張嘉雯 盧紹浩 趙銘欽 鐘秋 張瑞娜 張華述 鄒宇航
摘 ?要:為探究植煙密度對(duì)雪茄煙葉生長(zhǎng)過(guò)程中碳氮代謝的影響,以德雪1號(hào)為試材,研究了19 500株/hm2(T1)、21 000株/hm2(T2)、22 500株/hm2(T3)和24 000株/hm2(T4)4個(gè)密度對(duì)煙葉碳氮代謝關(guān)鍵酶活性、質(zhì)體色素、化學(xué)成分和感官質(zhì)量的影響。結(jié)果表明,煙葉生長(zhǎng)期間,T2、T3處理能提高煙葉淀粉酶(AL)、中性轉(zhuǎn)化酶(NI)和硝酸還原酶(NR)活性以及總糖、淀粉含量;隨植煙密度的增加,總氮和類胡蘿卜素含量降低,葉綠素含量升高,調(diào)制后煙葉總糖、還原糖含量以及糖堿比、氮堿比增加,總氮、煙堿含量降低;T2處理調(diào)制后煙葉淀粉、蛋白質(zhì)含量最低,鉀氯比值較高,煙葉化學(xué)成分較協(xié)調(diào),感官質(zhì)量較優(yōu)。因此,四川什邡地區(qū)宜采用21 000株/hm2的雪茄煙種植密度,有利于提高煙葉碳氮代謝能力,改善煙葉內(nèi)在品質(zhì),提高煙葉可用性。
關(guān)鍵詞:植煙密度;雪茄煙葉;碳氮代謝;酶活性;化學(xué)成分;感官質(zhì)量
Abstract: In order to explore the effect of planting density on the carbon and nitrogen metabolism during the growth of cigar leaves, taking Dexue No.1 as test material, the effects of four densities of 19 500 plants/ha (T1), 21 000 plants/ha (T2), 22 500 plants/ha (T3) and 24 000 plants/ha (T4) on key enzyme activities of carbon and nitrogen metabolism, plastid pigments, chemical composition and sensory quality of tobacco leaves were studied. The results showed that T2 and T3 treatments can increase the activities of amylase (AL), neutral invertase (NI), nitrate reductase (NR), and total sugar and starch contents. With the increase of density, the total nitrogen and carotenoid contents decreased and the chlorophyll content increased during the growth of cigar leaves. With the increase of density, the contents of total sugar and reducing sugar, as well as the sugar-nicotine ratio and nitrogen-nicotine ratio increased, but the total nitrogen and nicotine content decreased after air-during. Under the T2 treatment, the contents of starch and protein were the lowest, the potassium-chlorine ratio was higher, the chemical components were suitable and the sensory quality was good. Therefore, the suitable planting density for cigar leaves was determined to be 21 000 plants/ha in Shifang, Sichuan Province, which is conducive to increase the carbon and nitrogen metabolism capacity, improve the quality and availability of cigar leaves.
