植烟密度对雪茄烟叶碳氮代谢及品质的影响

张嘉雯 卢绍浩 赵铭钦 钟秋 张瑞娜 张华述 邹宇航

摘  要：为探究植烟密度对雪茄烟叶生长过程中碳氮代谢的影响，以德雪1号为试材，研究了19 500株/hm2（T1）、21 000株/hm2（T2）、22 500株/hm2（T3）和24 000株/hm2（T4）4个密度对烟叶碳氮代谢关键酶活性、质体色素、化学成分和感官质量的影响。结果表明，烟叶生长期间，T2、T3处理能提高烟叶淀粉酶（AL）、中性转化酶（NI）和硝酸还原酶（NR）活性以及总糖、淀粉含量;随植烟密度的增加，总氮和类胡萝卜素含量降低，叶绿素含量升高，调制后烟叶总糖、还原糖含量以及糖碱比、氮碱比增加，总氮、烟碱含量降低;T2处理调制后烟叶淀粉、蛋白质含量最低，钾氯比值较高，烟叶化学成分较协调，感官质量较优。因此，四川什邡地区宜采用21 000株/hm2的雪茄烟种植密度，有利于提高烟叶碳氮代谢能力，改善烟叶内在品质，提高烟叶可用性。

关键词：植烟密度;雪茄烟叶;碳氮代谢;酶活性;化学成分;感官质量

Abstract： In order to explore the effect of planting density on the carbon and nitrogen metabolism during the growth of cigar leaves， taking Dexue No.1 as test material， the effects of four densities of 19 500 plants/ha （T1）， 21 000 plants/ha （T2）， 22 500 plants/ha （T3） and 24 000 plants/ha （T4） on key enzyme activities of carbon and nitrogen metabolism， plastid pigments， chemical composition and sensory quality of tobacco leaves were studied. The results showed that T2 and T3 treatments can increase the activities of amylase （AL）， neutral invertase （NI）， nitrate reductase （NR）， and total sugar and starch contents. With the increase of density， the total nitrogen and carotenoid contents decreased and the chlorophyll content increased during the growth of cigar leaves. With the increase of density， the contents of total sugar and reducing sugar， as well as the sugar-nicotine ratio and nitrogen-nicotine ratio increased， but the total nitrogen and nicotine content decreased after air-during. Under the T2 treatment， the contents of starch and protein were the lowest， the potassium-chlorine ratio was higher， the chemical components were suitable and the sensory quality was good. Therefore， the suitable planting density for cigar leaves was determined to be 21 000 plants/ha in Shifang， Sichuan Province， which is conducive to increase the carbon and nitrogen metabolism capacity， improve the quality and availability of cigar leaves.

Keywords： planting density; cigar leaves; carbon and nitrogen metabolism; enzyme activities; chemical composition; sensory quality

碳氮代謝是烟草生长发育过程中最基本的代谢，其强弱以及协调程度对烟叶中化学成分的含量和组成有着重要的影响[1]。植物碳代谢与氮代谢密切相关，碳代谢为氮代谢提供光合作用产生的能量以及碳骨架，氮代谢为碳代谢提供蛋白质和催化所需的酶类等物质[2-3]。TSO等[4]报道，烟叶中碳氮代谢的协调程度是形成优质烟叶的关键。史宏志等[5]研究了烤烟碳氮代谢与香吃味的关系，表明在烟株生长发育过程中，保持碳代谢与氮代谢的适宜水平有利于提高烟叶的香吃味。因此维持二者之间的代谢平衡，对烟叶内在品质与感官质量有极其重要的影响。碳氮代谢产物的合成受温度、光照、施肥水平以及多种调控措施的影响。植烟密度是烟草大田管理中的一项重要的技术措施，它通过影响叶片的光照条件进而对碳氮代谢进行调节[6]。韩福根等[7]研究表明，当种植密度超过一定范围，随密度的增加，含氮化合物含量降低，总糖含量增加，糖碱比增大，烟叶香吃味降低，劲头小。

