不同钾肥处理对晒红烟质体色素及其降解产物的影响

景沙沙，符云鹏，魏 利，郭 鹏，王梦雅，韩富根，侯振武(河南农业大学烟草学院， 河南 郑州 45000； 红塔辽宁烟草有限责任公司，辽宁 沈阳 0000； 吉林省农安县烟叶有限公司， 吉林 长春 000)



不同钾肥处理对晒红烟质体色素及其降解产物的影响

景沙沙1，符云鹏1，魏 利2，郭 鹏2，王梦雅1，韩富根1，侯振武3
(1河南农业大学烟草学院， 河南 郑州 450002； 2 红塔辽宁烟草有限责任公司，辽宁 沈阳 110000；3 吉林省农安县烟叶有限公司， 吉林 长春 130200)

以晒红烟品种大叶黄为材料，在田间试验条件下研究了不同钾肥种类配施对晒红烟质体色素及其降解产物的影响。结果表明：(1)烟株生长过程中，在色素含量高峰期各施钾处理叶绿素及类胡萝卜素含量均高于对照，并以腐殖酸钾和硫酸钾配施组合含量为最高。(2)叶绿素及类胡萝卜素降解率表现为晒红烟调制过程大于发育成熟过程，且在调制过程中叶绿素及类胡萝卜素的降解率均表现为腐殖酸钾和硫酸钾配施组合最高。叶绿素降解产物新植二烯含量与叶绿素a降解率呈正相关关系，且调制过程中晒红烟中部叶新植二烯含量与叶绿素a降解率呈极显著正相关。类胡萝卜素降解产物与调制过程中类胡萝卜素降解率呈正相关关系，未达到显著水平。(3)腐殖酸钾和硫酸钾配施组合的晒后烟叶叶绿素及类胡萝卜素含量最低，上部叶腐殖酸钾和硫酸钾配施组合处理的类胡萝卜素/叶绿素比值最大，中部叶硫酸钾处理最大。叶绿素降解产物新植二烯硫酸钾处理含量最高，类胡萝卜素降解产物则以腐殖酸钾和硫酸钾配施组合含量最高，但总质体色素降解产物仍为腐殖酸钾和硫酸钾配施组合最高。总体来看，钾肥能促进叶绿素形成及降解，提高烟叶重要香味物质类胡萝卜素降解产物的含量。不同钾肥组合对晒红烟质体色素及致香物质含量的影响不同，以腐殖酸钾和硫酸钾配施组合处理为最佳处理组合。

晒红烟；钾肥；质体色素；降解产物；降解率

质体色素包括叶绿素和类胡萝卜素，是一类本身不具有香味特征，但通过分解、转化可形成致香成分的物质[1]。周冀衡等报道，调制后烟叶中叶绿素、类胡萝卜素的降解产物占中性挥发性香味物质总量的85%～96%，特别是类胡萝卜素降解产物的种类和含量不仅与烟叶的香气质和香气量密切相关，而且直接决定着烟叶的外观质量和内在品质[2]。影响质体色素及其降解产物的因素包括烟草类型和品种、栽培措施、生态环境、化学调控、成熟度、调制和醇化技术等，通过对影响因子进行调控，实现烟叶质体色素适时、适量形成和降解，进而改善烟叶品质，一直是国内外研究的热点[3-8]。矿质营养与烟叶质体色素含量具有密切的相关性，但近年来，土壤贫瘠导致烟叶养分供应不足，限制了中国烟草品质的提高。因此，通过转变施肥方法来影响烟叶质体色素含量、提高烟叶品质具有现实意义。目前，有关钾肥运筹对烤烟质体色素含量的影响研究已颇为系统、全面[9-11]，但不同钾肥配施对晒红烟质体色素含量的影响尚未有报道。本试验旨在探究不同钾肥种类配合施用对晒红烟烟叶质体色素及其降解产物含量的影响，揭示各处理质体色素降解产物与其降解率的相关性，从施钾肥角度找出能提高晒红烟香气物质含量的最佳配施组合。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2014年在长春市农安县青山口乡进行。供试品种为当地主栽晒红烟品种大叶黄。供试土壤为油沙土，土壤基础肥力：pH值为5.67、有机质为11.40 mg·kg-1、碱解氮为63.00 mg·kg-1、速效磷为34.53 mg·kg-1、速效钾为75.13 mg·kg-1、缓效钾为467.01 mg·kg-1。