Keywords: planting density; cigar leaves; carbon and nitrogen metabolism; enzyme activities; chemical composition; sensory quality
碳氮代謝是煙草生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中最基本的代謝,其強(qiáng)弱以及協(xié)調(diào)程度對(duì)煙葉中化學(xué)成分的含量和組成有著重要的影響[1]。植物碳代謝與氮代謝密切相關(guān),碳代謝為氮代謝提供光合作用產(chǎn)生的能量以及碳骨架,氮代謝為碳代謝提供蛋白質(zhì)和催化所需的酶類等物質(zhì)[2-3]。TSO等[4]報(bào)道,煙葉中碳氮代謝的協(xié)調(diào)程度是形成優(yōu)質(zhì)煙葉的關(guān)鍵。史宏志等[5]研究了烤煙碳氮代謝與香吃味的關(guān)系,表明在煙株生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中,保持碳代謝與氮代謝的適宜水平有利于提高煙葉的香吃味。因此維持二者之間的代謝平衡,對(duì)煙葉內(nèi)在品質(zhì)與感官質(zhì)量有極其重要的影響。碳氮代謝產(chǎn)物的合成受溫度、光照、施肥水平以及多種調(diào)控措施的影響。植煙密度是煙草大田管理中的一項(xiàng)重要的技術(shù)措施,它通過(guò)影響葉片的光照條件進(jìn)而對(duì)碳氮代謝進(jìn)行調(diào)節(jié)[6]。韓福根等[7]研究表明,當(dāng)種植密度超過(guò)一定范圍,隨密度的增加,含氮化合物含量降低,總糖含量增加,糖堿比增大,煙葉香吃味降低,勁頭小。
雪茄煙是一種特殊的煙草類型,傳統(tǒng)概念上是指用煙葉手工卷制的吸用煙卷,煙葉中的內(nèi)含物質(zhì)直接決定了雪茄煙的抽吸品質(zhì)[8]。雪茄煙屬于高氮類型煙草,碳、氮化合物的合成和轉(zhuǎn)化與煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)密切相關(guān)[8]。四川什邡具有悠久的雪茄煙葉種植史,但生產(chǎn)上過(guò)多追求高產(chǎn),種植密度過(guò)大的現(xiàn)象嚴(yán)重,導(dǎo)致煙葉光照不足,化學(xué)成分不協(xié)調(diào),煙葉品質(zhì)下降[9]。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)煙草碳氮代謝的研究主要集中在施氮量或其他因素對(duì)雪茄煙的影響方面[10-11],而關(guān)于植煙密度這一因素的研究較少。本試驗(yàn)以雪茄煙葉為試材,研究了種植密度對(duì)其生育期碳氮代謝關(guān)鍵酶活性、質(zhì)體色素、化學(xué)成分以及感官質(zhì)量的影響,旨在探索四川雪茄煙區(qū)適宜的種植密度,為雪茄煙原料優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
1 ?材料與方法
1.1 ?試驗(yàn)田概況
試驗(yàn)于2019年在四川省什邡市洛陽(yáng)村(東經(jīng)104°04′,北緯31°10′,海拔543 m)進(jìn)行,該地區(qū)土壤為水稻土,地勢(shì)平坦,肥力均勻,土壤pH為6.10,有機(jī)質(zhì)含量30.12 g/kg,速效鉀含量89.76 mg/kg,速效磷含量38.14 mg/kg,速效氮含量120.42 mg/kg。
1.2 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理,具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),重復(fù)3次,小區(qū)面積133.34 m2。施純氮12 kg/667 m2,肥料種類為煙草專用復(fù)合肥、硫酸鉀、高碳基肥,m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=1∶0.5∶3。采用條施方式施用基肥,基肥施用70%的煙草專用復(fù)合肥、100%的硫酸鉀和高碳基肥,移栽后30 d再追施30%的煙草專用復(fù)合肥。選用當(dāng)?shù)刂髟云贩N德雪1號(hào)為試驗(yàn)材料,于2019年4月30日移栽,移栽后60 d打頂,移栽后70~75 d采收,留葉18~20片/株。其他栽培以及調(diào)制措施按照當(dāng)?shù)匮┣褵熑~生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。
