饼肥与化肥配施对烤烟叶片组织结构及有机酸含量的影响

许 娜，许家来，朱先志，刘光亮，梁晓芳，孙延国，杨举田，刘 莉，徐 蕊，石 屹*

（1.中国农业科学院烟草研究所，农业部烟草生物学与加工重点实验室，青岛 266101；2.山东烟草研究院有限公司，济南250101；3.山东临沂烟草有限公司，山东 临沂 276400）



饼肥与化肥配施对烤烟叶片组织结构及有机酸含量的影响

许 娜1，许家来2，朱先志3，刘光亮1，梁晓芳1，孙延国1，杨举田3，刘 莉3，徐 蕊3，石 屹1*

（1.中国农业科学院烟草研究所，农业部烟草生物学与加工重点实验室，青岛 266101；2.山东烟草研究院有限公司，济南250101；3.山东临沂烟草有限公司，山东 临沂 276400）

摘 要：为探讨改善山东烤烟香气特征及质量安全的技术手段，以NC102为材料，通过田间试验研究了4种饼肥与化肥配施比例对烤烟中部叶片组织结构及有机酸含量的影响。结果表明，单施化肥处理的烟叶叶面积明显小于化肥与饼肥配施的处理，叶片厚度随饼肥配施比例的增高而增大，烤后烟中苹果酸、柠檬酸、草酸含量与饼肥用量呈显著负相关。综合叶片组织结构及有机酸含量结果，25%饼肥+75%化肥处理叶片组织结构具有低焦油烟叶特征，与烟气香气相关的各有机酸比例最为适宜，具有更好的香气特征。在本试验条件下，25%饼肥+75%化肥处理更有利于彰显山东烤烟香气特征和提高质量安全性。

关键词：饼肥；化肥；烤烟；叶片组织结构；有机酸

烤烟是一种嗜好性经济作物，植株较大、叶片分布较疏而均匀，叶片厚薄适中，中部叶质量最佳［1］，优质烤烟应具有良好的燃烧性、明显的香气，满足吸烟者的需求。烤烟的叶片结构与烟叶理化特性密切相关，叶片结构较薄且疏松的叶片焦油含量较低，油分较好，香气质好，香气量足［2-3］。有机酸是一类含有羧基的化合物，有研究表明卷烟中有机酸含量与焦油含量呈正比关系［4］。有机酸直接影响烟气的酸碱性质，醇化烟气，并产生芳香气味的燃烧产物，在卷烟生产中加料时常加入有机酸，以改善卷烟香气和吃味［5］。叶片是由细胞组成，细胞发育状况和细胞排列间隙大小与烟叶的填充性、弹性、燃烧性密切相关。叶片结构疏松的叶片，厚薄均匀，油分较好，香气质好，香气量足，刺激性、杂气小，吃味纯净，余味舒适［3，6］。有机酸包括挥发性酸、非挥发性酸和半挥发性酸，广泛存在于烟草中，占烟叶干物质总含量的12%～16%，占烟叶鲜重的2.1%～2.4%［7-8］，对烤烟香气、烟气酸碱平衡具有明显的影响（表 1）。烟叶中主要挥发性酸有甲酸和乙酸［9］；非挥发性有机酸有苹果酸、柠檬酸、草酸和丙二酸［10-11］；半挥发性酸主要指烟叶中C10以上的高级脂肪酸［12］。

叶片结构与化学组成是烤烟生长过程中生态条件、营养状况及农艺措施的综合反映，影响叶片加工特性与吸食品质。施用饼肥是提高烟叶质量与香气的重要措施之一，施用饼肥不仅可为烟叶提供全面的营养，改良土壤结构，提高土壤肥力，协调烟叶内在的化学成分，而且可以改善烟叶的颜色、油份、光泽、弹性和香气［3，17］。沈笑天等［18］利用拟南芥基因芯片检测了施用芝麻饼肥后的烟草叶片基因图谱，表明施用芝麻饼肥可以促进类黄酮合成有关基因DFR上调，从而导致类黄酮合成减少，增加烟草叶片中脂类积累，影响烟叶油分及品质。实际生产中配施有机肥可以提高烟叶生长后期饱和脂肪酸含量、降低不饱和脂肪酸含量［16］，饼肥和化肥适当配施对提高烟叶的产量和质量十分有利［19-20］。目前，有许多关于栽培措施对烤烟叶片组织结构影响的研究，如移栽期、光照、肥料等［21-23］，肥料对烤烟叶片组织结构影响的研究主要集中在不同氮素水平、不同氮素形态、不同类型肥料［24］等方面，而饼肥和化肥配施对烤烟叶片组织结构的影响鲜有报道。因此，研究饼肥与化肥的配施比例对烤烟叶片组织结构、有机酸含量的影响，可为提高烟叶香气、降低烟叶焦油释放量提供科学依据。

