不同UV-B辐射强度对烤烟主要次生代谢产物的影响

权佳锋 涂云 杨正聪 卢红

摘要：本试验以K326为材料，采用人工气候箱模拟自然环境气候条件，在烟草成熟期进行不同UV-B辐射处理，研究其对烟叶质体色素、多酚类物质、有机酸、糖和烟碱等次生代谢产物含量积累与变化的影响。结果表明：增强UV-B辐射会使烟草的主要次生代谢产物质体色素、多酚类物质、有机酸、烟碱含量增加，水溶性糖、还原糖含量减少。但不同UV-B辐射强度对烟草次生代谢产物的影响各异，其中高强度较低强度UV-B辐射其质体色素、多酚类、有机酸含量有所下降，而烟碱和糖类含量则随辐射强度的增强分别呈现递增、递减趋势。

关键词：烤烟; UV-B辐射;次生代谢产物;化学成分

中图分类号：S572.01文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）02-0062-05

Effects of Different UV-B Radiation Intensity on Main

Secondary Metabolites of Flue-Cured Tobacco

Quan Jiafeng， Tu Yun， Yang Zhengcong， Lu Hong

（College of Tobacco Science， Yunnan Agricultural University， Kunming 65020 China）

AbstractThe artificial climate box was used to simulate the natural environment and climate conditions， and different UV-B radiation treatments were performed in the mature period of tobacco with K326 as material. The accumulation and changes of secondary metabolites such as plastids， polyphenols， organic acids， sugar and nicotine were studied. The results showed that enhanced UV-B radiation could increase the content of plastids， polyphenols， organic acids and nicotine， but reduce the content of water-soluble sugars and reducing sugars in tobacco leaves. There were different effects of different UV-B radiation intensities on secondary metabolites. The content of plastids， polyphenols and organic acids was lower under high intensity of UV-B radiation compared with low intensity. The nicotine content increased gradually， while the sugar content decreased with the enhancement of radiation intensity.

KeywordsFlue-cured tobacco; UV-B radiation; Secondary metabolites; Chemical component

近年來，人类活动引起的氟氯烃化合物排放导致大气中臭氧减少，地表UV-B辐射日益增强[1]，对生态系统和动植物生长造成不同程度的影响。在UV-B辐射增强条件下，植物的形态、光合系统、蛋白质结构及化学成分都会发生变化[2]，以化学成分和次生积累物形成其质量风格的烟草更是如此。烟草中的生物碱及主要香气前体物质如萜烯、醇类、酸类、酯类、酚类等大多数物质均是次生代谢产物[3，4]，对烟草生长发育、烟叶质量有重要影响。何承刚等[5]认为低UV-B辐射增强降低了烤烟的水溶性糖和邻苯二酚含量，同时质体色素和类黄酮含量明显增加。黄勇等[6]认为叶绿素、糖、烟碱含量降幅与UV-B辐射强度呈正相关，微量UV-B辐射有利于提高成苗叶绿素含量。左敏等[7]的研究表明，增强UV-B辐射，两个烤烟品种烟叶的叶绿素、类胡萝卜素、多酚类物质和部分多元酸、高级脂肪酸等香气前体物含量明显提高。

在影响烟草次生代谢诸多因素中，生态环境起着主导作用[8]。生态条件包括气候条件（温度、降水、光照、霜期）、土壤条件（地形地貌、土壤环境条件） [9]。前人研究UV-B辐射对烟草次生代谢产物的影响多是在田间通过直接增加UV-B灯管来实现UV-B辐射的增强，势必会受到多种因素的影响。为了排除田间试验中的多因子干扰，本研究于人工气候培养箱中通过盆栽方式进行控制条件下的单因子辐射对烤烟物质积累与分配影响的系统试验，研究不同UV-B辐射强度下，烤烟主要次生代谢产物质体色素、多酚、有机酸的积累情况，探究UV-B辐射对烤烟化学品质和风格的影响，旨在证明较高UV-B辐射是导致云南烤烟质量优于其它产区的主要生态影响因子，为今后烤烟品种的生态区域合理布局提供参考。

1材料与方法

1.1材料

试材为云南省主栽品种K326，云南省烟草农业科学研究院提供种子。塑料盆：44 cm×29 cm。人工气候培养箱：LRH-800-GSI（试验后期处理用），广东韶关泰宏医疗器械有限公司出品。UV-B灯管：广州朗普光电科技有限公司产紫外灯管，8 W，308 nm，0.21 mW/cm2。