1.3 ?取樣方法
煙苗移栽后40 d開始,每7天取樣一次,每次選取各小區(qū)具有代表性的中部葉(8~10葉位)3片,共取5次。取樣后一部分去除主脈混勻,取葉肉部分用于酶活性的測(cè)定;另一部分煙葉殺青烘干研磨后,過(guò)篩保存,用于化學(xué)成分的測(cè)定。取各處理調(diào)制后的中部煙葉樣品,60 ℃烘干,粉碎過(guò)篩,用于調(diào)制后化學(xué)成分的測(cè)定。
1.4 ?測(cè)定指標(biāo)及方法
1.4.1 ?碳氮代謝關(guān)鍵酶活性測(cè)定 ?淀粉酶(AL)、中性轉(zhuǎn)化酶(NI)和硝酸還原酶(NR)活性分別采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的試劑盒,按照說(shuō)明方法測(cè)定。
1.4.2 ?質(zhì)體色素及化學(xué)成分含量的測(cè)定 ?葉綠素和類胡蘿卜素含量采用丙酮浸提比色法[12]測(cè)定。煙葉化學(xué)成分采用德國(guó)seal AA型流動(dòng)分析儀進(jìn)行檢測(cè)[13]。
1.4.3 ?感官質(zhì)量評(píng)價(jià) ?將不同處理的煙葉卷制成單料煙,由什邡雪茄廠的7名評(píng)吸專家,依據(jù)YC/T 415—2011《煙草在制品感官評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行感官質(zhì)量評(píng)價(jià)[14]。
1.5 ?數(shù)據(jù)分析
所得數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及作圖,利用SPSS 21.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。
2 ?結(jié) ?果
2.1 ?不同處理對(duì)雪茄煙葉碳氮代謝相關(guān)酶活性的影響
由圖1A可知,不同處理煙葉AL活性隨時(shí)間的增加逐漸升高,移栽后68 d略微下降,表明在整個(gè)生育期內(nèi)葉片碳的積累代謝逐漸增強(qiáng),為煙株生長(zhǎng)提供了能量。移栽后40 d,T2處理AL活性最高,與T3、T4無(wú)顯著差異,與T1差異顯著;移栽后47 d,T1處理AL活性最高,可能與密度小,光合作用較強(qiáng)有關(guān)。移栽后54至68 d,T2、T3處理AL活性顯著高于T3、T4處理。
隨生育期的推進(jìn),各處理NI活性呈單峰變化趨勢(shì)(圖1B),移栽后54 d達(dá)到峰值,這說(shuō)明煙葉碳的固定和轉(zhuǎn)化代謝逐漸增強(qiáng),在葉片功能盛期之后逐漸減弱。在煙株生長(zhǎng)初期,處理間NI活性差異不大;移栽后54 d,T3處理NI活性最高,與T2處理差異不顯著,與移栽后40 d相比,T1-T4處理的NI活性分別提升了3.04、4.24、4.03和3.15倍,移栽后61 d至68 d,T2處理NI活性最高,其次為T3處理,均與T1、T4處理達(dá)顯著水平。說(shuō)明T2處理的密度更能促進(jìn)蔗糖轉(zhuǎn)化為單糖,使光合碳固定過(guò)程加強(qiáng)。
不同處理煙葉NR活性呈先升高后降低的趨勢(shì),移栽后47 d最高(圖1C),說(shuō)明煙株生長(zhǎng)前期氮代謝旺盛,根系對(duì)氮素的吸收和利用增強(qiáng),葉形態(tài)建成后,NR活性下降,有利于煙葉正常成熟落黃。移栽后47 d至68 d,除61 d時(shí)T3處理NR活性略高于T2外,其他時(shí)期以T2處理最高,但與T3差異不顯著,與T1、T4處理差異顯著。移栽后68 d與47 d相比,T1-T4處理的NR活性降幅依次為49.93%、45.82%、46.21%和48.73%,以T2處理降幅最小。
2.2 ?不同處理對(duì)雪茄煙葉質(zhì)體色素含量的影響