试验设4个处理，1个对照。各处理氮用量为67.5 kg·hm-2，m(氮)∶m(磷)∶m(钾)=1∶1.2∶3。T1：钾肥由复合肥(10-12-22)、硫酸钾提供。施复合肥675 kg·hm-2，硫酸钾108 kg·hm-2。T2：钾由复合肥(10-12-22)、硝酸钾、硫酸钾提供。施硝酸钾150 kg·hm-2，复合肥472.5 kg·hm-2，硫酸钾61.5 kg·hm-2，过磷酸钙162 kg·hm-2。T3：钾由复合肥(10-12-22)、硫酸钾、腐殖酸钾提供。施复合肥675 kg·hm-2，硫酸钾54 kg·hm-2，腐殖酸钾270 kg·hm-2。T4：施肥量和种类同T1,另施生物钾30 kg·hm-2。CK(对照)：m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O )=1∶1.2∶0(不施钾肥)。氮、磷由磷酸二铵m(N)∶m(P2O5)=18∶46、硝酸铵磷[m(N)∶m(P2O5)]=30∶6)提供。施磷酸二铵159 kg·hm-2，硝酸铵磷130.5 kg·hm-2。

各处理及对照均施花生饼肥300 kg·hm-2。饼肥、磷肥、80%复合肥起垄时条施，20%复合肥移栽时穴施，生物钾肥于晒红烟移栽时全部灌施在根部，其他肥料于起垄时一次性条施。随机区组排列，3次重复，小区面积133.34 m2。行株距分别为1.2 m和0.5 m。田间管理方式按照当地规范化进行。调制方法采用露天晒制。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 质体色素测定 于各个处理中部叶(第9片叶)和上部叶(第13片叶)叶龄10 d开始，每10 d测定质体色素含量(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素)等各项生理指标，并测定调制后质体色素含量。质体色素含量用丙酮浸提比色法[12]测定。

1.2.2 质体色素降解率计算方法 发育过程中质体色素降解率/%=(发育过程中最高值-采收时期测定值)/发育过程中最高值×100%。

调制过程中质体色素降解率/%=(调制前质体色素含量-调制后质体色素含量)/调制前质体色素含量×100%。

1.2.3 晒后样品香气物质含量测定 采用“水蒸气蒸馏—二氯甲烷溶剂萃取”法制备得到分析样品，使用气相色谱/质谱(GC/MS) 鉴定结果和NIST02库检索定性，采用内标法定量。

2 结果与分析

2.1 不同钾肥处理对晒红烟叶片发育过程中质体色素含量的影响

叶绿素是绿色植物吸收光能和进行光能转化的主要物质[13]。从表1可以看出，随着叶龄的增加，各处理上部叶叶绿素a、叶绿素b含量基本上表现为“升高-降低”趋势，在叶龄20 d(移栽后60 d)左右达到最大值，说明该时期烟株上部叶光合作用最强。对比各个处理，叶龄20 d左右，T3处理叶绿素a，b含量最高，且显著高于对照处理，其次是T4处理，但T3,T4处理差异不明显。叶龄30 d时，T4处理叶绿素a含量最高，这可能与生物钾肥肥效有关。综合分析，叶龄20 d时，各处理总的叶绿素含量表现为T3>T4=T2>T1>CK，叶龄40 d时，其含量表现为CK>T1>T2>T4>T3，各处理间差异不显著。上部叶成熟时，不同处理叶绿素降解率具有明显差异，其中,T3处理总叶绿素降解率最大，高达34.5%;T4处理次之,为29.3%;对照降解率最小，仅有16.2%。对照降解率最低可能是因为缺钾不利于叶片发育过程中叶绿素的积累，而施用钾肥有助于叶绿素的形成和降解。

表1 不同钾肥处理对晒红烟上部叶发育过程中质体色素的影响Table 1 Effects of different potassium fertilizer treatments on contents of chromoplast pigment in growing upper leaves of red sun-cured tobacoo mg·g-1

注：小写字母不同表示处理间在P<0.05水平下差异显著。下同。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference at 5% level between treatments.The same as below.

