我国烤烟镁含量分布特点及与化学成分和有机酸的关系

王宝林 贾国涛 白银帅 程良琨 刘超 孙九喆 陈洋 艾丹 崔廷 王晓瑜 张俊岭

摘  要：为探究烤烟Mg含量与烟叶内在品质的关系，以2018年全国249个烟叶样品为研究对象，分析了烤烟Mg含量在不同产地和部位间的变异特点，以及与化学成分和有机酸含量的关系。结果表明，我国烟區烤烟Mg含量主要集中在0.16～0.84%范围内，均值为0.40%;烤烟Mg含量与钾含量和钾氯比呈极显著负相关，与氯含量和氮碱比呈显著正相关;难挥发性酸中乙二酸、丙二酸、乳酸、乙酰丙酸、苹果酸、柠檬酸含量和有机酸总量与Mg含量都有显著相关性。烤烟适宜的Mg含量有利于协调烟叶化学成分和烤烟有机酸含量，改善烟叶内在品质。

关键词：烤烟;镁含量;化学成分;有机酸

Abstract： In order to explore the relationship between Mg content of flue-cured tobacco and quality of tobacco leaves， 249 tobacco leaf samples in 2018 were used in studying the variation characteristics of Mg content in flue-cured tobacco in different producing areas and parts， as well as the relationship with chemical composition and organic acid contents. The results showed that Mg contents of flue-cured tobacco in tobacco-growing areas of China mainly ranged from 0.16% to 0.84%， with an average value of 0.40%. Mg content of flue-cured tobacco was significantly negatively correlated with potassium content and potassium-chlorine ratio， and was significantly positively correlated with chlorine content and nitrogen-base ratio. The contents of oxalic acid， malonic acid， lactic acid， levulinic acid， malic acid， citric acid and total organic acid in the refractory acid had a significant correlation with Mg content of flue-cured tobacco. Suitable Mg content of flue-cured tobacco is beneficial to harmonize the chemical composition of tobacco leaves and the content of organic acids in flue-cured tobacco， and can improve the intrinsic quality of tobacco leaves.

Keywords： flue-cured tobacco; Mg content; chemical composition; organic acid

镁（Mg）是植物生长的必需营养元素之一，国外相关研究表明，镁元素在植物体生长发育中具有关键作用，对植物的产质量有重要影响，是仅次于氮、磷、钾之后的第四大必需营养元素[1]。镁是植物叶绿体中唯一的金属元素，位于叶绿素分子的中心位置，在植物体的光合过程中起着举足轻重的作用，可促进碳水化合物的合成与转化[2]。镁还是植物体内多种酶的活化剂，三羧酸循环、呼吸作用、硝酸盐还原、糖酵解等生理过程中涉及到的许多酶均需要镁离子来激活[3]。朱英华等[4]研究表明，镁元素能促进烟株根系发育，有效提高烟株对矿质营养的吸收利用。邵岩等[5]研究认为，当烟叶镁含量低于0.38%时，烟株在团棵期就开始表现出缺镁症状，下部叶叶尖、叶缘失绿，叶肉黄化呈黄褐色叶脉仍保持绿色而呈网络状。高华军等[6]研究表明，施镁可以提高烟叶中的钾含量，还原糖和总糖含量也有提升，有利于提升烟叶的吸食品质。目前关于镁对烤烟生理发育和吸食品质关系研究较多，但是关于烤烟Mg含量与烟叶内在化学成分关系的研究较少。本文侧重分析了我国烟区烤烟Mg的分布特点，并研究了其与化学成分和有机酸的关系，以期为烟叶原料的选择以及工业使用价值提供理论依据。

1  材料与方法

1.1  材料来源

烟叶样品为2018年度原烟样品，来自郑州烟草研究院，产地包括：西南烟区（66个）、东南烟区（69个）、长江中上游烟区（41个）、黄淮烟区（55个）和北方烟区（18个）;烟叶等级包括：上橘二（B2F）、中橘三（C3F）、下橘二（X2F）。