1.2方法

盆栽试验：2018年1月20日进行漂浮育苗，4月3日选取健壮统一的烟苗移栽于塑料盆中，每盆1株。按云南优质烤烟标准化栽培措施管理。7月10日人工初花打顶，留叶20片。打顶结束一周后选取健壮整齐度一致的烟株于人工气候培养箱中进行紫外辐射处理，并对烟叶标记挂牌。选取第7～12叶（中部叶）在烟叶正常落黄成熟后采摘，一部分新鲜叶片进行质体色素检测，之后全部烘烤、研磨成烟末，进行化学成分检测。

试验设置3个处理，1个对照，重复4次，即：在人工气候箱内设置0、0.84、 1.68、3.36 mW/m2 4个UV-B辐射强度处理，分别用CK、T1、T2、T3表示。人工气候培养箱各项指标设置见表1。

1.3指标测定

光合色素：采用无水乙醇—丙酮（1∶ 1）浸提比色法测定。取0.1 g叶片，剪碎后放入25 mL刻度试管中，加浸提液25 mL，于室温、黑暗处浸提，直至叶片完全变白，测663、646 nm和470 nm处吸光值，计算叶绿素a、b和类胡萝卜素含量。

多酚类化合物：按照《烟草及烟草制品 多酚类化合物绿原酸、莨菪亭和芸香苷的测定》（YC/T 202-2006）用高效液相色谱法测定绿原酸、芸香苷、莨菪亭含量。

有机酸：按照《烟草及烟草制品有机酸的测定 气相色谱质谱联用法》（TCJC-ZY-Ⅳ-004-2012）测定有机酸。

1.4数据处理

用 Microsoft Excel 2016和SPSS 19.0对数据进行分析处理。

2结果与分析

2.1不同UV-B辐射强度对烤烟质体色素的影响

由表2看出，随着UV-B辐射增强，烤烟中部叶的叶绿素a、b和类胡萝卜素含量均表现为先增加后减少，且对照与处理间均呈极显著差异。在相对较弱的UV-B辐射（T1，0.84 mW/m2） 下，烟叶叶绿素a、b和类胡萝卜素含量较对照极显著增长，但随着辐射增强至1.68 mW/m2 （T2），叶绿素a、类胡萝卜素含量增长减缓，T2与T1无显著差异，但叶绿素b仍显著增多;UV-B辐射增至3.36 mW/m2 （T3）时，三种色素含量则大幅下降。叶绿素a、b和类胡萝卜素含量均表现为T2﹥T1﹥T3﹥CK。

2.2不同UV-B辐射强度对烤烟多酚类物质的影响

由表3看出，随着UV-B辐射增强，烤烟中部叶多酚类物质绿原酸、莨菪亭、芸香苷的含量先上升后下降。对照的多酚类物质含量最低;UV-B辐射增强到0.84 mW/m2 （T1）时，三种多酚类物质小幅增长，增强至1.68 mW/m2 （T2）时呈现极显著增长，继续增强至3.36 mW/m2 （T3）时，三种多酚类物质极显著下降，但仍高于T1和CK。

2.3不同UV-B辐射强度对烤烟有机酸的影响

2.3.1对烤烟多元酸的影响 由表4看出，烤烟中部叶主要多元酸草酸、苹果酸、柠檬酸含量随着UV-B辐射增强呈现先升高后降低趨势，均为：CK﹤T3﹤T2﹤T1。T1的草酸、苹果酸、柠檬酸含量较CK极显著增多;T2较T1草酸含量显著下降，苹果酸、柠檬酸含量下降，但并不显著。三种多元酸中， 3个处理苹果酸含量较CK增幅最大。

2.3.2对烤烟高级脂肪酸的影响 由表5看出，随着UV-B辐射增强，5种高级脂肪酸含量均呈现先增加后降低趋势，总体表现为T1>T2>T3>CK，各处理均显著高于对照。其中T1比对照增幅最大，T2次之，T3增幅最小。

2.4不同UV-B辐射强度对烤烟糖和烟碱含量的影响

由表6看出，烤烟中部叶的总糖、还原糖含量与UV-B辐射强度呈显著负相关，烟碱与UV-B辐射强度呈正相关。对照的总糖、还原糖含量极显著高于各处理，烟碱含量极显著低于各处理。

