過偉民,張艷玲,蔡憲杰,王建偉,王維超,曹曉濤,楊旭霞,李淑霞,尹啟生＊

1.中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院,鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號(hào) 450001

2.許昌市煙草公司襄城縣分公司,河南省許昌市襄城縣城關(guān)鎮(zhèn) 461700

光質(zhì)是指太陽輻射成分及其各波段所含能量,其特征光譜包括紫外線、可見光和紅外線等[1]。光是影響烤煙生長(zhǎng)發(fā)育的最重要環(huán)境因子之一,它不僅是光合作用的能量來源,同時(shí)也是調(diào)節(jié)光形態(tài)建成、光周期反應(yīng)以及內(nèi)在生物鐘節(jié)律性等植物重要生命活動(dòng)的信號(hào)[2]。近年來,隨著空氣污染、平流層臭氧減薄等環(huán)境變化,光質(zhì)對(duì)植物形態(tài)建成和產(chǎn)量品質(zhì)的影響問題已成為研究的熱點(diǎn)之一。有研究表明,光質(zhì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育[3-5]、光合特性[6-7]、產(chǎn)量品質(zhì)、抗逆和衰老[8-10]等方面均有較大影響。目前有關(guān)光質(zhì)對(duì)煙草生長(zhǎng)發(fā)育及品質(zhì)方面的研究多集中在光強(qiáng)因子方面[11-13],而對(duì)光質(zhì)的研究?jī)H為單色光[14-15],有研究[16-17]推斷云南地區(qū)煙葉獨(dú)特的風(fēng)格特色和香味物質(zhì)構(gòu)成可能與其光照中較高比例的紫外光輻射有關(guān),而太陽光譜組成與煙葉品質(zhì)關(guān)系方面的研究甚少。

濃香型煙葉在我國(guó)卷煙工業(yè)配方中占重要地位,其香氣濃馥陳逸,特色鮮明,但目前關(guān)于濃香型煙葉風(fēng)格特色形成的生態(tài)基礎(chǔ)尚不清楚。本試驗(yàn)以濃香風(fēng)格特色典型產(chǎn)區(qū)襄城縣為例,擬利用不同顏色濾光膜模擬不同的太陽光譜微環(huán)境,探討太陽光譜組成對(duì)濃香型煙葉部分品質(zhì)指標(biāo)的影響,旨在明確濃香型煙葉特色的形成機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2010年在河南省襄城縣王洛鎮(zhèn)進(jìn)行。供試品種為K326,土壤為潮土,試驗(yàn)點(diǎn)地勢(shì)平坦,肥力均勻,土壤有機(jī)質(zhì)12.50 g/kg,速效氮47.90 m g/kg,速效磷21.46 m g/kg,速效鉀141.33 m g/kg,pH7.4。5月11日移栽,施肥及田間管理措施按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用田間對(duì)比試驗(yàn),以透光率相近的不同顏色濾光膜形成不同的光質(zhì)微環(huán)境,設(shè)置白色膜、紅色膜、藍(lán)色膜、黃色膜4個(gè)處理,以不覆蓋薄膜作為大田對(duì)照。小區(qū)面積約150 m2,重復(fù)3次,隨機(jī)區(qū)組排列。

具體操作方法為煙苗移栽后約55 d利用塑料大棚覆蓋薄膜至采收結(jié)束,棚長(zhǎng)30 m,寬5 m,高2.5 m,處理薄膜頂部為弓形,以保證大棚內(nèi)空氣流動(dòng),使溫、濕度等條件保持一致。試驗(yàn)處理除覆蓋薄膜顏色不同外,各小區(qū)所有栽培措施和環(huán)境調(diào)控措施均嚴(yán)格保持一致。

1.3 取樣與分析方法

1.3.1 光譜組成的測(cè)定

選擇晴朗天氣上午11:00時(shí)左右,采用A vafield-1便攜式地物光譜儀(荷蘭、2048×14像素背照式CCD探測(cè)器,光譜測(cè)量范圍200～1100 nm)測(cè)定各處理光譜的組成,每個(gè)處理薄膜隨機(jī)選取5點(diǎn),取平均值,比較自然光透過不同顏色濾光膜后光質(zhì)的變化。分別計(jì)算199～1100 nm波長(zhǎng)光的總輻射強(qiáng)度,紫光(390～455 nm)、青藍(lán)光(455～492 nm)、綠光(492～577 nm)、黃光(577～597 nm)、橙色光(597～622 nm)、紅光(622～760 nm)的輻射強(qiáng)度,并分析上述6個(gè)波段的光占總輻射強(qiáng)度的百分比。

