提高烤烟上部叶可用性研究进展

杨 磊,易 克,简永兴,腊贵晓,李英芝,刘亮飞,王 华

(1湖南农业大学农学院,长沙 410128;2湖南中烟工业有限责任公司,长沙 410007;3国家烟草栽培生理生化研究基地,河南农业大学烟草学院 ,河南郑州 450002;4湖南大学,长沙 410082)

烤烟的上部烟叶包括上二棚烟叶和顶叶,共6～ 7片叶,占整株烟叶叶片数的近 1/3,占整株总产量的30%～45%,对烤烟总体质量和产量都具有很大的影响[1]。质量好的上部叶在现代混合型卷烟和低焦油烤烟型卷烟叶组配方中起着主导作用,对卷烟香味及其风格具有很大贡献,在国内及国际市场十分畅销。但是,长期以来我国的上部烟叶存在着叶片偏厚、色深、组织结构紧密、烟碱含量过高、还原糖及糖碱比低、内在化学成分不协调等一系列问题[2～4],从而使上部叶工业可用性低,造成销路不畅,致使上部叶大量库存积压。因此,如何提高上部叶的可用性是多数烟区目前烤烟生产所面临和亟待解决的问题,它对于提高烟叶的总体质量和经济效益,保证烟草产业的可持续发展都具有重要意义。近几十年来,我国烟草科研工作者就提高上部叶的可用性进行了大量的研究,对改善上部叶的可用性起到了一定的作用,然而大多数的研究只注重栽培、采收、调制、化学调控等的一个方面或几个方面的问题[5～8]。上部烟叶可用性的提高是一项系统工程,不是改进某一项生产措施就能解决的,而需要系统的把生态条件、栽培措施、收烤工艺、收购措施等科学地结合起来,才能在一定程度上提高上部叶的可用性。本文系统全面的综述了当前针对提高上部烟叶可用性研究的各个方面,以期为提高上部烟叶的可用性提供系统、全面的事实和理论依据。

1 品种对烤烟上部烟叶可用性的影响

品种是烟叶质量的载体,是形成烟叶产量和品质最重要的条件之一。由于特定产区生态是相对稳定的,而烟草品种是可以选择和更换的,因此可以通过烟草品种的选育,使烟草品种的生长发育、生理代谢、遗传表达与特定的生态条件及其变化相适应,从而实现充分利用产区生态条件和提高烟叶产值的双重目标。如在安徽地区,云烟 85叶色橘黄略淡,顶叶开片性能较好,较耐烘烤,综合表现好;K326(新原种)在皖北表现较好;RG11有一定缺陷,但可作为辅助品种;K346上部叶在营养稍差时难以开片,即使正常开片,采收烘烤也有难度,烤后杂色较重,结构比较紧密,经济性状较差[9],因此选育上部烟叶可用性高的品种成为改善上部烟叶可用性的重要手段之一。汪耀富等[10]对中国推广种植的5个不同基因型烤烟品种烤后烟叶的致香物质含量进行了比较分析,结果表明,上部叶总的致香物质含量由高到低依次为NC89,K326,RG17,云烟 85,中烟98,中部叶依次为云烟85,中烟 98,NC89,RG17,K326。Weeks[11]比较了 20世纪 40年代至 80年代主要烤烟当家品种的挥发性成分,结果表明不同品种主要挥发性成分含量差异显著。 Tso[12],Moore等[13]研究发现,不同的烟草类型之间或同种类型不同品种之间烟碱的组成和含量都存在差别,而且这种差别可以遗传。

2 生态环境因素对上部烟叶可用性的影响

生态环境条件是烟叶质量形成的基本要素,温、光、水、土等都对上部烟叶可用性的形成有显著的影响。王能如等[9]认为较高温度易使烟碱过多积累,并降低糖的含量;强光照促使烟叶增厚、组织粗糙;干旱易使烟叶成熟不良,烘烤特性劣化。所以应重新审视移栽期,更好地利用当地气象资源,在保证大田生长期足够的前提下,尽量回避高温、烈日、干旱等不利烟叶成熟的气象条件。同时还认为,大田后期是上部烟叶质量形成阶段,干旱少雨情况下,灌溉后的上部烟叶比较宽大,烟株茎秆略高,烤后烟叶颜色有所淡、身份有所变薄、烟碱有所降低、糖分有所增加。邱标仁等[14]认为,光对烟叶的生长发育和生理代谢有显著的影响;同时认为,生产上应该结合布局调整烟区规划,选择土壤肥力适中,排灌方便,土质为轻壤至中壤的红黄沙质壤土,pH值在 5.5～6.0,光照良好的梯田坡地,以适宜中棵烟的生长。