雪茄烟是一种特殊的烟草类型，传统概念上是指用烟叶手工卷制的吸用烟卷，烟叶中的内含物质直接决定了雪茄烟的抽吸品质[8]。雪茄烟属于高氮类型烟草，碳、氮化合物的合成和转化与烟叶的产量和品质密切相关[8]。四川什邡具有悠久的雪茄烟叶种植史，但生产上过多追求高产，种植密度过大的现象严重，导致烟叶光照不足，化学成分不协调，烟叶品质下降[9]。目前，国内外对烟草碳氮代谢的研究主要集中在施氮量或其他因素对雪茄烟的影响方面[10-11]，而关于植烟密度这一因素的研究较少。本试验以雪茄烟叶为试材，研究了种植密度对其生育期碳氮代谢关键酶活性、质体色素、化学成分以及感官质量的影响，旨在探索四川雪茄烟区适宜的种植密度，为雪茄烟原料优质高产奠定基础。

1  材料与方法

1.1  试验田概况

试验于2019年在四川省什邡市洛阳村（东经104°04′，北纬31°10′，海拔543 m）进行，该地区土壤为水稻土，地势平坦，肥力均匀，土壤pH为6.10，有机质含量30.12 g/kg，速效钾含量89.76 mg/kg，速效磷含量38.14 mg/kg，速效氮含量120.42 mg/kg。

1.2  试验设计

试验共设置4个处理，具体试验设计见表1。试验采用随机区组设计，重复3次，小区面积133.34 m2。施纯氮12 kg/667 m2，肥料种类为烟草专用复合肥、硫酸钾、高碳基肥，m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=1∶0.5∶3。采用条施方式施用基肥，基肥施用70%的烟草专用复合肥、100%的硫酸钾和高碳基肥，移栽后30 d再追施30%的烟草专用复合肥。选用当地主栽品种德雪1号为试验材料，于2019年4月30日移栽，移栽后60 d打顶，移栽后70～75 d采收，留叶18～20片/株。其他栽培以及调制措施按照当地雪茄烟叶生产技术规范进行。

1.3  取样方法

烟苗移栽后40 d开始，每7天取样一次，每次选取各小区具有代表性的中部叶（8～10叶位）3片，共取5次。取样后一部分去除主脉混匀，取叶肉部分用于酶活性的测定;另一部分烟叶杀青烘干研磨后，过筛保存，用于化学成分的测定。取各处理调制后的中部烟叶样品，60 ℃烘干，粉碎过筛，用于调制后化学成分的测定。

1.4  测定指标及方法

1.4.1  碳氮代谢关键酶活性测定  淀粉酶（AL）、中性转化酶（NI）和硝酸还原酶（NR）活性分别采用苏州科铭生物技术有限公司生产的试剂盒，按照说明方法测定。

1.4.2  质体色素及化学成分含量的测定  叶绿素和类胡萝卜素含量采用丙酮浸提比色法[12]测定。烟叶化学成分采用德国seal AA型流动分析仪进行检测[13]。

1.4.3  感官质量评价  将不同处理的烟叶卷制成单料烟，由什邡雪茄厂的7名评吸专家，依据YC/T 415—2011《烟草在制品感官评价方法》进行感官质量评价[14]。

1.5  数据分析

所得数据采用Excel 2010进行数据统计及作图，利用SPSS 21.0对数据进行差异显著性分析。

2  结  果

2.1  不同处理对雪茄烟叶碳氮代谢相关酶活性的影响

由图1A可知，不同处理烟叶AL活性随时间的增加逐渐升高，移栽后68 d略微下降，表明在整个生育期内叶片碳的积累代谢逐渐增强，为烟株生长提供了能量。移栽后40 d，T2处理AL活性最高，与T3、T4无显著差异，与T1差异显著;移栽后47 d，T1处理AL活性最高，可能与密度小，光合作用较强有关。移栽后54至68 d，T2、T3处理AL活性显著高于T3、T4处理。

随生育期的推进，各处理NI活性呈单峰变化趋势（图1B），移栽后54 d达到峰值，这说明烟叶碳的固定和转化代谢逐渐增强，在叶片功能盛期之后逐渐减弱。在烟株生长初期，处理间NI活性差异不大;移栽后54 d，T3处理NI活性最高，与T2处理差异不显著，与移栽后40 d相比，T1-T4处理的NI活性分别提升了3.04、4.24、4.03和3.15倍，移栽后61 d至68 d，T2处理NI活性最高，其次为T3处理，均与T1、T4处理达显著水平。说明T2处理的密度更能促进蔗糖转化为单糖，使光合碳固定过程加强。