1.3.2 烤后煙葉質(zhì)量指標(biāo)評(píng)價(jià)

在煙葉正常烘烤后,取各處理中部和上部代表性樣品2 kg,分析外觀質(zhì)量[18]、常規(guī)化學(xué)成分(總植物堿、還原糖、鉀、氯等)[19]和光合色素含量(葉黃素、類胡蘿卜素)等[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理光譜組成分析

圖1 不同處理太陽光譜組成

不同處理的光譜組成見圖1。由圖1可知,對(duì)照的輻射強(qiáng)度明顯大于覆膜處理,4個(gè)覆膜處理膜下輻射強(qiáng)度大小依次為紅>黃>藍(lán)>白。將可見光部分的光譜組成分為紫、青藍(lán)、綠、黃、橙、紅6部分(波長(zhǎng)由短到長(zhǎng)),不同處理的6部分光譜能量及其占總輻射強(qiáng)度的比例見表1。由表1可知,紫光(390～455 nm)占總輻射強(qiáng)度的比例在對(duì)照、白膜、藍(lán)膜三者間差異不大,均在9.5%左右,而紅色和黃色膜下紫光占總輻射強(qiáng)度比例較小;青藍(lán)光(455～492 nm)在不同處理間的變化規(guī)律與紫光一致;綠光(492～577 nm)占總輻射強(qiáng)度的比例以紅膜處理明顯較低,其他處理差別不大;黃光(577～597 nm)占總輻射強(qiáng)度的比例以紅膜和藍(lán)膜處理相對(duì)較低,其他處理差別不大;橙色光(597～622 nm)和紅光(622～760 nm)占總輻射強(qiáng)度的比例以紅膜較高,而藍(lán)膜較低。

總之,覆膜可明顯降低太陽光的輻射強(qiáng)度,白膜處理降低最多,其他處理隨波長(zhǎng)的增加(藍(lán)、黃、紅)降低幅度有減小趨勢(shì)。各處理中,白膜降低了可見光中6種波長(zhǎng)光所占的比例;紅膜和黃膜相對(duì)降低了短波光比例,提高了長(zhǎng)波光比例;藍(lán)膜相對(duì)降低了長(zhǎng)波光比例。

2.2 光譜組成對(duì)煙葉外觀質(zhì)量的影響

2.2.1 中部煙葉

由圖2可知,各處理烤后中部煙葉多屬桔黃色域,紅膜處理個(gè)別煙葉屬檸檬黃色域,對(duì)照和白膜處理部分煙葉顏色的純正度和均勻度較差,藍(lán)膜處理少量煙葉帶青,但顏色相對(duì)均勻飽滿;對(duì)照和白膜處理煙葉的成熟度相對(duì)較差,紅膜處理相對(duì)較好;處理間煙葉的身份指標(biāo)差別相對(duì)稍大,對(duì)照和藍(lán)膜處理煙葉的身份相對(duì)適中;白膜處理煙葉的油潤(rùn)感相對(duì)較差,藍(lán)色和黃色膜處理相對(duì)較好。

2.2.2 上部煙葉

從圖3中可以看出,不同處理上部煙葉的顏色存在明顯差異,黃色和紅色膜處理煙葉的顏色相對(duì)偏深,約20%比例煙葉屬深黃范疇,藍(lán)色和白色膜處理煙葉顏色相對(duì)略淺,且有20%～30%比例煙葉屬雜色范疇;藍(lán)色膜處理煙葉的成熟度相對(duì)較好,葉片結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松,對(duì)照煙葉的成熟度較差;不同處理煙葉的身份指標(biāo)整體差異不大;對(duì)照煙葉的油潤(rùn)感相對(duì)較強(qiáng),白色膜處理相對(duì)較差。

綜合兩部位結(jié)果可以看出,白膜處理煙葉的外觀質(zhì)量相對(duì)較差,主要表現(xiàn)為顏色的純正度較差,均勻度、飽和度等指標(biāo)一般,這可能與其小環(huán)境內(nèi)太陽光總輻射強(qiáng)度明顯較低有關(guān);藍(lán)膜處理煙葉的外觀質(zhì)量相對(duì)稍好,顏色略淺,但純正度較好,均勻飽滿,成熟度和油分等指標(biāo)相對(duì)較好。黃膜處理煙葉顏色比對(duì)照略深,尤其上部煙葉顏色相對(duì)較深,成熟度和油潤(rùn)感相對(duì)較好。