目前,制约我国烟叶质量提高的一个主要生态因素是烤烟生长后期土壤供氮能力强,影响烟叶正常成熟,从而导致上部烟叶烟碱含量过高,糖碱比例不协调,烟叶香气不好,香气量不足,可用性较差[15]。造成这种现象主要有以下几方面的原因:一是土壤自身肥力水平较高,有机质含量高。这种现象在南方烟区烟稻轮作的区域十分明显。水稻土有机质含量普遍较高,平均水平都在 3%左右,同时土壤通透性相对较差,属于典型的“发老苗,不发小苗”的土质,与烤烟的需肥特性不吻合。平衡施肥项目研究表明,烤烟生长期内吸收的氮,约60%来自土壤。二是部分烟区受自然条件影响,烤烟成熟期雨热同期,加快了土壤中有机质养分的释放,导致烟叶发生二次生长,影响烟叶质量。郭群召等[16]认为,植烟土壤有机质含量不宜过高,一般要求有机质含量在 3.0%以下,以便人为调节氮素供应。

3 栽培技术措施对上部烟叶可用性的影响

合理的农业栽培技术是挖掘品种潜力,充分利用生态资源的重要手段。尤其是针对特定生态条件、特定的品种来说,农业栽培措施直接决定着烟叶的质量及后期的烘烤难易程度。很多研究表明[17～19],在栽培环节,氮肥的过多使用、养分的不平衡是造成上部烟叶烟碱含量过高、可用性降低的重要原因。郭群召等[20]认为,施氮量与上部叶烟碱含量的之间均存在显著的正相关性。邓云龙等[21]认为,生产中降低上部烟叶含氮化合物含量,提高烟叶可用性应严格控制施氮量,增加硝态氮施用比例可促进烟株对氮素的前期吸收,一定程度降低上部叶烟碱含量。刘卫群等[22]认为,后期土壤供氮较多时易导致烤烟上部叶的烟碱含量过高。郭群召等[16]介绍,在烤烟生育后期氮素供应过多的情况下,可以采取留杈的措施来消耗一部分多余的氮素,以减少氮素在上部叶的积累;还认为 2次打顶可以明显降低上部叶的烟碱含量。磷、钾肥及中微量元素的平衡施用对上部烟叶可用性提高同样重要。磷肥能促进烟株早发快长,有利于烟叶适时落黄成熟,提高烟叶的产量和上等烟比例。钾素能够使干物质增加,抗逆性增强,提高烟叶香气和燃烧性,降低烟叶有害成分。当氮、磷、钾三要素得到平衡后,调配中微量元素也会使烤烟质量得到提高[23]。王同朝等[24]研究发现,团棵期和圆顶期分次施用钾肥与团棵期一次等量追施225 kg/hm2相比,上部叶片开片好,叶型趋同中部叶片,延伸叶片的宽度,降低叶片比叶重,提高了上部叶片的可用性,促进了根系活力和汲取土壤养分的能力,增加了光合速率和干物质积累,协调烤后叶片中化学成分的比例,从而提高了烤烟的品质。王爱华等[25]发现,多酚氧化酶(PPO)的活性随氮素用量增加而升高,且各个处理PPO的活性变化均呈先升后降的趋势,峰值出现在打顶后 20 d;苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性也随施氮量的增加而增强,各处理 PAL活性均从打顶开始逐渐升高,并在打顶后 30 d达到高峰,随后迅速降低;氮用量对总酚、绿原酸、类黄酮的含量也有一定影响,氮用量高的处理多酚类物质含量较高;烤后烟叶多酚类物质含量随施氮量的增加而增加,但芳香值以施氮量 45.0 kg/hm2时最高。另外,郭群召[16]认为,合理的水分管理对降低烟碱含量非常重要。

打顶和留叶数能够影响烟草植株的养分转化及分配,从而影响上部烟叶的可用性[26]。陈宜军等[27]研究发现,不同时间二次打顶对上部叶的产量和开片度有一定的减少作用,但是对上部叶钾含量的提高有一定的促进作用,对优化烟叶等级、提高上部叶的卷烟工艺可用性有一定的积极作用。福建省三明市烟草公司针对上部烟过度生长、叶片厚、颜色深、烟碱含量高等问题,基地适当推迟打顶时间,采取“50%中心花开放时进行一次性打顶”,留有效叶 17～18片,全面落实“上下两片烟叶不进烤”措施,通过一定的生殖生长和适当多留叶的措施,消耗部分养分,降低上部叶烟碱含量,减轻上二棚烟叶的上部叶特征,显著提高了烤烟上部叶片的可用性[28]。

