雪茄烟叶晾制期显微结构与水分变化及其相互关系

李楠芬，杨锦鹏，汪社亮，杨春雷，徐芳森，余 君

（1.华中农业大学资源与环境学院微量元素研究中心，武汉 430070；2.湖北省烟草科学研究院，武汉 430030）

与国外成熟雪茄烟（Nicotiana tabacumL.）市场相比，中国雪茄烟市场呈迅速发展的趋势，国产雪茄烟有巨大的发展空间［1］。优质雪茄烟培育与生产主要包括大田烟叶生产、调制和发酵等，调制环节是指烟叶在晾制、晒制或半晾半晒等过程中的生理生化反应，将烟叶的内在品质和潜在优势呈现出来［2］。晾制对雪茄烟叶最直观的改变体现在颜色和含水量上，失水速率对烟叶颜色、关键化学成分和相关酶活有重要影响［3-5］。优质雪茄烟的晾制需要适宜的温湿度环境，烟叶失水过快导致细胞过早死亡，叶绿素尚未分解完成，易晾成青烟；晾房温度过高易导致淀粉酶、硝酸还原酶等活性降低［6，7］。晾制期间烟叶组织结构和含水量的变化相互偶联，水分的散失会造成细胞的损伤［8］。与烤烟相似，雪茄烟的鲜叶属于典型的异面叶，组织结构特征明显，海绵组织间隙大［9，10］。对烤烟鲜烟叶显微结构与超微结构的研究较多，主要集中在烤烟成熟发育阶段［10-12］以及不同品种烟叶结构的对比［10，13］等。对雪茄烟晾制期叶片的组织结构变化以及水分变化对组织结构的影响研究报道较少。本试验以雪茄烟品种楚雪10 号（CX-010）为材料，对晾制前15 d 中部叶组织结构和烟叶水分含量的变化进行研究，并分析叶片厚度与烟叶水分含量变化的关系，以期为雪茄烟晾制过程中叶片失水机理和烟叶解剖学研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地与材料

雪茄烟品种为楚雪10 号（CX-010），栽培于湖北省恩施土家族苗族自治州恩施市崔坝镇贺家村（E 109°47‘42″，N 30°27’27″）。海拔高度860 m，试验地土壤pH 为6.21，有机质含量25.33 g/kg，碱解氮含量126.05 mg/kg，速效磷含量83.34 mg/kg，速效钾含量535.19 mg/kg，氯离子含量0.11 mg/kg。烟苗于2021 年5 月11 日移栽，移栽密度为1.10 m×0.45 m。试验施N 量为120 kg/hm2，有机肥1 500 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O = 1.0∶0.5∶3.0。肥料中全部腐熟菜饼肥，1/3 的N、K 和100%的P 作基肥在起垄时条施，2/3 的N、K 肥分2 次追施。大田管理参照优质雪茄烟叶的生产技术。

1.2 试验处理

7 月24 日，选取长势基本一致、成熟度相对一致的烟株采收中部叶。将采摘后的烟叶编杆后挂入科研晾房（长×宽×高为12 m×7 m×7 m），晾房材料为铁皮，共12 扇窗。挂杆长度为160 cm，每杆挂42 片烟叶，相邻挂杆间隔25 cm，通过开关窗来控制晾制条件，晾制前期调控低温高湿环境，晾制后期调控高温低湿环境。

1.3 试验方法

将温湿度记录仪悬挂在晾房中间的前、中、后3个位置，每小时记录温湿度。在晾制前、晾制5 d、晾制10 d、晾制15 d 各取10 片烟叶，去除主脉后，进行总含水量测定以及显微结构观察。采用烘干称重法测量烟叶含水率；同时从雪茄烟叶样品的叶尖至叶基，在第六至第七枝叶脉中间切下约0.5 cm×0.5 cm的小块叶片，FAA 固定液固定，用于制作组织切片。经过脱水和石蜡包埋后，切成厚度2～3 μm 薄片，番红固绿染色，显微镜观测拍照。每个试验3 个重复。

1.4 数据处理

采用Image J 软件测量叶片厚度，采用Microsoft Excel、Origin 对所得数据进行分析与绘图。

2 结果与分析

2.1 晾制前期晾房温湿度的变化

晾制15 d 内晾房温湿度变化见图1，烟叶进入晾房前后，晾房的温湿度明显改变，晾制前10 d 温度低于晾制10～15 d，湿度基本呈先缓慢上升后缓慢下降的趋势。晾制15 d 晾房温度变化不大，变幅在2.94 ℃内；湿度一直保持一个较高水平，最高达96.64%。