1　材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验于 2014年在山东省临沂烟草有限公司沂水烟草试验站进行。试验品种NC102。供试土壤pH 7.2，全氮1.99 g/kg，碱解氮49.4 mg/kg，全磷0.47 g/kg，有效磷33.6 mg/kg，全钾34.3 g/kg，速效钾221 mg/kg，有机质7.46 g/kg，氯离子5.41 mg/kg，阳离子交换量25.9 cmol（+）/kg，交换性钙19.6 cmol/kg，交换性镁1.78 cmol/kg。试验所用有机肥为太阳岛发酵饼肥，氮、磷、钾含量分别为3.02%、0.74%、1.98%；试验所用无机肥为太阳岛复合肥，氮、磷、钾含量分别为10%、10%、20%，并配以过磷酸钙和硫酸钾。

1.2 试验方法

表1　有机酸对烟气的影响Table 1 Effect of organic acid on tobacco smoke

1.2.1 试验设计 试验设4个处理，3次重复，氮用量为5.5 kg/667m2，m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=1∶1∶2.5，处理B1：100%化肥；处理B2：25%饼肥+75%化肥；处理B3：50%饼肥+50%化肥；处理B4：75%饼肥+25%化肥。

1.2.2 调查测定方法 农艺性状调查：参照中华人民共和国行业标准YC/T 142—2010［25］，于中部叶标记后（中部叶长度为5 cm时标记为第1天）每 10天调查 1次中部最大叶长、宽至中部叶定长。

中部叶结构分析：在中部叶成熟期，按小区在田间选取长势一致的烟株，选取中部叶片由叶尖向叶基第6～8条支脉间、主脉两侧相同位置上的叶肉组织。用打孔器打孔取样后，立即用含有70%乙醇的FAA固定液固定。利用石蜡切片的方法制片，切片用番红-固绿对染，LEICA数字式生物显微镜观察，通过FW400图像分析软件测定叶片厚度、海绵组织厚度、栅栏组织厚度、单位面积内栅栏组织细胞个数、叶片内孔隙面积并采集图像信息。

脂肪酸含量测定：在中部叶成熟期，按小区在田间选取代表性烟株，采集中部叶 105 ℃杀青，65 ℃烘干。其余中部烟叶按小区以当地烤烟方式烘烤。杀青及烤后烟叶样品均参照金永明等［26］的方法进行有机酸含量的测定分析。

采用SPSS 17.0软件进行数据统计分析［27］。

2　结果

2.1 饼肥与化肥配施对烤烟中部叶生长发育的影响

由图1可以看出，中部叶标记后10 d B2处理叶长最短，并与其他处理之间差异显著，4个处理中部叶宽度差异不显著；中部叶标记后20 d B3处理中部叶最短，B2处理中部叶最窄；中部叶标记后30 d B1处理中部叶长、宽均最小，而B2处理中部叶长、宽都大幅增加。综合中部叶长、宽数据来看，中部叶标记后10～20 d，B4处理中部叶生长最快。中部叶标记后20～30 d，B2处理生长最快，而B1处理中部叶生长速度逐渐下降。在中部叶定长时，B1处理中部叶最小，而B2处理中部叶最大，因此，B2处理饼肥和化肥的配比更有利于中部叶的生长。

