氮素水平对红花大金元烟叶游离氨基酸和蛋白质含量的影响

黄 茹，吴玉萍，夏振远，王正银，李银科

（1.云南财经大学，高原山地土地利用重点实验室，昆明 650221；2.云南省烟草农业科学研究院，云南 玉溪 650106；3.西南大学资源环境学院，重庆 400716；4.玉溪师范学院资源环境学院，云南 玉溪 631500）

氮素水平对红花大金元烟叶游离氨基酸和蛋白质含量的影响

黄 茹1，吴玉萍2，夏振远2，王正银3，李银科4*

（1.云南财经大学，高原山地土地利用重点实验室，昆明 650221；2.云南省烟草农业科学研究院，云南 玉溪 650106；3.西南大学资源环境学院，重庆 400716；4.玉溪师范学院资源环境学院，云南 玉溪 631500）

为了解氮素水平对云南烟区红花大金元烟叶游离氨基酸和蛋白质含量的影响，通过田间试验设置4个施氮水平0、45、90 和 135 kg/hm2，分析其对红花大金元烟叶游离氨基酸和蛋白质含量的影响，并通过感官质量对烟叶品质进行评价。结果表明，烟叶内组氨酸和天冬酰胺等含量随施氮水平的提高而显著增加，谷氨酰胺和精氨酸等含量以施氮90 kg/hm2处理最高，施氮 135 kg/hm2时出现下降趋势，赖氨酸含量则是随施氮水平的增加而显著降低；游离氨基酸总量和蛋白质含量随施氮水平的提高显著增加，施氮135 kg/hm2最高可达9.617 mg/g和10.56%；感官评吸中烟叶的香气质和评吸总分以施氮90 kg/hm2处理得分最高，不施氮处理最低。在本试验条件下，烟叶内游离氨基酸的含量变化随施氮水平的改变呈现出不一样的特点，但游离氨基酸总量和蛋白质含量随施氮水平的提高显著增加，施氮90 kg/hm2处理烟叶感官质量最佳。

氮素水平；红花大金元；游离氨基酸；蛋白质；感官质量

烟草植株从土壤中吸收铵盐或硝酸盐，在烟草根系和绿叶中还原成氨，再经同化作用形成各种氨基酸和蛋白质等有机含氮化合物[1]。蛋白质和游离氨基酸作为烟叶中的主要含氮化合物对烟叶品质和烟气质量具有重要影响[2-3]。因此，围绕氮素对烟叶氨基酸含量及烟叶品质的影响研究，已成为国内外烟草研究者关注的热点[4-5]。刘敬业等[6]研究认为氨基酸含量与施肥量呈正相关，增幅较大的为谷氨酸、天门冬氨酸和脯氨酸。史宏志等[7]研究不同氮源肥料配比对河南烟叶氨基酸含量的影响发现，烟叶中总氨基酸含量与栽培时总施氮量和无机氮施用量呈显著正相关关系。李常军等[8]对烤后烟叶主要含氮化合物之间的统计分析表明，总氮、烟碱、蛋白质和氨基酸相互间极显著相关。

通过调节氮素施用水平来改变烟叶中游离氨基酸和蛋白质的含量，可以促进烟叶化学成分协调，提高烟叶感官品质。因此，本文研究了不同氮素水平下云南玉溪和大理红花大金元（简称红大）烟叶游离氨基酸和蛋白质含量的变化规律，以及对烟叶感官评吸质量的影响，旨在为云南红大栽培中氮素的合理施用及烟叶品质的提升提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2013年5月初至8月底在红大的主要种植区云南省玉溪市红塔区春和镇和大理州祥云县禾甸镇烤烟基地进行。试验地点的气候和土壤条件见表 1～2。

