基于灰色关联分析法的湖北烤烟还原糖含量与叶片形态特征关系研究

2022-09-05刘晓敏位志坤王晓丽许自成

南方农业学报 2022年6期

刘晓敏，位志坤，王晓丽，徐锐，韩丹*，许自成*

（1河南农业大学烟草学院，河南郑州 450002；2湖北省烟草公司襄阳市公司，湖北襄阳 441003）

0 引言

【研究意义】烤烟中的糖类物质是影响感官质量的重要有机化学成分，其中还原糖含量与吸食品质密切相关，含量适宜的还原糖在卷烟燃烧过程中产生多种香气物质，有利于改善吃味、醇和烟气及减少刺激性（王瑞新，2003；曹景林等，2020）。还原糖还是提高烟叶油分的关键因素之一，还原糖含量高的烟叶光泽鲜明，油润富有弹性（邓小华等，2006）；但还原糖含量过高会增加卷烟产品燃烧时的焦油量（邓小华等，2008），对人体造成危害。2017年，湖北中烟提出“中棵烟+高油分”的理念，旨在从控制叶片形态和株型等方面出发以提高烟叶品质（李志华等，2018）。初烤烟叶片形态特征从属于物理特性，而烤烟物理特性是叶片化学成分的外在表现（付秋娟等，2014），近年来对于烤烟烟碱含量与物理特性关系的研究较多，而对还原糖含量与物理特性关系的研究则较少。灰色关联分析可根据各因素变化曲线几何形状的相似程度来判断因素之间的关联程度，从而区分出影响因素的主次关系（杨丙钊，2014）。因此，结合灰色关联分析法和相关分析法研究还原糖含量与叶片形态特征的关联性，对找到与还原糖含量关系最密切的叶片形态指标具有一定意义。【前人研究进展】初烤烟还原糖含量与叶片物理特性关系密切。李东亮等（2007，2008）研究发现中部叶还原糖含量与单叶重和叶厚存在极显著负相关，上部叶还原糖含量随叶长的变化波动较大，变化规律不明显，中、下部叶还原糖含量随叶长的增加整体呈上升趋势。朱云燕和陈雪（2007）研究发现毕节地区烤烟还原糖与叶宽和单叶重呈显著正相关，与含梗率呈极显著负相关。近年来，灰色关联分析法在烟叶质量评价中得到广泛应用，冯连军等（2012）研究发现，影响湖南地区中、下部烟叶质量的因素主要有叶长和长宽比等，影响上部叶化学成分的主要物理指标有叶片厚度和叶长等，并指出中、下部烟叶的长宽比对叶片光合作用起关键作用。王正旭等（2017）通过灰色关联分析对6个津巴布韦烤烟品种综合性状进行质量评价，最终筛选出烤烟品种KRK26具有较好的示范推广潜力。刘春奎等（2021）采用灰色关联分析发现烟气中烟碱量对感官质量有较大影响，焦油量与感官质量指标中的香气等关联度较大。【本研究切入点】前人研究多集中在对烤烟化学成分与物理特性、香气物质和吸食品质的关系进行系统分析（李东亮等，2007；陈飞，2010；曹景林等，2020），而尚未见以灰色关联分析和简单相关分析为基础，对不同部位叶片还原糖含量与叶片形态特征进行深入研究的相关报道。【拟解决的关键问题】基于灰色关联分析方法研究不同部位烤烟叶片的还原糖含量与叶片形态特征指标的关联性，确定对还原糖含量影响的主要形态特征指标，并深入分析还原糖含量与各指标的数量关系，以期为湖北烟区优质烟叶原料生产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 样品来源

试验样品采集于2017—2019年湖北省襄阳市3个烟叶产地（枣阳市、南漳县和保康县），3个植烟地区主栽烤烟品种分别为湘烟3号、云烟87和K326。初烤烟样品按烟株上、中、下3个部位进行划分，3个部位烟叶主要代表等级为B2F、C3F和X2F，等级由职业评级人员按照GB 2635—1992《烤烟》标准评定，等级合格率达75%以上。共包括上部叶272份，中部叶277份，下部叶282份（表1），每份样品各取3.0 kg用于各项指标测定。

1.2 测定项目及方法

烤烟叶片主要形态特征指标包括单叶重、含梗率、叶长、叶宽及叶片长宽比5个指标。选取样本烟叶各1.0 kg，先将各样品烟叶置于温度22 ℃、相对湿度60%条件下平衡水分3～4 d。选取样本烟叶各20片用皮尺测量叶长、叶宽，根据叶片对应长和宽，计算长宽比，取叶长、叶宽及长宽比的平均值；随机选取样本烟叶各30片采用电子天平称重，单叶重（g）=30片烟叶总重量（g）/30，含梗率（%）=30片烟叶烟梗重量/30片烟叶总重量×100。随后将各样品烟叶置于50 ℃烘箱中烘干磨粉过60目筛，使用AA3连续流动分析仪测定烟叶还原糖含量。