类胡萝卜素是植物进行光合作用吸收光能和防止光氧化的主要质体色素[14,15]。它具有提高光合效率、抑制和清除自由基的作用，这对改善烟叶品质和降低烟气自由基伤害具有重要意义[16]。叶龄10～30 d时，除T3处理外，其他处理上部叶类胡萝卜素含量相对较稳定。叶龄30～40 d时，其含量迅速下降，因为该阶段类胡萝卜素大幅度降解。叶龄20 d时，T3处理类胡萝卜素含量迅速增加，这可能是因为腐殖酸钾肥在叶片发育过程中能显著促进质体色素，尤其是类胡萝卜素的形成。叶龄40 d时，各处理上部叶含量表现为T3>T4>T2>CK>T1，T3与其他处理差异显著。叶片整个发育过程中，CK,T1,T2,T3,T4处理类胡萝卜素降解率分别为33.0%、38.8%、29.5%、22.3%、29.5%。

由表2可知，与上部叶不同，中部叶发育过程中各处理叶绿素a,b含量基本表现为逐渐降低的变化规律。在叶龄10 d(移栽40 d)左右有最大值，叶龄10～20 d快速下降，之后表现为略有降低。从处理间分析，T3处理叶绿素a,b含量均为最高值，且叶绿素a含量显著高于CK和T4处理。叶龄40 d时，T3处理的叶绿素b含量升高，但叶绿素a含量降低。整体上看，T4处理叶绿素b降解率明显高于其他处理，达到44.4%，而T2处理叶绿素b的降解率最低，仅为26.4%。T3处理叶绿素a降解率最大，达到58.5%，略高于T4处理4个百分点。总的叶绿素降解率表现为T3>T4>T1>T2>CK。

表2 不同钾肥处理对晒红烟中部叶发育过程中质体色素的影响Table 2 Effects of different potassium fertilizer treatments on contents of chromoplast pigment in growing middle leaves of red sun—cured tobacoo mg·g-1

随着生育期推进，各处理中部叶类胡萝卜素含量大致呈现降低趋势。叶龄10 d时，各处理类胡萝卜素含量较为稳定，其中以T3处理含量为最高，CK处理含量为最低，但各处理间无显著差异。采收时期，以T3处理含量为最高，T2次之，两处理差异不显著，但T4处理含量表现为最低。对于中部叶来说，T4处理降解率最高，高出对照12.2个百分点，T1,T2处理降解率差异不大，T3处理降解率最低，低于对照处理4.4个百分点。

2.2 不同钾肥处理对晒后烟叶质体色素含量的影响

叶绿素在成熟和晒制过程中会逐渐降解为新植二烯等香气物质。但叶绿素在烟叶燃吸过程中会产生明显的青杂气和刺激性，晒后烟叶中含量越高，吸食品质越差。类胡萝卜素是烟叶中重要的香气前体物，降解后可产生致香物质，如大马酮、紫罗兰酮、巨豆三烯酮等，对烟叶香味有重要作用[16]，直接或间接地影响烟叶的内在品质[17]。类胡萝卜素/叶绿素值反映总类胡萝卜素和叶绿素的降解程度，是特色香型烟关注的指标[18]。

从图1中可以看出，CK，T1，T2处理上部叶叶绿素含量差异不大，且显著高于其他2个处理，T3处理含量最低，比CK处理低0.07 mg·g-1。对于类胡萝卜素总量来说，各处理之间差异显著，T2含量最高，CK次之，T3最低。从二者的比值来看，T3处理为5.05最大，T4处理次之，T2处理为3.96，高于T1，CK处理，T1处理2.87，低于CK处理。

图1 不同钾肥处理对晒后上部叶质体色素含量的影响Fig.1 Effects of different potassium fertilizer treatments on contents of chromoplast pigment in sun-cured upper leaves

从图2中可以看出，中部叶叶绿素含量表现为CK>T2>T4>T1>T3。CK，T3处理与其他各处理均有显著性差异，T4与T1，T2处理差异不显著，但与其他处理差异显著。类胡萝卜素含量表现为T1>CK>T2>T4>T3，其中CK，T1差异不显著，T3，T4差异不显著，但T2与其他各处理差异均显著。类胡萝卜素/叶绿素比值表现为T3>T1>T4>T2>CK，T3，T1，T4，T2，CK二者比值分别为6.26，4.80，3.89，3.44，2.55，故T3处理极大程度地提高了两种质体色素的比值。