1.2  测定项目及方法

各等级样品取30片，去梗、烘干、粉碎，过60目筛，用于常规化学成分检测。烟叶中总氮、烟碱、总糖、还原糖、淀粉、钾和氯常规化学成分使用连续流动分析仪（SEAL AA3，德国）进行测定[7];烟叶Mg元素含量采用电感耦合等离子质谱仪（Nexion 300X PerkinElmer公司生产，美国）进行测定[8];有机酸含量采用气相色谱-质谱联用仪

（7890/5977 Agilent公司生产，美国）进行测定[9]。

1.3  数据处理

采用Excel 2016和SPSS 22.0进行描述性统计、方差分析、Pearson简单相关分析和回归分析。

2  结  果

2.1  我国烤烟Mg含量分析

由表1可知，全國烟叶样品Mg含量均值为0.40%，主要集中在0.16%～0.84%，基本服从正态分布;不同部位烤烟Mg含量均值差异不大，各部位内变异系数偏大，其中中部叶C3F变异系数达到了36.64%。上部叶Mg含量黄淮烟区最高为0.45%，东南烟区最低为0.35%，西南烟区变异系数最大为41.53%，黄淮和东南烟区存在显著性差异。中部叶Mg含量黄淮烟区最高为0.46%，东南烟区最低为0.31%，西南烟区变异系数最大为38.13%，黄淮和长江中上游、东南、北方烟区都存在显著性差异。下部叶Mg含量西南烟区最高为0.47%，变异系数为34.08%，西南烟区和长江中上游、东南烟区都存在显著性差异。

2.2  烤烟Mg含量与化学成分的相关分析

2.2.1  烤烟Mg含量与化学成分的相关分析  烤烟Mg含量与化学成分的Pearson简单相关分析和双侧检验结果见表2。由表2可知，烤烟Mg含量与总氮、氯、糖碱比和氮碱比存在正相关，与总糖、还原糖、淀粉、烟碱、钾和钾氯比存在负相关，其中烤烟Mg含量与氯和氮碱比的正相关关系达到显著水平，与钾和钾氯比的负相关关系达到极显著水平，烤烟Mg含量与总糖、还原糖、淀粉、总氮、烟碱和糖碱比无显著相关性。

2.2.2  烤烟Mg含量与相关性化学指标的回归分析  将不同烤烟Mg含量通过次序分布原则按照组距0.05进行分组，计算得出每组烤烟Mg含量的平均值及其对应的化学成分含量平均值，对相关性显著的化学指标与烤烟Mg含量进行回归方程拟合，结果见图1。由图可知，烤烟Mg含量与化学指标钾、氯、氮碱比和钾氯比都呈一元二次关系，随Mg含量升高，钾呈逐渐降低趋势，氯和氮碱比呈逐渐递增趋势，钾氯比表现为先降低后增加的抛物线变化趋势。其中钾和氯含量变化趋势的回归方程拟合度较相对较高。

2.3  烤烟Mg含量与有机酸的相关分析

2.3.1  烤烟Mg含量与有机酸的相关分析  由表3可知，难挥发性酸中乙二酸和丙二酸含量与烤烟Mg含量呈显著正相关，乳酸和乙酰丙酸含量与烤烟Mg含量呈极显著负相关，苹果酸、柠檬酸、难挥发性酸含量和有机酸总量与烤烟Mg含量呈极显著正相关，丁二酸和香草酸含量无相关性;高级脂肪酸中十四酸、十六酸、亚油酸、油酸+亚麻酸、十八酸和二十酸含量与烤烟Mg含量均无相关性。

2.3.2  烤烟Mg含量与相关性有机酸指标的回归分析  在相关性分析的基础上，对相关性显著的有机酸指标与烤烟Mg含量进一步进行回归方程拟合，结果见图2。由图2可知，烤烟Mg含量与乳酸、乙二酸、丙二酸、柠檬酸和乙酰丙酸呈一元二次方程关系，随Mg含量升高，乳酸和乙酰丙酸呈逐渐降低趋势，乙二酸、丙二酸和柠檬酸呈逐渐递增趋势，烤烟Mg与苹果酸、难挥发酸总量和有机酸总量呈一元三次方程关系，表现为先降低后增加又降低的回归式抛物线变化趋势。其中柠檬酸、乙酰丙酸、苹果酸、难挥发性酸总量和有机酸总量变化趋势的回归方程拟合度较高（R?﹥0.85）。