1.2 试验设计

试验设 4个氮水平处理：N0为不施氮肥；N1为低氮处理（施氮量45 kg/hm2）；N2为中等施氮处理（施氮量90 kg/hm2）；N3为高施氮处理（施氮量135 kg/hm2）。各处理3次重复，共计12个小区，小区面积120 m2，随机区组排列。烤烟栽培规格（行距×株距）为 110 cm×60 cm。各处理施用磷肥（P2O5）90 kg/hm2，钾肥（K2O）225 kg/hm2。试验用氮肥为硝酸铵（含 N 34%）、磷肥为过磷酸钙（含P2O518%）、钾肥为硫酸钾（K2O 50%）。施肥方法为全部磷肥做基肥施用，氮肥和钾肥的1/3做基肥，剩余的氮肥和钾肥做追肥分别于烤烟移栽后15 d和30 d施用。试验过程中烟株的有效留叶数为18～20，田间管理按当地推荐的优质烟生产技术措施实施。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 烟叶游离氨基酸和蛋白质的测定 烟叶适熟后采收烘烤，每小区取C3F和C2F各2.0 kg混合进行游离氨基酸和蛋白质的测定及感官评吸。游离氨基酸含量采用PITC柱前衍生化的HPLC技术测定[9]：准确称取过60目筛烟样1.0 g于100 mL 磨口三角瓶中，加入0.005 mol/L HCl溶液50 mL室温下超声萃取30 min，离心后取上清液，使用0.45µm水相滤膜过滤待测。Agilent 1200 HPLC（美国），色谱条件为色谱柱：Hypersil ODS-C18柱（4.6 mm×100 mm，0.45 µm），衍生化试剂为2, 4-二硝基氟苯，流动相A：0.05 mol/L乙酸钠缓冲溶液，流动相B：V乙腈∶V水=1∶1，梯度洗脱，流速1.0 mL/min，柱温22 ℃，检测波长360 nm。

烟叶蛋白质含量的测定参照文献[10]进行：准确称取过40目筛烟样0.3 g于250 mL三角瓶中，先用0.5%醋酸煮沸样品15 min，抽滤后滤渣用0.5%醋酸洗涤，再将滤渣置于消化管中，加入0.1 g HgO、1.0 g K2SO4和5 mL浓硫酸消化，然后采用AAⅢ连续流动分析仪（英国Seal公司）测定。

表1 试验地点气候条件Table 1 Weather conditions of test sites

表2 试验地点土壤基本农化性状Table 2 Basic agro-chemical properties of experimental soils

1.3.2 烟叶感官质量评定 参照文献[11]进行，取试验烟叶回潮后切丝，然后调节烟丝含水率到12.5%左右，卷制成卷烟后在规定的条件下调节24 h，按单料烟评吸基本要求进行评吸。

1.4 数据处理和统计分析

试验数据采用Microsoft Office Excel 2013和IBM Statistics SPSS 20.0 统计分析软件进行分析处理，不同施氮处理间烟叶化学成分的均值多重比较采用LSD法；变量间的相关关系分析采用Pearson相关统计方法。

2 结 果

2.1 氮素水平对红大烟叶游离氨基酸含量的影响

2.1.1 玉溪红大烟叶游离氨基酸 表3可知，施氮可以显著提高玉溪红大烟叶总氨基酸含量，且随施氮水平的提高呈增加趋势，N3处理总氨基酸的含量比N1处理增加了34.71%。但烟叶中不同种类的游离氨基酸含量差异较大，在 N1处理下，含量最高的脯氨酸是含量最低的β-丙氨酸的1513倍。烟叶内游离氨基酸的含量变化随施氮水平的改变呈现出不一样的特点，组氨酸和脯氨酸等9种氨基酸含量随施氮量的增加而提高，且各处理间差异显著；谷氨酰胺和精氨酸等 6种氨基酸则以 N2处理含量最高，氮素施用水平过高时其含量下降，其中4-氨基丁酸含量从N2处理到N3处理降低了51.09%；赖氨酸含量则是随施氮水平的增加显著降低；而高丝氨酸和β-丙氨酸由于含量极其微少，其含量随施氮水平的变化没有表现出较为一致的规律性。

从表3还可以看出，不同施氮水平下烟叶中部分氨基酸的绝对含量与相对含量表现出不一样的变化规律，如脯氨酸的绝对含量随施氮水平的增加而显著提高，但从N0处理到N2处理，其相对含量却逐渐降低，N3处理时又有所提高，而这种改变会对烟叶的感官质量造成影响。通过对施氮水平与氨基酸间的相关分析结果表明，施氮水平与烟叶中组氨酸和天冬酰胺等 15种氨基酸呈极显著正相关，与高丝氨酸和赖氨酸呈极显著负相关，与4-氨基丁酸、络氨酸和亮氨酸相关性不显著，表明施氮水平对玉溪红大烟叶的游离氨基酸含量具有较为重要的影响。