图2 不同钾肥处理对晒后中部叶质体色素含量的影响Fig.2 Effects of different potassium fertilizer treatments on contents of chromoplast pigment in sun-cured middle leaves

2.3 不同钾肥处理对晒后烟叶质体色素降解产物的影响

由表3可知，类胡萝卜素降解产物含量表现为T3>T4>T2>T1>CK，叶绿素降解产物新植二烯含量表现为T1>T3>T4>T2>CK，质体色素降解产物总量则表现为T3>T1>T4>T2>CK。二氢猕猴桃内酯、氧化异佛尔酮、3-羟基-β-二氢大马酮、螺岩兰草酮、法尼基丙酮等致香成分均以T3处理为最高，T1处理2,6-壬二烯醛含量较高，6-甲基-5-康烯-2-醇2、β-环柠檬醛、β-大马酮、β-二氢大马酮、巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮2、巨豆三烯酮3、巨豆三烯酮4、香叶基丙酮T4处理含量最高，但3-羟基-β-二氢大马酮T4处理含量远远低于其他处理。对上部叶来说，增施钾肥在一定程度上提高了烟叶质体色素降解产物含量，增加了烟叶香味物质总量。

表3 不同钾肥处理晒后上部叶质体色素降解产物含量Table 3 The contents of aroma products degraded from chromoplast pigment in sun-cured upper leaves of each potassium fertilizer treatment μg·g-1

注：“—”表示痕量。

Note：“—”means trace.

从表4可知，中部叶类胡萝卜素降解产物含量以T3处理为最高，高出照处理28.4%，T4次之，比CK高18.5%。各施钾肥处理含量均高于不施钾肥处理。叶绿素降解产物含量表现为T1>T3>T4>T2>CK，T1，T3，T4，T2较CK提高了17.1%，16.7%，8.5%，5.3%。质体色素降解产物总量则表现为T3>T1>T4>T2>CK，T3,T1,T4,T2分别较CK提高了18.4%,15.8%,9.9%,5.6%。

从整体上看，中部叶与上部叶各处理质体色素降解产物含量表现基本一致。新植二烯含量均以T1处理为最高，类胡萝卜素降解产物含量以T3处理为最高。

表4 不同钾肥处理晒后中部叶质体色素的降解产物含量Table 4 The contents of aroma products degraded from chromoplast pigment in sun-cured middle leaves of each potassium fertilizer treatment μg·g-1

注：“一”表示痕量。

Note：“一”means trace.

2.4 不同时期质体色素降解率与降解产物的相关性分析

通过生长发育成熟及调制过程中质体色素降解率与其降解产物的相关性分析(表5)可知，调制后晒红烟类胡萝卜素降解产物含量与叶片生长成熟过程中类胡萝卜素降解率呈负相关，但与调制过程中的降解率呈正相关；与生长过程中叶绿素a的降解率呈显著正相关。对于上部叶来说，类胡萝卜素降解产物与烟叶生长过程中的叶绿素b降解率及叶绿素降解率均已达到极显著正相关，对于中部叶来说，与叶绿素降解率达到显著正相关。

从上部叶看，新植二烯与采收调制过程中叶绿素b降解率呈负相关关系，与两个过程中的叶绿素a降解率及叶绿素降解率均呈正相关关系。对于中部叶来说，新植二烯与叶片生长发育过程中叶绿素总的降解率、叶绿素a及叶绿素b降解率呈正相关关系，与调制过程中叶绿素a的降解率达到极显著正相关关系，与叶绿素降解率达显著正相关关系。

表5 不同时期质体色素降解率与其降解产物的相关性分析Table 5 Correlation between the rate of chlorophyll and carotene degradation and the degradation products in different periods

注：“**”表示 在 0.01 水平上显著相关。“*”表示 在 0.05 水平上显著相关。

Note: “**” indicates significant difference at 1% level. “*” indicates significant difference at 5% level.