3  讨  论

全国烤烟Mg含量的均值为0.40%，主要集中在0.16%～0.84%内，呈现正态分布，这与方红等[10]研究结果相一致。不同部位烤烟Mg含量均值差异不大，由于本试验所取样品区域跨度大，品种较多，导致不同部位烤烟Mg含量差异不显著。西南和黄淮烟区烤烟Mg含量高于长江中上游和东南烟区，这是因为长江中上游和东南烟区高温、多雨的气候造成土壤中的镁容易因迁移和淋溶而损失，导致烤烟Mg含量低[11]。

烟叶化学成分是决定烟叶质量的内在因素[12]。李永忠等[13]研究表明，随镁水平的提高，烟叶糖含量下降，与景延秋等[14]研究结果不一致。本试验表明，烤烟Mg含量与总糖和还原糖含量表现为负相关，与李永忠等研究一致。研究表明[15]缺镁使植物体内淀粉累积，其原因是光合同化物向库的运转受阻或光合同化物的利用率下降，也可能是两者共同作用的结果。CAKMAK等[16]认为，蔗糖通过韧皮部向外输出的速度及数量明显下降是缺镁叶片淀粉积累的原因。本试验结果也表明淀粉含量与烤烟Mg含量呈负相关。本试验结果还表明，烤烟Mg含量与总氮呈正相关，与烟碱呈负相关;随着烤烟Mg含量的增加大，钾含量整体呈现下降趋势，氯含量整体呈现递增趋势。李永忠等[13]研究表明，镁含量的提高，总氮和烟碱含量增加，施木克值和糖碱比下降，并存在显著相关关系，这与本研究结果不完全一致，还需进一步研究。长江和东南区域降雨量大，土壤中的氯主要以游离态存在，易随降水、灌溉、渗漏等流失，导致氯的利用率低，土壤和烟叶含氯量普遍偏低[17];黄淮降雨量较少，土壤淋溶作用较小，每年施入的氯元素在土壤中因难以淋溶而逐年累积，造成烤烟氯含量较高[18]。这与烟叶Mg含量地域分布的规律一致，是造成镁和氯含量呈正比的主要原因。烤烟镁与钾之间存在着极为复杂的交互作用，但其之间的作用方式目前仍没有定论。多数学者认为，镁与钾存在着拮抗作用，刘世亮等[19]研究表明，烟草植株体内钾含量随着镁含量的提高逐渐下降，与本试验结果一致。

有机酸广泛存在于烟草中，主要是以非挥发性有机酸形式存在，非挥发性有机酸虽然对烟草香味没有明显的直接作用，但能与生物碱结合成盐，调节质子化和游离态烟碱比例以及平衡烟气酸碱度[20]。本试验表明，难挥发性酸中乙二酸、丙二酸、乳酸、乙酰丙酸、苹果酸、柠檬酸含量和有机酸总量与烤烟Mg含量都有显著相关性;高级脂肪酸中十四酸、十六酸、亚油酸、油酸+亚麻酸、十八酸和二十酸与烤烟Mg含量无相关性。姚莉等[21]研究表明，镁含量与有机酸有相关性，与本试验结果相一致。柠檬酸、乙酰丙酸、苹果酸、难挥发酸总量和有机酸总量与Mg含量的回归方程拟合度较高（R?﹥0.85），表明与烤烟Mg含量相关性密切。

4  结  论

综上所述，我国烟区烤烟Mg含量主要集中在0.16%～0.84%内，均值为0.40%，长江中上游和东南烟区烤烟Mg含量低。烤烟Mg含量与总糖、还原糖、淀粉、烟碱、钾和钾氯比存在负相关，与氯和氮碱比存在正相关关系并达到显著水平。难挥发性酸中乙二酸、丙二酸、乳酸、乙酰丙酸、苹果酸、柠檬酸含量和有机酸总量与烤烟Mg含量都有显著相关性。本研究表明适宜的烤烟Mg含量有利于协调烟叶化学成分和烤烟有机酸含量，改善烟叶的内在品质。

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