李金奧 張思唯 劉博遠(yuǎn) 鐘 秋 秦艷青 鄒宇航 趙銘欽
(1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院,450002,河南鄭州;2四川省煙草公司德陽市公司,618400,四川德陽)
雪茄煙是一種特殊的煙草制品,由雪茄煙葉直接卷制而成,具有味苦透甘、香氣醇厚和滿足感強(qiáng)等特點(diǎn)。目前國(guó)產(chǎn)雪茄煙所用原料大部分依賴進(jìn)口,國(guó)內(nèi)雪茄煙原料生產(chǎn)起步較晚,整體質(zhì)量偏低。四川省是我國(guó)傳統(tǒng)晾曬煙產(chǎn)區(qū),其生態(tài)條件適宜雪茄煙生長(zhǎng),但栽培調(diào)制技術(shù)尚未形成規(guī)范,仍存在施氮量過高、種植密度過大和起壟方式不規(guī)范等問題,種植的雪茄煙煙葉質(zhì)量無法滿足國(guó)內(nèi)雪茄煙工業(yè)生產(chǎn)需求[1]。
不同種植密度對(duì)煙田光、溫、水和土等因素有重要影響,有研究表明,這些因素也會(huì)影響植物體內(nèi)抗氧化酶活性[2-3]。四川地區(qū)降雨量較大,土壤通透性較差,不利于雪茄煙伸根期根系的生長(zhǎng)發(fā)育,容易造成煙葉后期抗逆性較差[4]。種植密度過低時(shí)無法保證煙葉產(chǎn)量,過高時(shí)則影響煙葉發(fā)育,降低煙葉質(zhì)量[5]。煙葉進(jìn)入成熟期后,中上部煙葉在高溫高光等不良因素脅迫下易發(fā)生早衰和假熟等現(xiàn)象,煙葉膜脂過氧化程度加大,使煙葉出現(xiàn)粗筋和厚葉等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響煙葉品質(zhì)[6-8]。研究表明,影響植物體內(nèi)抗氧化酶活性的因素主要為溫度、水分、光照強(qiáng)度、氮素分布以及煙葉自身成熟度等。谷萌萌等[9]研究表明,煙葉生長(zhǎng)前期降雨量和成熟期高溫與煙葉“高溫逼熟”發(fā)生率有正相關(guān)關(guān)系;盧素萍等[10]研究表明,不同光質(zhì)對(duì)煙葉膜脂過氧化程度有重要的影響;王志恒等[11]研究表明,高溫對(duì)植物膜脂過氧化特性有顯著的影響。
目前關(guān)于煙草膜脂過氧化特性的研究主要圍繞在烤煙方面,雪茄煙作為一種新型煙草,與傳統(tǒng)烤煙有所不同,其葉片較薄,留葉數(shù)較少,成熟周期較短。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有研究大多是對(duì)煙葉化學(xué)成分等調(diào)制后指標(biāo)進(jìn)行分析,極少關(guān)注不同種植密度對(duì)煙葉膜脂過氧化特性的影響,而從近些年四川雪茄煙生產(chǎn)實(shí)際中發(fā)現(xiàn),四川省目前的種植密度可能過高,影響了四川省雪茄煙的煙葉質(zhì)量。本試驗(yàn)通過探究不同種植密度下雪茄煙煙葉抗氧化能力的強(qiáng)弱及不同環(huán)境因素對(duì)煙葉膜脂過氧化程度的影響,結(jié)合其化學(xué)成分、感官質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性狀的差異,確定適宜四川省雪茄煙的種植密度,為提高四川省雪茄煙煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量及工業(yè)可用性提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)于2019年4-9月在四川省德陽市什邡市師古鎮(zhèn)洛陽村試驗(yàn)田進(jìn)行,供試土壤為砂壤土,前茬作物為水稻。試驗(yàn)田地勢(shì)平坦,肥力均勻,土壤pH值5.38,有機(jī)質(zhì)28.66g/kg,速效鉀85.71mg/kg,速效磷34.22mg/kg,堿解氮120mg/kg,供試品種為當(dāng)?shù)刂髟匝┣褵熎贩N德雪一號(hào)。當(dāng)?shù)爻R?guī)種植密度為24 000株/hm2,行距110cm,株距38cm。