表3 氮素水平对玉溪烟叶氨基酸含量的影响Table 3 Effect of nitrogen level on amino acid content of Yuxi tobacco leaf

2.1.2 大理红大烟叶游离氨基酸 表4可知，施氮也显著提高大理红大烟叶总氨基酸含量，且随施氮水平的提高呈增加趋势，N3处理总氨基酸的含量比N1处理增加了47.89%，增加幅度高于玉溪。同样，大理红大烟叶中不同种类的游离氨基酸含量差异也较大，其中以脯氨酸含量最高，达到总量的57%以上。大理红大烟叶内游离氨基酸的含量随施氮水平的变化规律与玉溪红大烟叶的表现基本相似，但其中天冬氨酸和苏氨酸各处理间存在显著差异，络氨酸含量以 N2处理最高。通过对施氮水平与氨基酸绝对含量间的相关分析结果表明，除4-氨基丁酸和络氨酸，其余氨基酸与施氮水平均具有显著相关性，表明施氮水平对大理红大烟叶的游离氨基酸含量具有较为重要的影响。

表4 氮素水平对大理红大烟叶氨基酸含量的影响Table 4 Effect of nitrogen level on amino acid content of Dali tobacco leaf

2.2 氮素水平对红大烟叶蛋白质含量的影响

从图1可见，不同的施氮处理下，玉溪和大理两个试验点的烟叶蛋白质含量均随施氮水平的提高而增加，其含量均以高施氮处理最高，分别为10.35%和10.56%，且4个处理间均达到5%的显著性差异水平。除高氮处理外，玉溪烟叶的蛋白质含量均高于大理。玉溪和大理两个试验点烟叶蛋白质含量与施氮水平呈极显著性正相关，相关系数分别为0.978和0.961。

2.3 氮素水平对红大烟叶感官质量的影响

图1 氮素水平对红大烟叶蛋白质含量的影响Fig. 1 Effect of nitrogen level on protein content of tobacco leaf

表5 氮素水平对红大烟叶感官质量的影响Table 5 Effect of nitrogen level on sensory evaluation of tobacco leaf

表5可知，不同的氮素水平下，玉溪和大理红大烟叶的香气质、香气量、余味、杂气、劲头和评吸总分均以中等施氮处理最高，不施氮处理感官品质较差。除玉溪不施氮和高施氮处理的烟叶香气质外，各处理间存在显著性的差异。刺激性随施氮水平的提高显著性增加，燃烧性和灰色评分随施氮量的增加而降低。玉溪和大理红大烟叶感官质量随施氮水平的变化存在差异，但其变化规律基本一致。对施氮水平与感官质量指标间的相关分析结果表明，除香气质外，其余各指标与施氮水平均具有显著相关性。

3 讨 论

相关研究表明氮素水平对烟叶中游离氨基酸含量存在一定影响。韩锦峰等[12]研究表明，烟株根系中氨基酸总量随着施氮量的增加而升高，各种游离氨基酸含量则有增有减。烟叶中的总氨基酸含量与栽培时总施氮量和无机氮施用量呈显著性正相关关系，但其中缬氨酸、苯丙氨酸等在中等施氮水平下含量较高[7,13]。本试验结果表明，红大烟叶游离氨基酸总量与施氮水平显著正相关，但其中谷氨酰胺、精氨酸、4-氨基丁酸和苯丙氨酸则以中等施氮处理含量最高，这与史宏志等[7]的研究结果相似。烟叶中游离氨基酸含量除受氮素水平的影响以外，还可能受土壤、海拔等生态环境因素的影响[14-15]，因此，本试验中红大在相同的施肥和栽培措施下，其游离氨基酸含量存在差异，但不同环境因子的影响还有待进一步研究。在中等施氮水平下，玉溪和大理红烟叶总游离氨基酸的含量大于8.389 mg/g，说明合适的氮素水平下红大烟叶整体游离氨基酸含量较高，这对于改善烟叶的品质，提高烟叶的香吃味[6]以及烟叶的陈化保存[16]等方面是有利的。