3讨论

质体色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素，是烟草重要的代谢物和烟叶中重要的香气前体物。许多研究表明增强UV-B辐射会使烟草中光合色素含量下降[10，11]，但本研究表明，随着UV-B辐射的增强，烤烟中部叶叶绿素a、b的含量较CK极显著增加，这与何承刚[5]、刘敏等[12]的研究结果一致。其原因可能是，增强UV-B辐射使得烤烟落黄延迟，烘烤时叶绿素转化不完全[13];环境原因使得植物对UV-B辐射的适应能力增强。本研究中，增强UV-B辐射极显著增进类胡萝卜素含量的积累，原因是类胡萝卜素是一种植物保护色素，可以直接吸收紫外辐射，保护植物免受UV-B辐射的伤害[13，14]。

酚类化合物不仅是烟草产量和质量形成的重要因素，而且是烟草化学防御机制的有效物质 [15]。多酚类物质是酚类化合物的重要组成部分，是烟叶重要的香气前体物，绿原酸、芸香苷、莨菪亭三种多酚占烟草总多酚的70%～80%[16]。大量研究表明，增强UV-B辐射对植物最一致的影响是增加植物叶片中紫外吸收物质，如多酚类物质，吸收大量紫外线，进而减少辐射对自身的伤害[17-19]。这与本试验结果一致，即随UV-B辐射的适当增强，烟草多酚类物质显著升高。

有机酸广泛存在于烟草中，对烟草的生理代谢有重要作用。多种有机酸及其衍生物是烟草的香味物质和香气前体物，直接影响烟叶及其制品的质量。非挥发性有机酸主要包括草酸、柠檬酸、苹果酸，可以调节烟草pH值、改善烟气质量。高级脂肪酸属于半挥发性酸，主要包括棕榈酸、油酸、亚油酸、亚麻酸和硬脂酸，可赋予烟气腊味、脂味以及柔和的气味[20，21]。本研究表明，适度增强UV-B辐射可增加烟叶中多元酸和高级脂肪酸的含量，与左敏等[7] 的研究结果一致。王树会等[22]的研究表明较高海拔区域的烤烟叶片中有机酸含量高于低海拔区域，但随着海拔升高，紫外辐射、温度、湿度、降雨量都会发生变化，所以有关UV-B辐射对烤烟有机酸含量的影响还有待于进一步研究。

糖类是烟草合成自身物质的基本原料，是烟草的骨架物质。糖类的代谢为烟草生长发育提供能量，同时和烟叶的质量有着密切关系。烟草中的水溶性糖和还原糖对烟叶品质有重要影响，可以提高原烟外观质量、调节烟气酸碱度，使吃味醇和，是重要的香气前体物。UV-B辐射对于烟草糖类含量影响的研究较多，本研究与其他学者的研究结果一致[18，23，24]，即随UV-B辐射的增强，烟叶中的水溶性总糖和还原糖显著下降。其原因可能是，在UV-B辐射胁迫下，烟草进行自我保护，光合作用减弱、蒸腾作用增强、作物合成作用降低但消耗增加，因而导致烟叶水溶性总糖和还原糖下降。

烟碱是烟草生物碱的主要成分，是烟草次生代谢产物，可以促成绿原酸和咖啡酸等酚类物质的生物合成，在烟草中的含量和分布受到品种、部位、气候环境和栽培管理措施的影响。烟碱对烟叶外观色泽、烟叶香吃味都有影响。张艳敏[25]和张争等[26]的研究表明，随着UV-B辐射增强，烟叶中的烟碱显著增加，本研究也证实了这一点。其原因可能是：植物碱属于次生代谢产物，而次生代谢产物与植物的生存竞争有关，是植物化学防御机制的有效物质，UV-B辐射胁迫下烟草会产生大量次生代谢产物保护自身、减少因辐射受到的伤害。

4结论

本研究结果表明，增强UV-B辐射，会使烟草的主要次生代谢物质体色素、多酚类物质、有机酸、烟碱含量增加，水溶性糖、还原糖含量减少。但不同UV-B辐射强度对烟草次生代谢产物的影响各异，其中高强度较低强度UV-B辐射其质体色素、多酚类、有机酸含量有所下降，而烟碱和糖类含量随辐射强度增强分别呈现递增、递减趋势。

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