試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理:18 000株/hm2,行距120cm,株距46cm(T1);19 500株/hm2,行距120cm,株距43cm(T2);21 000株/hm2,行距120cm,株距40cm(T3);22 500株/hm2,行距110cm,株距40cm(T4);24 000株/hm2,行距110cm,株距38cm(T5)。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù),共15個(gè)小區(qū),小區(qū)面積200m2。田塊周圍設(shè)保護(hù)行,小區(qū)間設(shè)0.5m寬過道。
煙株于2019年4月30日移栽,移栽后55d打頂,留葉數(shù)18~20片。氮肥水平為總施氮量150kg/hm2(N∶P2O5∶K2O 為 1∶0.5∶2),肥料為當(dāng)?shù)責(zé)煵莨咎峁┑臒煵輰S脧?fù)合肥375kg/hm2(N∶P2O5∶K2O=10∶20∶20)、硝酸鉀農(nóng)業(yè)肥 675kg/hm2(N∶P2O5∶K2O=13∶0∶46)和河南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地提供的煙草高炭基肥750kg/hm2(N∶P2O5∶K2O=1.7∶0∶0)。肥料分別于植株移栽前以及移栽后30d條施于試驗(yàn)田中?;逝c追肥比例為7∶3。田間管理與后續(xù)調(diào)制按當(dāng)?shù)匮┣褵熒a(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一進(jìn)行。
1.3.1 田間微環(huán)境 自打頂后7d開始,每7d在各小區(qū)使用五點(diǎn)取樣法于上午10∶00-11∶00氣候穩(wěn)定時(shí)測(cè)定。使用WS-2020溫濕度表(江蘇龍禾電子有限公司)在距地面20cm處測(cè)定壟間溫濕度;使用TES1332A數(shù)字式照度計(jì)(泰仕電子工業(yè)股份有限公司)在煙株從下至上10~12片煙葉處測(cè)定煙葉接收的光強(qiáng)。
1.3.2 丙二醛(MDA)含量 自打頂后7d開始,每小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的煙株20株進(jìn)行掛牌標(biāo)記,每7d選取煙株從下至上10~12片煙葉,在葉片中部剪取0.1g葉片放入液氮保存,然后采用雙組分分光光度計(jì)法測(cè)定煙葉MDA含量[12],每個(gè)處理重復(fù)3次。
1.3.3 抗氧化酶活性 取樣及保存方法同1.3.2,采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過氧化物酶(POD)活性[13]、分光光度法測(cè)定過氧化氫酶(CAT)活性[14]以及NBT光還原法測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性[15],每個(gè)處理重復(fù)3次。
1.3.4 煙葉常規(guī)化學(xué)成分 取各處理調(diào)制后中部三等煙葉各1kg,于60℃烘干,研磨粉碎后過60目篩,稱取0.25g煙樣于50mL小白瓶中,加入25mL 5%醋酸溶液,震蕩30min后用定性濾紙過濾,采用流動(dòng)分析法測(cè)定濾液中煙草常規(guī)化學(xué)成分[16]。
1.3.5 煙葉感官質(zhì)量 取各處理調(diào)制后中部三等煙葉按照YC/T 138-1998的方法對(duì)雪茄煙樣品進(jìn)行感官質(zhì)量的測(cè)定,并按表1雪茄煙感官質(zhì)量評(píng)分權(quán)重加權(quán)計(jì)算總分。
表1 雪茄煙感官質(zhì)量評(píng)分權(quán)重Table 1 Cigar sensory quality score weight
