酸（3-hydroxyphenylacetic acid）、苯乙胺（phenethylamine）、苯丙氨酸（phenylalanine）、酪氨酸（tyrosine）这4种香气前体物质含量显著高于其他处理。

2.4 不同成熟度对上部叶烤后烟叶外观质量的影响

由表2可以看出，不同成熟度对烤后烟叶外观质量有一定影响，不同采收成熟度的顶1～3叶位和顶4～6叶位的各处理随着采收成熟度的增加，颜色、成熟度、疏松度、色度得分均有所提高，叶面颜色均在桔黄范围；成熟度为尚熟至成熟；疏松度稍密至尚疏松；身份稍厚趋稍薄；油分有至稍有；色度中至强。顶1～3叶位和顶4～6叶位随着成熟度增加，身份与油分有所降低。整体上，顶1～3叶位和顶4～6叶位均以M3处理的外观质量较好。

2.5 不同成熟度对上部叶烤后烟叶物理特性的影响

由表3可知，随着成熟度的增加，顶1～3叶位和顶4～6叶位除含梗率外其余指标均呈现下降趋势；叶宽和叶面积表现基本一致，各叶位均以M1、M2处理的显著高于其余处理。顶1～3叶位和顶 4～6叶位较低成熟度的M1和M2处理含梗率相对较低，单叶质量、叶质重适宜，工业可用性较强。

2.6 不同成熟度对上部叶烤后烟叶化学成分的影响

由表4所示，各叶位的总糖、还原糖、淀粉、总氮含量及糖碱比、氮碱比均随着成熟度的增加而降低，烟碱含量则有所增加。顶1～3叶位各处理间的还原糖含量及糖碱比间存在显著差异；M2处理的总糖、还原糖、淀粉含量较高，钾、总氮含量也较高，糖碱比、氮碱比、两糖比适宜，化学成分较为协调，M3次之。顶4～6叶位各处理中M2的钾和总氮含量较高，两糖比、氮碱比适宜，化学成分更加协调。

2.7 不同成熟度对上部叶烤后烟叶中性致香物质的影响

由表5可以看出，随着成熟度的提高，顶1～3叶位和顶4～6叶位各成熟度处理的类胡萝卜素降解产物、叶绿素降解产物、棕色化降解产物、苯丙氨酸降解产物、西柏烷类降解产物的含量及中性致香物质总量呈下降趋势；差异显著性表明，除顶4～6叶位的棕色化降解产物含量及苯丙氨酸降解产物外，顶1～3与顶4～6叶位的其余不同处理的各指标间均具有显著差异。

2.8 不同成熟度对上部叶烤后烟叶感官质量的影响

由表6可知，上部叶的感官质量总体表现为随成熟度的增加而下降，在顶1～3叶位中M1和M2处理的香气质好、香气量足，总体表现为M1>M2>M3>M4；顶4～6叶位中除了香气量、杂气、余味、回甜外其余各项指标在处理间的规律与顶1～3叶位大致相同，刺激性得分随着采收成熟度的增加而降低，M1处理的感官质量评价总得分最高，高成熟度处理M4的总得分最低，且各处理间具有显著差异。对比顶1～3叶位与顶4～6叶位的感官评价结果，能够看出顶1～3叶位的浓度、余味略欠于顶4～6叶位，总体得分以顶4～6叶位更佳。

3 讨论与结论

光、温、水对于烟草的质量及风格特色的形成至关重要，优质烤烟上部叶的形成是合理的气候条件与适宜的栽培技术的集成。有研究表明，成熟期低温寡照会造成烤后烟叶总糖、还原糖含量降低，品质下降［11-12］。本试验通过比较不同成熟度处理的化学成分，发现随着采收成熟度的提高，糖碱比、氮碱比等有所降低，化学成分协调性变差，這与席奇亮等的研究结果［4，13］一致，可能低温寡照条件致使转化酶等催化形成单糖的酶活性降低，从而导致糖类物质合成减少［14］。本研究评吸结果显示，随着成熟度的提高，顶1～3叶位与顶4～6叶位的回甜感降低，刺激性增强，香气特性、烟气特性、口感特性逐渐降低，同时还导致枯焦味渐显，烟气变粗糙，焦甜香、正甜香风格特征减弱。通过气象资料分析，发现该地区主要存在旺长期高温干旱，成熟期低温、寡照、多雨，导致烤烟生育期延长，且后期病害多，推测可能是因为成熟度较高的烟叶在田间生长周期较长且后期遭受到不良环境因子胁迫后香气前体物质含量逐渐减少，油分降低的结果。

此外，本研究通过广靶代谢组学分析发现，不同成熟度的差异代谢物芥子醇、香豆素的含量在M3、M4处理中高于M1、M2处理，推测可能由于这些物质与木质素合成密切相关［15］，而木质素与油分和吸食品质呈显著负相关［16］，从而导致成熟度越高，油分及吸食品质反而降低。苯丙氨酸代谢通路中的差异代谢物苯甲醇、苯乙醇、苯乙醛等是重要的烟草香味物质的前体物［17］，酪氨酸在烟叶香气品质较好的烟叶中含量较高［18］。本研究发现，鲜烟叶中的酪氨酸、苯丙氨酸在M1处理上调，同时中性致香物质总量均以M1处理最高。上部叶各叶位的类胡萝卜素降解产物、叶绿素降解产物、棕色化降解产物、苯丙氨酸降解产物、西柏烷类降解产物含量均随成熟度的提高而降低。这和高真真等的研究结果［19-20］不一致。推测可能是豫西烟区成熟期的长时间降雨，导致土壤水分含量较高，较迟采收的成熟度处理受水分胁迫细胞器受损的同时叶片衰老加剧，造成烤烟物质代谢紊乱，阻碍了部分致香前体物质的合成［21-23］。西柏烷类物质降解产物含量降低，则可能与雨水冲刷导致腺毛分泌物的含量减少有关［24-25］。由于烟叶产质量受生态因子影响显著，建议豫西烟区在后期降雨较多时适时早采，保产量的同时提高烤烟上部叶质量。

本研究综合生态因子、差异代谢物以及各项品质指标分析得出，上部叶成熟度为M1、M2时，SPAD值在28～34范围内，叶面落黄程度为20%～50%、主脉2/3变白，支脉变亮，少量至有成熟斑，茸毛较少至部分脱落。此时烤后烟叶化学成分协调，中性致香物质含量、感官质量评价较好，工业可用性强。

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［8］国家技术监督局. 烤烟：GB 2635—1992［S］. 北京：中国标准出版社，1992.

［9］国家烟草专卖局. 烟草及烟草制品标准体系：YC/Z 240—2008［S］. 北京：中国标准出版社，2008.

［10］国家烟草专卖局. 烟草及烟草制品感官评价方法：YC/T 138—1998［S］. 北京：中国标准出版社，1998.