图1　中部叶农艺性状Fig. 1 Investigation on agronomic characters of middle leaves

2.2 饼肥与化肥配施对烤烟中部叶组织结构的影响

从图2、图3看出，B2处理叶片厚度最小，B4处理叶片厚度最大。B2处理栅栏组织厚度最大，且此处理栅栏组织厚度/叶片厚度显著大于其他处理。B2处理栅栏组织密度显著高于B1处理，B3处理孔隙率最小。综合来看，B2处理栅栏组织和海绵组织在叶片中的比例最为适宜且叶片疏松度和孔隙率适中。

2.3 饼肥与化肥配施对烤烟有机酸含量的影响

从表2中可以看出，饼肥和化肥配施对烤前烟叶非挥发性有机酸及脂肪酸含量具有明显的影响。B3处理与烟气香气正相关的非挥发性有机酸（苹果酸）含量较高而与烟气香气负相关的非挥发性有机酸（柠檬酸、草酸、丙酸）含量较低；B1处理与烟气香气正相关的非挥发性有机酸含量较低而与烟气香气负相关的非挥发性有机酸含量较高。脂肪酸含量B2处理最高，但随饼肥比例增加脂肪酸含量有下降趋势。从烤后烟情况来看，随饼肥配施比例的增高，非挥发性有机酸含量呈降低趋势，而脂肪酸含量呈增高趋势。综合烤前烟叶及烤后烟叶有机酸含量分析，B2处理中与烟气香气相关的各有机酸比例最为适宜。

图2　饼肥和化肥配施对中部叶组织结构的影响Fig. 2 Effect of different ratios of cake fertilizer and chemical fertilizer on tissue structure of middle leaves

图3　不同饼肥和化肥配比处理下中部叶切片图Fig. 3 Cross-sections of middle leaves under different ratios of cake fertilizer and chemical fertilizer treatments

2.4 饼肥施用量与有机酸含量相关性分析

从表3中可以看出，烤前烟叶丙二酸、肉豆蔻酸含量与饼肥用量高度负相关，苹果酸与饼肥用量中度正相关，其他有机酸与饼肥用量弱相关，烤前烟叶有机酸含量与饼肥用量相关性均不显著。烤后烟叶非挥发性有机酸与饼肥用量负相关，其中苹果酸、柠檬酸和丙二酸与饼肥用量显著负相关，而脂肪酸除肉豆蔻酸外，均与饼肥用量呈正相关关系。

3　讨论

饼肥含有比较完全的植物营养成分，属缓效肥料。饼肥配合以适量的速效化肥，能更合理地满足烟株生长发育对营养的需要，有利于叶片扩大及叶重增加，改善叶片的光合性能，从而增强烟株的物质代谢［28］。对叶片组织结构而言，栅栏组织的厚薄与烟叶的品质有一定关系，一般认为品质较好的烟叶均有较厚的栅栏组织［21］。陈碧珍等［29］研究后得出，栅栏组织厚度/叶片厚度反映叶肉结构与光能利用的水平，两者比值越高，其光能利用率越高。邓小华等［30］对烤后烟叶研究结果表明叶片厚度与焦油释放量呈极显著正相关。本试验结果表明，25%饼肥+75%化肥处理中部叶片前期生长速度较慢，而后期饼肥肥力得以释放，生长迅速且叶片发育程度均好于其他处理。从叶片组织结构来看，25%饼肥+75%化肥处理叶片厚度显著小于50%饼肥+50%化肥、75%饼肥+25%化肥处理，栅栏组织厚度/叶片厚度水平显著高于其他处理，有利于烟叶焦油释放量的降低，从而提高烟叶安全性。

表2　饼肥化肥配施对中部叶有机酸含量的影响Table 2 Effect of different ratios of cake fertilizer and chemical fertilizer on organic acid contents in middle leaves

表3　饼肥施用量与有机酸含量相关性Table 3 Correlation of cake fertilizer amount with organic acid contents