1.3.6 煙葉經(jīng)濟(jì)性狀 按四川省當(dāng)?shù)匮┣褵熓召?gòu)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定發(fā)酵后的煙葉產(chǎn)量、均價(jià)和茄衣比例。
采用Microsoft Excel 2010軟件作圖,利用SPSS 23.0軟件進(jìn)行單因素方差分析與相關(guān)性分析。
由表2可知,在同一時(shí)間下田間溫度隨種植密度的增大而升高。T5處理成熟期內(nèi)溫度最高,達(dá)到38.90℃。T2、T3和T4處理在打頂后7~14d田間溫度未出現(xiàn)顯著性差異,可能是由于打頂后前期煙株中上部葉面積較小,對(duì)田間環(huán)境的影響較小。在打頂后21d,隨著煙葉葉面積增大,T3處理與T4、T2的田間溫度出現(xiàn)顯著性差異。打頂后35d,T4和T5處理與其他處理的田間溫度出現(xiàn)顯著性差異
表2 種植密度對(duì)田間微氣候的影響Table 2 Effects of planting density on field microclimate
同一時(shí)期內(nèi)相對(duì)濕度隨密度增大而逐漸增大,打頂后14d開始,各處理間出現(xiàn)顯著性差異。隨著煙葉種植密度增大,煙葉的蒸騰作用增強(qiáng),同時(shí)田間通風(fēng)降低,田間濕度逐漸增加。打頂后35d,T5處理相對(duì)濕度較T1處理增加了16%。
同一時(shí)期內(nèi)光照強(qiáng)度隨密度升高而降低,打頂后7d,T1處理與T3、T4、T5處理之間存在顯著性差異。隨著煙葉生長(zhǎng),上部葉對(duì)陽光的遮擋程度逐漸加大,打頂后35d,T1與T2處理之間存在顯著性差異,T3與T4處理之間存在顯著性差異,T2與T3之間無顯著性差異。打頂后7dT5處理煙葉光照強(qiáng)度一直處于較低水平,與T1和T2處理存在顯著性差異。打頂后35d,T5處理光照強(qiáng)度較T3處理降低了26.5%,且與T1、T2和T3處理存在顯著性差異。
MDA作為膜脂過氧化反應(yīng)的最終產(chǎn)物,其含量的高低一定程度上可反映煙葉內(nèi)膜脂過氧化程度的高低。由圖1可知,成熟期內(nèi)T1、T2、T5處理煙葉MDA含量呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì);T3和T4處理呈現(xiàn)逐漸上升趨勢(shì)。在打頂后7d,T3、T4處理與T1、T2和T5處理出現(xiàn)顯著性差異,在21d后,隨著下部煙葉開始采收,煙株?duì)I養(yǎng)向中上部葉轉(zhuǎn)移,各處理MDA含量增加速度明顯加快。同一時(shí)期內(nèi)T3和T4處理MDA含量仍處于較低水平。T1處理MDA含量在各處理中均最高。之后T4、T5處理MDA含量增長(zhǎng)速度明顯升高,打頂后35d,T4和T5處理MDA含量顯著高于T3處理。說明T3處理成熟期煙葉膜脂過氧化程度較輕,有利于煙葉內(nèi)含物質(zhì)轉(zhuǎn)化及其生長(zhǎng)發(fā)育。
圖1 種植密度對(duì)雪茄煙MDA含量的影響Fig.1 Effects of planting density on MDA content in cigars
由表3可知,各處理下煙葉膜脂過氧化水平與田間溫度均呈顯著正相關(guān)關(guān)系,其中除T5外,其他處理溫度與煙葉膜脂過氧化程度極顯著相關(guān)(P<0.01),T5處理與其顯著相關(guān)(P<0.05)。T1處理煙葉膜脂過氧化程度與濕度呈負(fù)相關(guān),但未達(dá)顯著水平。T1處理MDA含量與光照強(qiáng)度呈顯著正相關(guān),說明此時(shí)煙葉所受光強(qiáng)過大,從而影響相關(guān)抗氧化酶活性,造成煙葉膜脂過氧化程度加大。T2、T3、T4和T5處理濕度、光強(qiáng)與煙葉膜脂過氧化程度之間無顯著相關(guān)性。