從表2可以看出,隨著生育期的推進(jìn),各處理葉綠素含量先上升后緩慢下降,移栽后47 d最高,此時(shí)表現(xiàn)為T2>T3>T1>T4,T2與T1、T4處理差異顯著。移栽后54至68 d,隨密度的增加葉綠素含量增加,T1和T4處理達(dá)顯著差異,說(shuō)明種植密度過(guò)大,減緩了成熟期葉綠素的降解。不同處理煙葉類胡蘿卜素含量隨煙株生長(zhǎng)先增加后降低。移栽后40 d各處理差異不顯著;移栽后47 d,T2處理類胡蘿卜素含量最高,顯著高于T1、T4。之后類胡蘿卜素含量逐漸下降,并隨種植密度的增加而降低。移栽后68 d與47 d相比,T1-T4處理降幅分別為29.95%、41.51%、39.52%和33.72%。說(shuō)明T2處理既能確保煙株生長(zhǎng)前中期積累較多的質(zhì)體色素,又能使后期質(zhì)體色素充分降解,這對(duì)調(diào)制時(shí)提高煙葉香氣物質(zhì)有重要作用。
2.3 ?不同處理對(duì)雪茄煙葉總糖、淀粉和總氮含量的影響
從圖2A可以看出,移栽后40 d至61 d,各處理總糖含量均呈上升趨勢(shì),61 d后下降。移栽后40 d,隨密度增加總糖含量逐漸下降,T1與T2間無(wú)顯著差異;移栽后54 d,T3處理總糖含量最高,T2、T1、T4處理依次遞減;移栽后61至68 d,T2處理總糖含量最高,與T1、T4處理達(dá)顯著水平,T3處理次之。
移栽后40至61 d,不同處理煙葉中淀粉含量先升高后降低(圖2B),但68 d時(shí)迅速增加,這可能與打頂后光合產(chǎn)物集中向煙葉內(nèi)分配有關(guān)。移栽初期T1處理淀粉含量較高,移栽后47至68 d,T2和T3處理淀粉含量始終保持在較高水平,且二者之間差異不顯著,均顯著高于T1處理。移栽后68 d淀粉含量最高,與移栽后40 d相比,T1、T2、T3、T4處理分別增加了3.12、6.84、5.67、4.37倍。
由圖2C可知,各處理總氮含量隨煙葉生長(zhǎng)呈先上升后下降趨勢(shì),移栽后61 d趨于平緩。各時(shí)期總氮含量均隨密度的增加而降低,移栽后47 d,煙葉中總氮含量達(dá)到峰值,T1處理最高,與T2處理無(wú)顯著差異,與T3、T4差異顯著。移栽后54 d,各處理間無(wú)顯著差異;61至68 d,T1、T2、T3處理間差異不顯著,T4與T1、T2差異顯著。
2.4 ?不同處理對(duì)調(diào)制后煙葉化學(xué)成分含量的影響
由表3可知,隨著種植密度的增加,煙葉總糖、還原糖含量呈上升趨勢(shì),T2、T3、T4處理間差異不顯著,但都顯著高于T1。與糖含量相反,總氮和煙堿含量隨植煙密度的增加而降低,T2和T3處理差異不顯著,但二者顯著高于T4處理。T2處理淀粉和蛋白質(zhì)含量最低,鉀含量最高。鉀氯比在4以上燃燒性較好[7],各處理鉀氯比均大于4,以T2處理最高。氮堿比接近1煙葉質(zhì)量好[7],T1處理最接近1,T2與T1無(wú)顯著差異。綜合來(lái)看,各化學(xué)成分以T2處理更為協(xié)調(diào)。
2.5 ?不同處理對(duì)雪茄煙感官質(zhì)量的影響
由表4可知,在19 500~22 500株/hm2(T1-T3處理)范圍內(nèi),隨著種植密度的增加,煙葉香氣質(zhì)、香氣量、刺激性、余味以及燃燒性等指標(biāo)的分值提高,密度超過(guò)22 500株/hm2時(shí),這些指標(biāo)分值下降,說(shuō)明植煙密度過(guò)高,煙葉感官質(zhì)量下降。T2處理煙葉感官質(zhì)量總分最高,說(shuō)明T2處理煙葉感官質(zhì)量較好,表現(xiàn)為香氣質(zhì)好、香氣量足、刺激性較小以及燃燒性高等,其次為T3處理。
3 ?討 ?論
煙草中碳氮代謝的強(qiáng)度以及協(xié)調(diào)程度對(duì)化學(xué)成分的形成和轉(zhuǎn)化有重要影響,種植密度可通過(guò)改變煙田的溫度、光照強(qiáng)度、濕度等,進(jìn)而影響葉片碳氮代謝的程度[15]。在葉片生長(zhǎng)過(guò)程中,AL和NI是衡量碳代謝的關(guān)鍵指標(biāo),可將光合作用積累的淀粉、蔗糖等水解為單糖,為氮代謝提供能量與碳源,調(diào)節(jié)葉片中淀粉和水溶性總糖的積累量[2,16]。本研究表明,AL活性在前期較低,隨煙葉生長(zhǎng)發(fā)育逐漸上升,NI活性在旺長(zhǎng)期前一直增加至峰值后下降,同時(shí)總糖含量表現(xiàn)為增加趨勢(shì),而淀粉含量先升高后降低,68 d后迅速增加,這說(shuō)明在煙葉生長(zhǎng)后期主要以碳代謝為主,糖類物質(zhì)積累,以維持生命活動(dòng)和生長(zhǎng)發(fā)育。