表1 不同處理6部分光譜能量及其占總輻射強(qiáng)度的比例

圖2 不同處理烤后中部煙葉外觀質(zhì)量指標(biāo)分析

圖3 不同處理烤后上部煙葉外觀質(zhì)量指標(biāo)分析

2.3 光譜組成對(duì)煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響

2.3.1 中部煙葉

從圖4可以看出,紅膜處理中部煙葉的總植物堿含量相對(duì)較高,對(duì)照相對(duì)較低,其他處理間差異不大;總氮含量處理間差異不大,紅膜處理相對(duì)較低;糖含量以藍(lán)膜處理相對(duì)較高,白膜處理相對(duì)較低。對(duì)照的淀粉含量明顯高于其他處理,紅色和白色膜處理的相對(duì)較低。協(xié)調(diào)性指標(biāo)中,糖堿比以對(duì)照相對(duì)較高,紅膜和白膜處理相對(duì)較低;對(duì)照的鉀氯比明顯低于其他處理,藍(lán)膜和黃膜處理相對(duì)較高;不同處理的氮堿比和兩糖比整體差異不大,紅膜處理的氮堿比相對(duì)較低。

2.3.2 上部煙葉

從圖5中可以看出,紅膜處理上部煙葉的總植物堿含量明顯較高,對(duì)照和白膜處理相對(duì)較低;糖含量以黃膜處理相對(duì)較高,藍(lán)膜處理相對(duì)較低;對(duì)照處理的淀粉含量明顯高于其他處理。協(xié)調(diào)性指標(biāo)中,對(duì)照和白膜處理的糖堿比明顯較高,藍(lán)膜和紅膜處理相對(duì)較低;鉀氯比以藍(lán)膜處理明顯較高,對(duì)照相對(duì)較低;對(duì)照和藍(lán)兩糖比以對(duì)照相對(duì)較高,紅膜處理相對(duì)較低。

綜合兩部位結(jié)果可以看出,覆膜可不同程度提高烤后煙葉的總植物堿含量和鉀氯比值,降低淀粉含量,其中紅膜對(duì)總植物堿和淀粉含量作用相對(duì)明顯,藍(lán)色和黃色膜對(duì)鉀氯比值作用相對(duì)明顯。

2.4 光譜組成對(duì)煙葉光合色素含量的影響

從圖6～圖7中可以看出,除白膜處理外,各處理均可不同程度降低烤后煙葉的葉黃素含量,其中紅、黃、藍(lán)色膜處理中部煙葉的葉黃素含量分別比對(duì)照下降46%,32%和48%,上部煙葉分別下降47%,49%和11%,白膜處理較對(duì)照略有升高,但上部煙葉差異不大。各處理煙葉的β-胡蘿卜素含量變化存在一定差異,藍(lán)色和白色膜處理有所上升,紅色和黃色膜處理有所下降,其中藍(lán)膜處理中部和上部煙葉的β-胡蘿卜素含量比對(duì)照分別提高18%和40%。

圖4 不同處理烤后中部煙葉常規(guī)化學(xué)成分及協(xié)調(diào)性指標(biāo)

2.5 不同種類光譜比例與煙葉化學(xué)成分的關(guān)系

對(duì)不同種類光譜能量占總輻射強(qiáng)度的比例與中部煙葉化學(xué)成分進(jìn)行相關(guān)分析(表2)表明,總植物堿和氮堿比分別與綠光比例呈顯著和極顯著的負(fù)相關(guān)和正相關(guān),兩糖比與紫光和青藍(lán)光比例呈顯著正相關(guān);β-胡蘿卜素分別與短波光(青藍(lán)光)比例和長(zhǎng)波光(紅光)比例呈顯著和極顯著正相關(guān)和負(fù)相關(guān)。

上部煙葉分析結(jié)果顯示(表3),總植物堿與綠光和青藍(lán)光呈顯著負(fù)相關(guān),淀粉和糖堿比分別與黃光呈顯著正相關(guān),氮堿比分別與青藍(lán)光和紅光呈顯著正相關(guān)和負(fù)相關(guān);葉黃素與短波光(紫、青藍(lán))比例呈顯著正相關(guān),而β-胡蘿卜素與長(zhǎng)波光(橙光、紅光)比例的負(fù)相關(guān)性分別達(dá)極顯著和顯著水平,類胡蘿卜素總量分別與短波光(紫、青藍(lán))和長(zhǎng)波光(紅)呈顯著正相關(guān)和負(fù)相關(guān)關(guān)系。