不同处理烟叶NR活性呈先升高后降低的趋势，移栽后47 d最高（图1C），说明烟株生长前期氮代谢旺盛，根系对氮素的吸收和利用增强，叶形态建成后，NR活性下降，有利于烟叶正常成熟落黄。移栽后47 d至68 d，除61 d时T3处理NR活性略高于T2外，其他时期以T2处理最高，但与T3差异不显著，与T1、T4处理差异显著。移栽后68 d与47 d相比，T1-T4处理的NR活性降幅依次为49.93%、45.82%、46.21%和48.73%，以T2处理降幅最小。

2.2  不同處理对雪茄烟叶质体色素含量的影响

从表2可以看出，随着生育期的推进，各处理叶绿素含量先上升后缓慢下降，移栽后47 d最高，此时表现为T2>T3>T1>T4，T2与T1、T4处理差异显著。移栽后54至68 d，随密度的增加叶绿素含量增加，T1和T4处理达显著差异，说明种植密度过大，减缓了成熟期叶绿素的降解。不同处理烟叶类胡萝卜素含量随烟株生长先增加后降低。移栽后40 d各处理差异不显著;移栽后47 d，T2处理类胡萝卜素含量最高，显著高于T1、T4。之后类胡萝卜素含量逐渐下降，并随种植密度的增加而降低。移栽后68 d与47 d相比，T1-T4处理降幅分别为29.95%、41.51%、39.52%和33.72%。说明T2处理既能确保烟株生长前中期积累较多的质体色素，又能使后期质体色素充分降解，这对调制时提高烟叶香气物质有重要作用。

2.3  不同处理对雪茄烟叶总糖、淀粉和总氮含量的影响

从图2A可以看出，移栽后40 d至61 d，各处理总糖含量均呈上升趋势，61 d后下降。移栽后40 d，随密度增加总糖含量逐渐下降，T1与T2间无显著差异;移栽后54 d，T3处理总糖含量最高，T2、T1、T4处理依次递减;移栽后61至68 d，T2处理总糖含量最高，与T1、T4处理达显著水平，T3处理次之。

移栽后40至61 d，不同处理烟叶中淀粉含量先升高后降低（图2B），但68 d时迅速增加，这可能与打顶后光合产物集中向烟叶内分配有关。移栽初期T1处理淀粉含量较高，移栽后47至68 d，T2和T3处理淀粉含量始终保持在较高水平，且二者之间差异不显著，均显著高于T1处理。移栽后68 d淀粉含量最高，与移栽后40 d相比，T1、T2、T3、T4处理分别增加了3.12、6.84、5.67、4.37倍。

由图2C可知，各处理总氮含量随烟叶生长呈先上升后下降趋势，移栽后61 d趋于平缓。各时期总氮含量均随密度的增加而降低，移栽后47 d，烟叶中总氮含量达到峰值，T1处理最高，与T2处理无显著差异，与T3、T4差异显著。移栽后54 d，各处理间无显著差异;61至68 d，T1、T2、T3处理间差异不显著，T4与T1、T2差异显著。

2.4  不同处理对调制后烟叶化学成分含量的影响

由表3可知，随着种植密度的增加，烟叶总糖、还原糖含量呈上升趋势，T2、T3、T4处理间差异不显著，但都显著高于T1。与糖含量相反，总氮和烟碱含量随植烟密度的增加而降低，T2和T3处理差异不显著，但二者显著高于T4处理。T2处理淀粉和蛋白质含量最低，钾含量最高。钾氯比在4以上燃烧性较好[7]，各处理钾氯比均大于4，以T2处理最高。氮碱比接近1烟叶质量好[7]，T1处理最接近1，T2与T1无显著差异。综合来看，各化学成分以T2处理更为协调。

2.5  不同处理对雪茄烟感官质量的影响

由表4可知，在19 500～22 500株/hm2（T1-T3处理）范围内，随着种植密度的增加，烟叶香气质、香气量、刺激性、余味以及燃烧性等指标的分值提高，密度超过22 500株/hm2时，这些指标分值下降，说明植烟密度过高，烟叶感官质量下降。T2处理烟叶感官质量总分最高，说明T2处理烟叶感官质量较好，表现为香气质好、香气量足、刺激性较小以及燃烧性高等，其次为T3处理。