图1 晾制前期晾房温湿度变化

2.2 晾制前15 d 雪茄烟中部叶的显微结构观察

不同晾制时间CX-010 中部烟叶的显微结构差异明显（图2），随晾制时间的推进，雪茄烟叶在微观组织形态上表现为细胞间隙增大，叶片细胞干缩解体严重。从图2a 可以看出，雪茄烟叶为典型的异面叶，即上下表皮细胞均为一层，上表皮细胞比下表皮细胞大，靠近上表皮的细胞为海绵组织，靠近下表皮的细胞为栅栏组织。海绵组织由多层细胞构成，间隙发达；栅栏组织由一层细胞构成，排列紧密，间隙较海绵组织小。

晾制5 d 叶肉细胞溶解、解体和干缩，各种细胞处于明显的分解状态，海绵组织与栅栏组织界限不分明，但上下表皮细胞变化不大（图2b）。晾制的10 d，叶片已完全皱缩，叶片结构及其组织形态无法分辨（图2c）。整体看来，晾制10 d 后叶片组织结构与晾制15 d 的差别不大（图2d），说明晾制到10 d，叶片已失去生命活动，细胞彻底死亡。

图2 不同时期CX-010 中部叶显微结构观察（20 倍）

2.3 叶片水分与厚度变化及其相关性分析

晾制15 d CX-010 中部叶的总水分含量与厚度变化如表1 所示。随着晾制的进行，烟叶处于逐渐失水的状态，5～10 d 是烟叶失水率最高的时期，达50.14%；0～5 d 和10～15 d 烟叶失水率相差不大，在10%左右，并且15 d 烟叶已经处于含水率较低的状态。晾制处理5 d 内叶片厚度变化不大，晾制10 d，叶片变薄至原来的一半，且趋于稳定。对叶片水分与厚度变化的相关性分析见图3，在晾制15 d 内，叶片含水量与叶片厚度呈显著正相关关系（P＜0.01），说明叶片含水量降低，叶片也随之变薄。

图3 叶片水分与厚度变化的相关性

表1 晾制过程中烟叶含水率与厚度变化

3 小结与讨论

水分不仅是烟叶生长发育过程中营养物质的介质，也是烟叶调制过程中代谢物在体内运输的载体。在烟叶调制过程中，适宜的失水速度能使得烟叶中大分子物质，如蛋白质、淀粉等得到初步降解，色素、多酚等物质及时转化，从而使得烟叶化学成分协调，叶片颜色均匀［6，14］。本研究表明，在控制晾房温湿度环境变化的条件下，雪茄烟叶经过10 d 的晾制，含水率约为鲜烟叶的一半，且5～10 d 失水最快，而后失水速率缓慢。因为在晾制前5 d 烟叶中蛋白质、纤维素、果胶质等极性大分子物质较多，烟叶的水分平衡体系较稳定，而后烟叶完全失去生命活动，水分的缺乏致使叶片膨压降低、气孔关闭，水解酶数量增加和活性提高，有利于淀粉和蛋白质水解，进而加速衰老，各种物质迅速转化与损失，导致水分急剧丧失［15］。刘博远等［3］认为，雪茄烟叶晾制10～15 d 失水速率最快，与本研究结果有所不同，可能是对晾制条件的控制不同导致的，也可能是不同品种间失水特性差别不同。

探索烟叶失水与叶片组织结构的关系，对通过改善晾制条件提高产量和品质具有重要的意义。水分生理代谢与叶片细胞结构的变化密切相关，烟叶在晾制过程中失水皱缩。相关研究认为，烟叶组织结构厚度、栅栏组织和海绵比值对烟叶品质影响很大，且烟叶栅栏组织和海绵比值与品质呈正相关［16，17］。本研究表明，晾制5 d 叶肉细胞处于明显的分解状态，虽然海绵组织与栅栏组织间的界限不明显，但依然可以分辨，这一阶段含水量下降幅度不大，接近10 个百分点。到晾制10 d，烟叶完全失去生命活动，叶片皱缩，叶片结构和组织形态无法分辨，这一显著变化可能与含水量的急剧下降有关，这5 d 内烟叶的含水量从82.01%下降到40.89%。该结果与苑亚汝［18］对烟叶烘烤过程中叶片组织结构变化动态的研究结果类似。在本研究中，随晾制时间的增加，叶片含水率与叶片厚度呈极显著正相关，因为叶片厚度主要由栅栏组织和海绵组织决定［9，10，13］，水分的散失直接影响细胞大小和细胞间隙，从而影响栅栏组织和海绵组织细胞的长度。

雪茄烟采收后，在烟叶晾制5～10 d 失水速率最快，组织结构变化也最大，晾制的前5 d 与10～15 d失水速率适中，叶片含水率与叶片厚度呈极显著正相关，说明雪茄烟晾制中烟叶水分变化的关键时期是晾制开始后的5～10 d，该时期也可能是决定烟叶品质变化的关键时期。