不同密度、打顶方式、环切也会影响到上部烟叶的可用性。郭群召等[16]认为,增大密度后个体营养面积减少,根系交错,限制了侧根的发生,使烟碱合成的场所缩小,合成效率低,一般认为以行距110～120 cm,株距 50～ 55 cm,移栽 16 500～ 18 000株 /hm2适宜。 张赤[29]研究发现,在50%中心花开放时打顶并用灭芽灵灭芽的比30%中心花开放时打顶并用灭芽灵灭芽的上部叶烟碱含量低。周焱等[30]研究了环切对烤烟上部叶烟碱含量及品质的影响,发现随着采收期推迟,上部烟叶烟碱含量逐渐增加,环切后各处理烟碱含量降低,且上部叶碳氮比与对照相比趋于合理,施木克值、水溶性糖 /烟碱比较对照有很大改善,并且有利于各项评吸项目评吸总分的提高。

4 成熟度对烤烟上部叶可用性的影响

成熟度是烟叶多项品质因素中最主要的因素,与其香味和可用性密切相关,是国际评价烤烟中普遍使用的重要品质要素[31]。近 20年来,我国一直强调成熟度的重要性,可至今对成熟度的认识与国外仍有差距。朱尊权院士认为,20世纪90年代为了抓成熟度而采取的“成熟一片采收一片”的做法,只适用于中下部烟叶,不适用于上部烟叶。因为烟株仅剩下顶部的最后3片叶时,它们不能正常发育。在烟株上至少有 5～ 6片叶时才能使顶部3片叶正常发育成熟。上世纪末,郑州烟草研究院提出上部 6片叶必须等顶部最上1片叶成熟后一次采收的做法,这样可以提高烟叶的工艺成熟度[32]。蔡宪杰等[33]研究发现,上部 6片烟叶一次成熟采收技术,可明显提高烟叶成熟度和叶片结构疏松程度,降低烤后烟叶的淀粉含量,改善上部烟叶香气质及口感,提高香气量及烟气浓度,减轻刺激性和杂气。邱标仁等[14]认为,顶叶成熟采收,可以促进碳水化合物的消耗,减轻碳代谢,协调烟株的碳氮代谢,使叶内各化学组分趋于协调,从而提高烟叶的品质。凌寿军等[34]研究了采收期对烟叶质量的影响,结果表明,上部叶在淀粉含量最大后第6～ 7 d内采收,顶叶 4～ 6片再延长 2～ 3 d采收,可获得最佳产质量。金文华等[35]对叶龄与烟叶烤后内在品质和经济性状的关系进行了研究,认为上部叶 10～ 12周龄收烤最适宜。

在注重成熟度的同时,还应该注重采收方式和采收时期。徐增汉等[36]认为,烟叶烘烤后的质量以一次性采收(带茎或不带茎)最好,常规采收的次之,环割处理的较差。何承刚[37]研究了烤烟新 K326不同采收方式和采收时期对上部叶等级、产量、产值和烟叶内在化学成分的影响,发现上部叶片采用 5～ 8片一次性采收方式,烟叶等级、产值、烟叶内在化学品质和外观质量都有较大的提高。宫长荣等[38]研究认为,下部叶不同采收时期对烤烟上部烟叶的转化酶、多酚氧化酶以及抗坏血酸氧化酶的活性均有一定影响,且打顶后 10 d采收处理的烟株其上部烟叶烤后质量最好。