氨基酸对烟叶品质的影响具有双重作用，一方面在烟叶的调制和醇化过程中，氨基酸与还原糖发生反应，赋予烟气香味[17]；另一方面在烟叶的燃烧裂解过程中，氨基酸形成具有刺激性的含氮化合物，同时还产生一些有害健康的烟气成分，对烟气香吃味产生不良影响[18]。烟叶中适量的氨基酸对烟气劲头的提高和丰满度的增加有利，但过量则具有刺激性和苦味[19]。众多研究表明，不同游离氨基酸对烟叶感官品质的影响也存在差异，邓国宾等[20]认为蛋氨酸、精氨酸、酪氨酸、甘氨酸、异亮氨酸对感官质量的影响较大，王树声等[21]认为，精氨酸、苯丙氨酸对香气的贡献最大。本研究结果显示，不施氮时烟叶游离氨基酸含量较低，过量施氮会导致烟叶游离氨基酸含量的过高，中等施氮水平下烟叶游离氨基酸含量保持较优值，有利于烟叶品质提升。烟叶成熟过程中蛋白质的逐步降解和氨基酸的进一步积累对促进烟叶品质的形成有着重要的意义[22]，而施氮量与烟叶成熟度密切相关，因此通过改变施氮水平可以调控烤烟叶片中蛋白质的含量。烟草是一种嗜好品，其最终的目的是用于吸食。烟叶感官评吸结果是评价烟叶质量和工业可用性评价的重要依据，常用于评价烟叶质量的优劣[23]。本试验结果显示中等施氮水平下，红大烟叶的香气质、香气量和余味等有利于感官评吸的因素得分较高，劲头和刺激性适中，杂气较好，燃烧性和灰色较好，烟叶品质较好，这与烟叶氨基酸和蛋白质含量变化的结果较为一致。

综合分析，氮素水平与云南红大烟叶中游离氨基酸和蛋白质含量密切相关，中等施氮条件下，玉溪和大理红大烟叶中游离氨基酸和蛋白质协调性较好，烟叶品质优良，感官评吸质量高。

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Effect of Nitrogen Level on Free Amino Acid and Protein Contents of Honghuadajinyuan Tobacco Leaves

HUANG Ru1, WU Yuping2, XIA Zhenyuan2, WANG Zhengyin3, LI Yinke4*

(1. Key Laboratory of Land-use in Plateau Mountainous Region, Yunnan University of Finance and Economics, Kunming 650221,China; 2. Yunnan Academy of Tobacco Agricultural Science, Yuxi, Yunnan 650106, China; 3. College of Resources and Environment,Southwest University, Chongqing 400716, China; 4. College of Resources and Environment, Yuxi Normal University, Yuxi, Yunnan 631500, China)

Four nitrogen levels of N 0, 45, 90 and 135 kg/ha were setup to investigate the free amino acid and protein contents in Honghuadajinyuan (Hongda) tobacco at different nitrogen application levels. The results showed that histidine and asparagines content of tobacco increased significantly with the nitrogen application level. Glutamine and arginine contents in the 90 kg/ha N treatments were the highest, and decreased in the 135 kg/ha N treatment. Lysine content was decreased with the nitrogen levels increased. The total amount of free amino acids and protein content of tobacco increased significantly with the nitrogen application level, with up to 9.617 mg/g and 10.56% in the 135 kg/ha N treatment. The quality of aroma and sensory quality reached the highest in 90 kg/ha N and the lowest in 0 N treatment. Under the conditions of this experiment, the total amount of free amino acids and protein content of tobacco increased significantly with the nitrogen application level, but the contents of free amino acids in different species showed different expression with nitrogen application level, the sensory quality of tobacco was the best in 90 kg/ha N.

nitrogen level; honghuadajinyuan; gree amino acid; protein; sensory quality

S572.06

1007-5119（2017）05-0050-06 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2017.05.009

中国烟草总公司重大专项“不同香型烟叶化学成分研究”（2012GC01）

黄 茹（1982-），女，博士，讲师，主要从事农业资源利用研究。E-mail：huangru_2008@163.com。*通信作者，E-mail：linkli609@163.com

2017-01-05

2017-07-21