這與康雪莉等[17]在吉林曬煙上的研究結(jié)果一致。處理間比較,T1、T4處理煙葉AL、NI活性以及總糖、淀粉含量一直處于較低水平,可能由于T1處理密度過(guò)小,光照強(qiáng)度增大,導(dǎo)致光抑制或光損傷現(xiàn)象發(fā)生,使酶活性系統(tǒng)紊亂[18];而T4處理密度過(guò)大,煙株之間通風(fēng)不良,呼吸作用導(dǎo)致環(huán)境溫度升高,酶活性受高溫脅迫影響[19],煙葉生長(zhǎng)受到抑制,碳代謝強(qiáng)度下降,總糖和淀粉合成和轉(zhuǎn)化較少,這也與趙松超等[20]在種植密度對(duì)抗氧化酶活性的影響上研究一致。T2、T3處理煙葉酶活性和總糖、淀粉含量較高,說(shuō)明這兩個(gè)密度形成的田間小氣候以及煙田的群體光合效能較好,碳代謝強(qiáng)度增強(qiáng),有利于含碳化合物的合成和轉(zhuǎn)化,T2較優(yōu)于T3處理。NR是植物氮代謝的限速酶,氮代謝強(qiáng)度直接影響到煙葉含氮化合物的形成[1]。本研究中,NR活性在前期較高,隨煙葉生長(zhǎng)而逐漸下降,同時(shí)總氮、葉綠素和類胡蘿卜素含量也在移栽47 d后降低,說(shuō)明煙株生長(zhǎng)前期氮代謝旺盛,有利于根系對(duì)氮素的吸收和利用,這與凡聰?shù)萚21]在蛟河曬紅煙上的結(jié)果略有不同,可能由于雪茄煙生育期較短,氮代謝酶活性以及質(zhì)體色素含量到達(dá)峰值的時(shí)間提前。處理間比較,T2、T3處理煙葉NR活性較高,氮代謝強(qiáng)度較強(qiáng)。總氮和類胡蘿卜素含量隨密度增加而降低,這可能因?yàn)槊芏冗^(guò)大使煙株前期根系生長(zhǎng)較弱,吸收的氮素較少[22]。移栽初期葉綠素含量隨密度增加而降低,可能與密度過(guò)大,葉片相互遮擋,光合速率減弱有關(guān)[18];后期葉綠素隨密度增加而增加,說(shuō)明密度過(guò)小光照增強(qiáng),促進(jìn)了葉綠素的分解[23]。
植煙密度在影響田間煙葉碳氮代謝協(xié)調(diào)程度的同時(shí)也影響了煙葉中的化學(xué)成分[15]。糖含量對(duì)煙氣的香吃味有重要影響,糖堿比協(xié)調(diào)能使煙氣醇和,濃度和勁頭適宜,有利于煙葉的內(nèi)在品質(zhì)[17]。馬波波等[23]對(duì)曬紅煙的研究表明,隨著密度的降低,煙葉中氮類化合物含量增加,糖類含量降低。本研究發(fā)現(xiàn),隨密度增加,調(diào)制后煙葉總氮和煙堿含量下降,糖含量和糖堿比增加。與烤煙相比,雪茄煙葉中糖含量較低,這是因?yàn)檠┣褵熑~晾制時(shí)間較長(zhǎng),糖類物質(zhì)為呼吸作用所消耗[24]。調(diào)制后煙葉淀粉和蛋白質(zhì)含量過(guò)高,會(huì)使抽吸時(shí)香氣和吃味變差,而較高的鉀含量對(duì)煙葉燃燒性有利,優(yōu)質(zhì)煙葉的鉀氯比應(yīng)大于或等于4[7]。本研究結(jié)果表明,T2處理煙葉淀粉、蛋白質(zhì)含量在優(yōu)質(zhì)煙葉范圍內(nèi)且較其他處理低,鉀氯比最高,說(shuō)明該密度下煙葉香吃味、燃燒性較好。這與畢文榮等[25]研究結(jié)果相一致。
晾制后的雪茄煙葉作為直接卷制的雪茄原料,其感官質(zhì)量是鑒定煙葉品質(zhì)的一個(gè)直接方法[7]。本試驗(yàn)表明,種植密度對(duì)雪茄煙感官質(zhì)量有一定影響,T2處理煙葉評(píng)吸總分較高,煙葉感官質(zhì)量較優(yōu),有利于提高煙葉品質(zhì),其次為T3處理。
4 ?結(jié) ?論
綜合來(lái)看,不同植煙密度對(duì)雪茄煙葉碳氮代謝相關(guān)酶活性和各種化學(xué)成分都有顯著影響,21 000株/hm2處理的煙葉酶活性較高,有助于煙葉內(nèi)碳水化合物及含氮化合物的轉(zhuǎn)化,各項(xiàng)化學(xué)成分更適宜,感官質(zhì)量較好。因此在四川什邡雪茄煙種植區(qū)宜采用21 000株/hm2的植煙密度,22 500株/hm2次之。本研究可為該地區(qū)雪茄煙葉種植生產(chǎn)提供理論參考。
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