表3 煙葉MDA含量與田間溫濕度和光照強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficient between MDA contents of cigars leaves and temperature,humidity and light intensity in the field
如圖2所示,同一處理的POD、CAT、SOD活性均呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢(shì)。各處理POD活性在打頂后28d達(dá)到最高值,之后開始下降。此時(shí)各處理差異開始增大。成熟期內(nèi)整體上各處理POD活性以T3處理較高,T1處理最低。打頂后14d,T3處理POD活性顯著高于T4處理。打頂后28d,T3、T4與其他處理出現(xiàn)顯著性差異。
圖2 種植密度對(duì)雪茄POD、CAT和SOD活性的影響Fig.2 Effects of planting density on activities of POD,CAT,and SOD in cigars
各處理CAT活性在打頂后14d達(dá)到最高值,此時(shí)T3處理酶活性最高,達(dá)到228.83U/(mg·min),打頂后21d,T2、T3和T4處理CAT活性顯著高于T1和T5處理。打頂后28d,T3處理CAT活性顯著高于T4處理,T5處理CAT活性顯著低于其他處理。打頂后35d各處理間皆出現(xiàn)顯著性差異,T3處理CAT活性最高,為87.69U/(mg·min),T1處理最低,為26.44U/(mg·min),T1較T3處理降低了69.8%。
T3處理SOD活性在打頂后21d達(dá)到最大值,之后開始下降。同一時(shí)期均以T3處理SOD活性最高,T1處理活性最低,在打頂后7d,T3處理SOD活性顯著高于其他處理,在打頂后21d,T3與T1、T2、T5處理出現(xiàn)顯著性差異。打頂后28d和35d,T3處理與其他各處理皆出現(xiàn)顯著性差異。
由表4可以看出,煙葉中總糖和還原糖含量隨種植密度的增大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。T3處理煙葉總糖和還原糖含量最高,分別為1.86%和0.67%,且顯著高于T1和T5處理。當(dāng)種植密度高于22 500株/hm2時(shí),煙葉總糖含量顯著下降。T3處理總糖含量較T5處理增加了53.7%。煙堿含量隨種植密度的增大整體呈降低趨勢(shì),T1處理煙堿含量顯著高于T5處理。各處理鉀含量在2.24%~3.65%之間,其中T1處理最高,為3.65%,T1和T3處理鉀含量顯著高于T2、T4和T5處理。氯含量各處理間差異較小,且均處于較低水平,與四川省土壤中氯含量較低有關(guān)。優(yōu)質(zhì)雪茄煙化學(xué)成分適宜范圍為總糖2%左右、總氮4%~6%、煙堿2.8%~3.8%、鉀≥2%、氯0.3%~0.6%、鉀氯比≥6[17-18]。結(jié)合優(yōu)質(zhì)雪茄煙化學(xué)成分可知,四川省雪茄煙相比于優(yōu)質(zhì)雪茄煙總糖含量較低,其余各指標(biāo)皆處于優(yōu)質(zhì)雪茄煙適宜范圍內(nèi)??偟枯^適宜,鉀氯比較高,煙葉燃燒性較好,適宜性指標(biāo)中由于煙葉總糖含量較低,糖堿比較低,影響其吸食品質(zhì)。各處理中T3處理總糖含量較高,糖堿比較大,鉀氯比較高,煙葉刺激性小,燃燒性較好,有利于改善四川省雪茄煙糖含量較低的缺點(diǎn)。
表4 種植密度對(duì)雪茄煙晾制后化學(xué)成分的影響Table 4 Effects of planting density on the chemical composition of cigar after airing
由表5可知,感官質(zhì)量得分以T2和T3處理最高。T4和T5處理相比T3處理煙葉煙氣濃度有所下降,煙灰雜質(zhì)有所增加,總分明顯降低。
表5 種植密度對(duì)雪茄煙煙葉感官質(zhì)量的影響Table 5 Effects of planting density on sensory quality of cigar tobacco leaves