3 结论与讨论

叶绿素作为光合色素，在烟草的生长发育阶段，其含量多少直接影响到烟草的光合作用，对烟叶产量和品质形成具有重要作用[19]。一般新鲜烟叶中的叶绿素含量变化范围为0.5%%～4.0%，其中叶绿素a约占70%，叶绿素b约占30%[20]，但整个生育期内晒红烟叶绿素含量均在0.35%以下，较烤烟叶片含量低。刘国顺等[10]的研究指出，烤烟中部功能叶生育期内叶绿素及类胡萝卜素含量表现为移栽后60 d最高。与烤烟不同，晒红烟则表现为移栽后40 d质体色素含量最高。优质烟叶要求烤后烟叶叶绿素含量<0.08 mg·g-1[21]。本试验研究结果显示，晒制后中部叶叶绿素含量只有腐殖酸钾和硫酸钾配施处理在0.08 mg·g-1以下，符合优质烟叶要求，这与前人研究结果一致[10]。晒后烟叶上部叶腐殖酸钾和硫酸钾配施处理、硫酸钾和生物钾配施处理叶绿素含量达到优质烟叶要求，其他处理叶绿素含量均高于0.08 mg·g-1。而整体上看，晒红烟晒后烟叶叶绿素含量较烤烟调制后的叶绿素含量高。

烟株大田生长阶段，各处理间烟叶质体色素含量仅在个别叶龄时期表现出显著差异，但晒后烟叶质体色素含量在各处理间则表现为差异显著，说明钾肥配施与晒后烟质体色素的转化存在一定的相关性，不同种类的钾肥组合会对质体色素的降解产生不同程度的影响。结合本试验，腐殖酸钾和硫酸钾配施组合、硫酸钾和生物钾配施组合的晒后烟叶质体色素含量较低，类胡萝卜素/叶绿素值以上部叶腐殖酸钾和硫酸钾组合最大，中部叶以硫酸钾处理最大。香气成分新植二烯含量表现为以硫酸钾处理最高，类胡萝卜素降解香气物质以腐殖酸钾、硫酸钾配施处理最高，但总质体色素降解产物以腐殖酸钾和硫酸钾配施处理含量最高。综上所述，从质体色素角度分析，腐殖酸钾和硫酸钾配施为钾肥组合的最佳处理。

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(责任编辑：常思敏)

Effects of different potassium fertilizer treatments on chromoplast pigment and its degradation products in red sun-cured tobacco

JING Shasha1，FU Yunpeng1，WEI Li2，GUO Peng2，WANG Mengya1， HAN Fugen1，HOU Zhenwu3
(1. College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2. Hongta Liaoning Tobacco Co. Ltd., Shenyang 110000, China; 3. Jilin Nongan County Tobacco Co. Ltd．，Changchun 130200, China)

Field experiments were conducted with local main variety to study the effect of different potassium fertilizer treatments on chromoplast pigment and its degradation products. The results showed, in the growth of tobacco, in the peak of pigment content, the contents of chlorophyll and carotene of all potassium fertilizer treatments were higher than those of the control treatment, and the combination of potassium humate and potassium sulphate was highest. The rate of chlorophyll and carotene degradation was higher in the modulation period than in the growing period, and the highest rate of chlorophyll and carotene degradation was the combination of potassium humate and potassium sulphate. There was a positive relationship between chlorophyll a and neophytadiene, and a quite significant positive relationship in the modulation period. There was a positive relationship between carotene and its degradation products in the modulation period, but it was not significant. The lowest content of chlorophyll and carotene in sun-cured tobacco was the combination of potassium humate and potassium sulphate, and the max ratio of carotene and chlorophyll in upper leaves was also the combination of potassium humate and potassium sulphate while in middle leaves it was potassium sulphate. Potassium sulphate treatment had the highest content of neophytadiene, and the combination of potassium humate and potassium sulphate had the highest content of degradation products of carotene, but the highest content of all degradation products was the combination of potassium humate and potassium sulphate. The potassium fertilizer could promote formation and degradation of chromoplast pigment. However，the different combination of potassium fertilizer had different effects on the content of chromoplast pigment and aroma matter. In the test, the combination of potassium humate and potassium sulphate was the best treatment.

red sun-cured tobacco；potassium fertilizer; chromoplast pigment; degradation products; degradation rate

2015-05-17

中国烟草实业发展中心资助项目(zysy-2010-03)；红塔辽宁烟草有限责任公司资助项目(20130401)

景沙沙(1989-)，女，河南长垣人，硕士研究生，主要从事烟草栽培生理研究。

符云鹏(1964-)，女，河南内乡人，教授，硕士生导师。

1000-2340(2015)06-0748-08

S 572

A