调制过程会改变烟叶中有机酸含量［31］。有研究表明，烟叶烘烤后草酸和柠檬酸含量下降，苹果酸含量增加［32］。本研究中烤后烟叶与烤前烟叶相比，对香气品质有负面影响的亚油酸、油酸和亚麻酸含量大幅度降低，但是对烟叶香气有正面影响的苹果酸大幅度增高。烤后烟叶各有机酸与饼肥用量的相关性也发生了很大变化，证明饼肥施用量对以上有机酸的前体物质的积累有影响，并且可能影响某些与有机酸代谢相关的酶活性，在调制过程中，这些酶影响了烟叶中有机酸的代谢。由此可见，调制过程对协调烟叶有机酸含量是十分重要的。

烤烟中的非挥发性有机酸含量以苹果酸最高，其次为草酸；浓香型烟叶非挥发性有机酸总量极显著或显著高于浓透清香型烟叶，主要是占总挥发性有机酸比例较高的苹果酸、草酸、柠檬酸含量引起，其中柠檬酸极显著高于浓透清和清香型烟叶，苹果酸和草酸极显著高于浓透清烟叶，而与清香型烟叶差异不显著；丙二酸三者没有显著差异。浓香型烟叶总脂肪酸极显著低于中间香型、浓透清和清香型烟叶，其中棕榈酸、油酸、总饱和脂肪酸、总不饱和脂肪酸达到显著水平，硬脂酸达到极显著水平；亚油酸+亚麻酸极显著低于浓透清而极显著高于清香型烟叶［33-34］。本研究中，25%饼肥+75%化肥处理烤后烟叶非挥发性有机酸含量较高而脂肪酸含量较低，更有利于彰显烤烟的香气特征。

4　结论

本研究表明，25%饼肥+75%化肥处理的烤烟，中部叶叶片发育最好，叶片组织结构更有利于提高烟叶质量安全；与香气相关的有机酸含量及比例最为适中，更有利于具有香气浓郁烟叶的生产。因此，在实际生产中，选择合适的饼肥与化肥的配施比例，是十分重要的。

致谢：本论文研究中青岛农业大学辛华教授对叶片组织结构测定给予悉心指导，贵州省烟草研究院对有机酸测定给予大力支持，在此一并表示衷心感谢！

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Effect of Different Ratios of Cake Fertilizer and Chemical Fertilizer on Tissue Structure and Organic Acid Contents in the Leaves of Flue-cured Tobacco

XU Na1，XU Jialai2，ZHU Xianzhi3，LIU Guangliang1，LIANG Xiaofang1，SUN Yanguo1，YANG Jutian3，LIU Li3，XU Lei3，SHI Yi1*
（1. Tobacco Research Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing，Ministry of Agriculture，Qingdao 266101，China；2. Shandong Academy of Tobacco Research，Jinan 250101，China；3. Linyi Tobacco Company of Shandong Province，Yishui Branch Company，Yishui，Shandong 276400，China）

Abstract:In order to improve the safety，quality and aroma of Shandong flue-cured tobacco，the effect of four different ratios of cake fertilizer and chemical fertilizer treatments on tissue structure and organic acid contents in the middle leaves of flue-cured tobacco NC102 was investigated by field experiments. The results showed that the middle leaves of the treatment with chemical fertilizer only were significantly smaller than the other treatments that included cake fertilizer，that leaf thickness was increased with increased ratio of cake fertilizer，and that the contents of malic acid，citric acid and oxalic acid in leaves were negatively correlated with the amount of cake fertilizer applied. The tissue structure and organic acid contents in leaves of the treatment with 25% cake fertilizer and 75% chemical fertilizer were better than the other treatments，which indicated that leaves from this treatment had the characteristics of low tar and high flavored tobacco. Under the condition of this study，the 25% cake fertilizer in combination with 75% chemical fertilizer treatment is more conducive to improve the safety，quality and aroma of Shandong flue-cured tobacco.

Keywords:cake fertilizer；chemical fertilizer；flue-cured tobacco；tissue structure of leaves；organic acids

中图分类号：S572.062

文章编号：1007-5119（2016）01-0020-06

DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2016.01.004

基金项目：山东省烟草专卖局重大科技专项“山东浓香低害烟叶研究与开发”（201101）

作者简介：许 娜，女，博士，主要从事烟草栽培生理研究。E-mail：xuna888happy@163.com。*通信作者，E-mail：shiyi@caas.cn

收稿日期：2015-08-06 修回日期：2015-09-21