3  讨  论

烟草中碳氮代谢的强度以及协调程度对化学成分的形成和转化有重要影响，种植密度可通过改变烟田的温度、光照强度、湿度等，进而影响叶片碳氮代谢的程度[15]。在叶片生长过程中，AL和NI是衡量碳代谢的关键指标，可将光合作用积累的淀粉、蔗糖等水解为单糖，为氮代谢提供能量与碳源，调节叶片中淀粉和水溶性总糖的积累量[2，16]。本研究表明，AL活性在前期较低，随烟叶生长发育逐渐上升，NI活性在旺长期前一直增加至峰值后下降，同时总糖含量表现为增加趋势，而淀粉含量先升高后降低，68 d后迅速增加，这说明在烟叶生长后期主要以碳代谢为主，糖类物质积累，以维持生命活动和生长发育。这与康雪莉等[17]在吉林晒烟上的研究结果一致。处理间比较，T1、T4处理烟叶AL、NI活性以及总糖、淀粉含量一直处于较低水平，可能由于T1处理密度过小，光照强度增大，导致光抑制或光损伤现象发生，使酶活性系统紊乱[18];而T4处理密度过大，烟株之间通风不良，呼吸作用导致环境温度升高，酶活性受高温胁迫影响[19]，烟叶生长受到抑制，碳代谢强度下降，总糖和淀粉合成和转化较少，这也与赵松超等[20]在种植密度对抗氧化酶活性的影响上研究一致。T2、T3处理烟叶酶活性和总糖、淀粉含量较高，说明这两个密度形成的田间小气候以及烟田的群体光合效能较好，碳代谢强度增强，有利于含碳化合物的合成和转化，T2较优于T3处理。NR是植物氮代谢的限速酶，氮代谢强度直接影响到烟叶含氮化合物的形成[1]。本研究中，NR活性在前期较高，随烟叶生长而逐渐下降，同时总氮、叶绿素和类胡萝卜素含量也在移栽47 d后降低，說明烟株生长前期氮代谢旺盛，有利于根系对氮素的吸收和利用，这与凡聪等[21]在蛟河晒红烟上的结果略有不同，可能由于雪茄烟生育期较短，氮代谢酶活性以及质体色素含量到达峰值的时间提前。处理间比较，T2、T3处理烟叶NR活性较高，氮代谢强度较强。总氮和类胡萝卜素含量随密度增加而降低，这可能因为密度过大使烟株前期根系生长较弱，吸收的氮素较少[22]。移栽初期叶绿素含量随密度增加而降低，可能与密度过大，叶片相互遮挡，光合速率减弱有关[18];后期叶绿素随密度增加而增加，说明密度过小光照增强，促进了叶绿素的分解[23]。

植烟密度在影响田间烟叶碳氮代谢协调程度的同时也影响了烟叶中的化学成分[15]。糖含量对烟气的香吃味有重要影响，糖碱比协调能使烟气醇和，浓度和劲头适宜，有利于烟叶的内在品质[17]。马波波等[23]对晒红烟的研究表明，随着密度的降低，烟叶中氮类化合物含量增加，糖类含量降低。本研究发现，随密度增加，调制后烟叶总氮和烟碱含量下降，糖含量和糖碱比增加。与烤烟相比，雪茄烟叶中糖含量较低，这是因为雪茄烟叶晾制时间较长，糖类物质为呼吸作用所消耗[24]。调制后烟叶淀粉和蛋白质含量过高，会使抽吸时香气和吃味变差，而较高的钾含量对烟叶燃烧性有利，优质烟叶的钾氯比应大于或等于4[7]。本研究结果表明，T2处理烟叶淀粉、蛋白质含量在优质烟叶范围内且较其他处理低，钾氯比最高，说明该密度下烟叶香吃味、燃烧性较好。这与毕文荣等[25]研究结果相一致。

晾制后的雪茄烟叶作为直接卷制的雪茄原料，其感官质量是鉴定烟叶品质的一个直接方法[7]。本试验表明，种植密度对雪茄烟感官质量有一定影响，T2处理烟叶评吸总分较高，烟叶感官质量较优，有利于提高烟叶品质，其次为T3处理。

4  结  论

综合来看，不同植烟密度对雪茄烟叶碳氮代谢相关酶活性和各种化学成分都有显著影响，21 000株/hm2处理的烟叶酶活性较高，有助于烟叶内碳水化合物及含氮化合物的转化，各项化学成分更适宜，感官质量较好。因此在四川什邡雪茄烟种植区宜采用21 000株/hm2的植烟密度，22 500株/hm2次之。本研究可为该地区雪茄烟叶种植生产提供理论参考。

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