5 调制方法对烤烟上部叶可用性的影响

上部烟采收后叶内淀粉和蛋白质含量较高,香气物质含量较少。因此,促使淀粉和蛋白质等大分子物质降解的科学烘烤技术非常重要。上部烟叶在烘烤变黄期及定色前期,应创造有利条件促使淀粉和蛋白质得到充分降解[39]。宫长荣等[40]认为,采用低温变黄、缓慢定色为技术核心的三段式烘烤工艺,能够明显提高上部叶的商品等级和均价,改善烟叶外观和内在质量。徐增汉等[5]研究了半晾半烤方法对云烟 87和 K326上部叶的调制效应,提出半晾半烤方法可以改善烟叶外观质量,消除青筋现象,提高上等烟比例,能提高烟叶内在质量,尤其是降低淀粉含量,使化学成分趋于协调,可用性比对照均有提高。王能如等[41]研究了烘烤过程中不同品种的烤烟上部叶解剖结构的变化,发现烤烟上部叶的厚度变化主要取决于海绵组织和栅栏组织厚度变化;变黄期至定色前期,是烟叶解剖结构变化的主要时期,但不同品种“敏感期”不同。艾复清等[42]通过采取延长变黄时间,稳定升温定色,拉长54～ 55℃烘烤时间,具有提高还原糖的作用。邱标仁等[14]介绍,在上部叶烘烤时要适当延长变黄期的时间,使烟叶充分变黄,促使叶内的物质向协调有利的方向转化,从而提高烟叶的质量。

6 化学调控对烤烟上部叶可用性的影响

中国许多烤烟产区的上部烟叶具有开片不充分、叶片过厚,从而造成了总生物碱含量过高(因而糖碱比值偏低)、刺激性大等缺陷,降低了其工业可用性。因此,通过化学调控手段促使上部烟叶开片变薄、降低其总生物碱含量(提高糖碱比值)、减少其烟气的刺激性,成为提高其工业可用性的重要手段之一。徐增汉等[43]对 NC89上部叶喷施不同浓度的乙烯利,发现烟叶的生理特性、变黄特性、定色特性和脱水干燥特性都发生了明显的变化。郭群召等[16]介绍,利用营养生长促进剂赤霉素对水喷叶,可促进氮磷钾的代谢,提高烟叶钾含量,降低烟碱含量。使用抑芽剂抑芽,可减少腋芽对有机物的消耗,增加有机物含量,使烟碱含量相对减少。烟株打顶后用吲哚乙酸也可明显降低烟叶的烟碱含量。简永兴等[44]研究认为,外源 GA3浓度与上部烟叶的长度、宽度及糖碱比值均呈正相关;GA3的最佳喷施质量分数是25×10-6,与对照相比,上部烟叶厚度与总烟碱含量显著下降,糖碱比值显著上升,烟叶的可用性明显提高,且质量分数为 25×10-6GA3喷施处理上部烟叶的上中等烟的百分率与产值都较高。

运用化学调节物质在降低烟碱方面有较好的效果,但对烟叶品质影响的研究尚不多见。使用单一生长物质,可能对烟叶化学成分和吸食质量产生不利影响。

7 市场调控对烤烟上部叶可用性的影响

从市场角度来看,关键应该体现在生产与收购的一致性上,做到优质优价,保证烟农的收入,通过收购来引导烟农改变观念。从1992年我国开始施行42级分级标准时,同等级的上部烟叶比中部烟叶价格低7.1%～22.7%,这种状况一直持续到 2002年,该年同等级的上部烟叶比中部烟叶价格低22.6%～55.0%。尽管2005年后,差价程度略有回升,但到 2009年,同等级的上部烟叶比中部烟叶价格仍低15.1%～23.0%。价格的低廉,使烟农对提高上部烟叶品质的积极性降低,这在一定程度上造成了上部烟叶的可用性降低。而在美国的上部烟叶比腰叶同等级价格高约 15%,顶叶比上部烟还高1%;巴西的上部烟比腰叶高约3%,顶叶与腰叶基本相似[45]。烟叶的可用性随着产品的需要而变化,烟叶价格也必须依据可用性的变化而改变,这也是市场经济的规律[46]。因此需要完善与上部烟叶可用性相匹配的价格机制以适应不断提高的上部烟叶可用性。要根据市场新的需求,重新进行上部烟叶产品设计。可以根据我国上部烟叶的可用性特征,开发出符合上部烟叶配方特点和消费者接受的中式卷烟,以不断促进上部烟叶质量的提高。

8 展 望

烤烟上部烟叶可用性不高的问题由来已久,于上世纪烟草科技工作者就如何提高上部烟叶的可用性这个热点进行了大量卓有成效的研究。目前在栽培技术、成熟度、调制方法及化学调控等方面已经取得了不少成就。然而上部烟叶可用性的提高是一项系统工程,它涉及到工业、农业、商业等从生产到卷烟销售的各个环节,不是单单一个方面就可以解决的。因此如何根据不同烟区的生态特点、栽培技术特点、烟草企业原料需求特点及经济社会发展特点制定一整套涵盖从农业到工业进而到商业的系统的配套措施,成为提高我国烤烟上部叶可用性、打破国内烟叶原料配方瓶颈的一项迫切任务。

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