可見,與中部煙葉相比,上部煙葉與光譜比例達(dá)到顯著或極顯著相關(guān)的指標(biāo)相對(duì)較多,說明上部煙葉化學(xué)成分受光質(zhì)的影響相對(duì)較大。中部和上部煙葉化學(xué)成分與光譜組成的關(guān)系存在較好的一致性,總植物堿與短波光比例存在顯著負(fù)相關(guān)性,說明光譜組成中短波光比例的提高可能降低烤后煙葉中的總植物堿含量并提高氮堿比值。色素是烤煙生長(zhǎng)發(fā)育過程中吸收光能和進(jìn)行光能轉(zhuǎn)化的主要物質(zhì),其含量與光照強(qiáng)度和類型密切相關(guān)[21],從本試驗(yàn)結(jié)果來看,葉黃素、β-胡蘿卜素與太陽光譜中短波光的比例存在顯著正相關(guān)性,而與長(zhǎng)波光比例存在顯著或極顯著負(fù)相關(guān)性,類胡蘿卜素總量則與短波光比例存在顯著或極顯著正相關(guān)性。

圖7 不同處理上部煙葉類胡蘿卜素含量變化

表2 不同種類光譜比例與中部煙葉化學(xué)成分的關(guān)系

表3 不同種類光譜比例與上部煙葉化學(xué)成分的關(guān)系

3 結(jié)論與討論

(1)覆蓋不同顏色濾光膜對(duì)太陽光譜微環(huán)境產(chǎn)生一定影響,所有處理均相對(duì)降低太陽光的總輻射強(qiáng)度,白膜處理降低幅度最大;特定顏色薄膜能相對(duì)增加該種類或波長(zhǎng)相近光能占可見光總輻射強(qiáng)度的比例。

(2)改變光質(zhì)對(duì)烤后煙葉外觀質(zhì)量指標(biāo)中的顏色(色域、純正度、飽和度、均勻度等)影響較大,白膜處理煙葉顏色的純正度和均勻度等指標(biāo)相對(duì)較差,藍(lán)膜處理煙葉的顏色略淺,但純正度、均勻度和飽和度等指標(biāo)較好,黃膜處理煙葉的顏色相對(duì)略深,紅膜處理煙葉部位間表現(xiàn)不一致,尚待進(jìn)一步研究。

(3)改變光質(zhì)對(duì)烤后煙葉化學(xué)成分產(chǎn)生一定影響。在可見光范圍內(nèi),長(zhǎng)波光處理(紅色膜)明顯提高烤后煙葉的總植物堿含量并降低糖堿比值,這與戴冕等[22]的研究結(jié)果一致,與Tso等[15]關(guān)于紅光相對(duì)于遠(yuǎn)紅光可顯著促進(jìn)煙堿含量提高的結(jié)論相似。有報(bào)道認(rèn)為[20],在紫外光照射時(shí),煙葉中的煙堿易形成氧化煙堿、甲胺和煙酸,造成其含量相對(duì)減少,但可見光范圍內(nèi)長(zhǎng)波光促進(jìn)總植物堿含量相對(duì)增加的機(jī)理尚待進(jìn)一步研究。短波光處理(藍(lán)色膜)相對(duì)提高烤后煙葉的β-胡蘿卜素含量,所有覆膜處理(白色例外)均明顯降低烤后煙葉的葉黃素含量。

(4)總植物堿含量與短波光比例存在顯著負(fù)相關(guān)性;類胡蘿卜素類物質(zhì)與短波光比例存在顯著正相關(guān)性,而與長(zhǎng)波光比例呈顯著負(fù)相關(guān)。

本試驗(yàn)初步探討了改變光質(zhì)對(duì)烤后煙葉外觀、化學(xué)成分的影響,不同部位煙葉的研究結(jié)果一致,有關(guān)光合色素的分析結(jié)果與前人的推斷[16-17]基本一致,但由于試驗(yàn)僅為當(dāng)年結(jié)果,尚需進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證,同時(shí)在光質(zhì)與煙葉田間生長(zhǎng)發(fā)育及烤后煙葉感官質(zhì)量風(fēng)格特色的關(guān)系方面有待進(jìn)一步深入研究。

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