由表6可知,煙葉產(chǎn)量隨種植密度的增大呈先升后降的趨勢(shì),其中T4處理煙葉產(chǎn)量最大,但煙葉均價(jià)、產(chǎn)值和茄衣比例均以T3處理最佳,且顯著高于T5處理(當(dāng)?shù)噩F(xiàn)行常規(guī)種植密度24 000株/hm2)。綜合對(duì)比各處理煙葉經(jīng)濟(jì)性狀以T3處理最佳。
表6 種植密度對(duì)雪茄煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響Table 6 The effects of planting density on the economic characteristics of cigar tobacco
同一時(shí)期溫度隨種植密度的增大而升高。各處理溫度均與煙葉膜脂過氧化程度呈顯著正相關(guān)關(guān)系,說明成熟期內(nèi)溫度超過了雪茄煙正常生長(zhǎng)發(fā)育所需的溫度范圍,加大了煙葉的膜脂過氧化程度。趙松超等[19]研究表明種植密度增大時(shí)田間溫度升高,與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。但穰中文等[20]的研究結(jié)果表明當(dāng)煙株種植密度過大時(shí),由于葉面所受光照被上部葉遮擋,造成壟間溫度有所下降,本試驗(yàn)中并未出現(xiàn)密度增大而溫度下降的現(xiàn)象,可能是試驗(yàn)地點(diǎn)不同,環(huán)境氣候有所改變,以及雪茄煙葉面積較烤煙較小所致。
在T1處理下,光照強(qiáng)度與煙葉膜脂過氧化程度呈正相關(guān)關(guān)系,表明煙葉在此密度下受高光強(qiáng)影響從而加深了膜脂過氧化程度。濕度與煙葉膜脂過氧化程度未出現(xiàn)相關(guān)關(guān)系,說明此時(shí)各處理濕度處在煙葉生長(zhǎng)的適宜范圍內(nèi)。綜上所述,除T1處理受高光強(qiáng)度影響外,其余處理主要受到高溫影響,從而加深煙葉膜脂過氧化程度,但T2處理溫度并未與T3和T4處理出現(xiàn)顯著性差異,故可得煙葉在19 500~22 500株/hm2密度下其田間微氣候較適宜煙葉生長(zhǎng)。
植物細(xì)胞中活性氧的清除主要依靠SOD、CAT和POD互相協(xié)同。SOD能夠清除細(xì)胞內(nèi)的超氧陰離子,POD和CAT可以使H2O2歧化成無毒的水和氧分子,從而減輕植物膜脂過氧化程度[21]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,各處理抗氧化酶活性隨煙葉成熟度變化皆為先升高后降低,這可能是由于煙葉進(jìn)入成熟期后細(xì)胞內(nèi)活性氧分子增多,刺激抗氧化酶相關(guān)基因的表達(dá),使得相關(guān)酶活性開始上升[22],后期出現(xiàn)下降則可能是因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)活性氧分子含量過高,超出細(xì)胞的承受范圍,破壞了細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),影響了相關(guān)蛋白質(zhì)以及其他物質(zhì)的合成[23]。18 000株/hm2種植密度下煙葉在高光強(qiáng)影響下光合作用加強(qiáng),葉片衰老加快,從而破壞了抗氧化酶系統(tǒng),使成熟后期POD、SOD和CAT活性降低,加劇了煙葉膜脂過氧化程度。隨著種植密度的增大,煙葉所受光照強(qiáng)度減小,煙葉CAT與POD活性逐漸提升,煙葉膜脂過氧化程度有所降低,此結(jié)果與朱大恒等[24]的研究結(jié)果一致。當(dāng)種植密度大于19 500株/hm2時(shí)光照強(qiáng)度與煙葉膜脂過氧化程度不再具有顯著相關(guān)性。
種植密度19 500~22 500株/hm2時(shí)煙葉抗氧化酶活性高于18 000株/hm2,且隨著煙葉逐漸成熟,其抗氧化酶活性差異逐漸增大。當(dāng)種植密度高于22 500株/hm2時(shí)抗氧化酶活性出現(xiàn)降低趨勢(shì),表明煙葉在高種植密度下溫濕度等因素對(duì)煙葉抗氧化酶系統(tǒng)造成一定影響,且雪茄煙煙葉在成熟時(shí)其葉長(zhǎng)在50~60cm之間,24 000株/hm2密度下株間距為38cm,此時(shí)中部煙葉會(huì)受上部煙葉遮擋而無法得到較充足的光照,且田間通風(fēng)受到影響,其抗氧化酶活性也會(huì)有所下降。李美茹等[25]的研究結(jié)果也表明,弱光環(huán)境下的植物其抗氧化能力較正常光照范圍有所下降。綜上所述,種植密度為21 000株/hm2時(shí)煙葉抗氧化酶活性水平較高,煙葉膜脂過氧化程度較低,有利于煙葉成熟期內(nèi)清除細(xì)胞內(nèi)生成的大量活性氧分子,維持煙葉正常的代謝活動(dòng)及生長(zhǎng)發(fā)育。
煙葉化學(xué)成分是衡量煙葉品質(zhì)最主要的依據(jù)之一,由于雪茄煙調(diào)制過程較長(zhǎng),糖類物質(zhì)損耗較多,而煙堿和總氮含量較高,煙葉接近堿性。國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)雪茄煙化學(xué)成分評(píng)價(jià)尚未形成規(guī)范完備的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)比國(guó)內(nèi)外優(yōu)質(zhì)雪茄煙產(chǎn)區(qū)與本試驗(yàn)各處理煙葉的雪茄煙化學(xué)成分,總糖含量低是四川省雪茄煙存在的主要問題,這可能與四川省打頂時(shí)期較早有關(guān),海南省打頂時(shí)期為移栽后60d,而四川省打頂時(shí)期在打頂后55d左右,也可能是由四川省雪茄煙種植密度過高,成熟期內(nèi)含物質(zhì)積累不足造成的。
曹陽等[26]研究表明,適當(dāng)增大種植密度對(duì)煙葉總糖、總氮和鉀含量有一定提升。而本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),總糖、還原糖和鉀含量隨種植密度的增大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),在中等種植密度時(shí),煙葉總糖和還原糖含量最高,這可能是由于種植密度過高時(shí),溫度過高、光強(qiáng)過低和煙株根系發(fā)育不良等因素影響了煙葉相關(guān)物質(zhì)的合成與代謝。而煙堿含量隨種植密度的增大呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),這與朱命陽[27]的研究結(jié)果一致。
感官評(píng)吸質(zhì)量也以T3處理最好,其煙氣濃度適中,香氣質(zhì)好,香氣量較充足,勁頭適中,刺激性較小,余味舒適。5個(gè)處理中T3處理產(chǎn)量雖較T4處理稍低,但煙葉均價(jià)、產(chǎn)值和茄衣比例均為最佳,且顯著高于常規(guī)種植密度。綜合比較,T3處理煙葉化學(xué)成分最協(xié)調(diào),感官質(zhì)量最佳,經(jīng)濟(jì)性狀最好。
種植密度對(duì)成熟期雪茄煙生長(zhǎng)環(huán)境有顯著影響,其中高溫是造成煙葉膜脂過氧化水平增大的主要因素,應(yīng)適當(dāng)降低密度,保持田間通風(fēng)。當(dāng)種植密度為21 000株/hm2時(shí)煙葉抗氧化酶活性較高,膜脂過氧化程度較低,總糖含量較高,煙堿含量較適宜,鉀氯比較高,化學(xué)成分較為協(xié)調(diào),感官質(zhì)量得分最高。經(jīng)濟(jì)性狀方面煙葉產(chǎn)值及茄衣比例皆以21 000株/hm2密度下表現(xiàn)最好,與當(dāng)?shù)爻R?guī)種植密度24 000株/hm2相比,21 000株/hm2下煙葉產(chǎn)值與茄衣比例分別提升了0.9萬元/hm2與7%。綜上所述,種植密度為21 000株/hm2時(shí)煙葉抗氧化能力較強(qiáng),煙葉品質(zhì)較好,產(chǎn)值及茄衣比例均有所提升,為四川省雪茄煙適宜種植密度。