1.3 数据处理及统计分析

采用DPS 9.01对数据进行灰色关联分析，以烤烟还原糖含量为母序列，叶片形态特征指标为子序列，无量纲化采用均值化处理，分辨系数为0.5，分别计算各叶片形态特征指标与烤烟还原糖含量的灰色关联系数（关联度）。

运用Origin 2018和Excel 2016绘制箱形图和频率分布直方图，使用SPSS 26.0对数据进行描述统计、相关分析及曲线回归模拟。

2 结果与分析

2.1 不同部位烤烟叶片形态特征指标的变异特征

襄阳市2017—2019年初烤烟上、中、下3个部位烟叶性状分析结果（表2）表明，各叶片形态特征指标变异系数范围在5.55%～21.55%，其中下部叶叶长变异系数最小，仅为5.55%，中部叶单叶重变异系数最大，达21.55%。不同部位烟叶还原糖含量变异系数在15.00%左右，上部叶还原糖含量变化范围在15.14%～33.23%，平均值为22.95%；中部叶还原糖含量在17.09%～34.18%，平均值为25.59%；下部叶还原糖含量在15.69%～36.95%，平均值为24.90%。中部烟叶的单叶重峰度系数为1.15，形成尖顶峰度，其他性状峰度均处于（-1，1）之间，说明各性状数据分布较集中。偏度系数绝对值均小于1.00，说明数据偏倚程度小，接近于正态分布。

2.2 还原糖含量与叶片形态特征指标的相关分析

对3个部位烤烟还原糖含量与叶片形态特征指标进行相关分析，结果（表3）发现，不同部位烤烟的含梗率与还原糖含量均存在极显著负相关（＜0.01，下同），含梗率越大还原糖含量越低；中、下部烤烟叶片还原糖含量与叶宽呈极显著正相关，与叶片长宽比呈极显著负相关，上部叶与叶片长宽比呈显著负相关（＜0.05，下同）；下部叶的单叶重与还原糖含量呈极显著正相关。

2.3 还原糖含量与叶片形态特征指标的灰色关联分析

采用灰色关联分析研究发现（表4），烤烟上、中部叶片形态特征指标与还原糖含量的灰色关联序均为叶宽＞叶长＞叶片长宽比＞含梗率＞单叶重，下部叶烤烟各形态特征指标与还原糖含量的灰色关联序为叶宽＞叶长＞单叶重＞叶片长宽比＞含梗率。表明随着年份变化，不同部位烤烟还原糖含量与叶宽关联度最大，其次是与叶长存在较高的关联度。

2.4 不同部位烤烟还原糖含量随叶宽变化的分布箱形图

采用箱形图描述不同叶宽分段内还原糖含量分布情况，如图1所示，上部叶还原糖含量最小值出现在叶宽小于20.0 cm分段，最大值在叶宽为20.0～24.0 cm分段，叶宽为20.0～24.0 cm时还原糖含量波动范围大，数据分布广。中部叶叶宽在20.0～24.0 cm及大于24.0 cm时，还原糖含量最大值和最小值的差距较大，最大值超过32.5%，平均水平在25.0%左右；叶宽小于20.0 cm时，还原糖含量平均水平小于25.0%。下部叶还原糖含量最大值存在于叶宽大于24.0 cm分段，随着叶宽增加，还原糖最大含量依次增加，在叶宽大于24.0 cm时，还原糖含量波动范围大，最大值超过35.0%。中、下部叶还原糖含量随叶宽增加先急剧增加而后缓慢增加，在较窄的叶片中还原糖含量波动范围小，在较宽的叶片中易出现较高的还原糖含量。

2.5 不同部位烤烟还原糖含量与叶宽的关系

不同部位烤烟叶宽的分布范围不同（图2），上、下部叶叶宽多分布于19～24 cm，中部叶叶宽多分布于20～26 cm；上部叶还原糖含量随叶宽增加呈线性增加趋势，不同叶宽范围内还原糖含量均不超过24.0%；中、下部叶还原糖含量随叶宽增加均呈二次函数形式增加，在叶宽小于24 cm时，还原糖含量随叶宽增加而增加的趋势较明显，在叶宽大于24 cm时，还原糖含量总体水平保持在26.0%左右；中、下部叶趋势线R均大于0.8，说明拟合度较好，能大体表示还原糖含量随叶宽增加而变化的趋势。

2.6 不同部位烤烟还原糖含量与叶宽的曲线回归方程预测

对不同部位还原糖含量与叶宽进行曲线回归方程拟合，结果（表5）表明，上、中部叶拟合的方程分别为=0.238+17.909和=2.358-0.045-4.894，R分别为0.720和0.831，均达显著水平。下部叶拟合方程为=3.693-0.074-20.106，R为0.946，达极显著水平。

3 讨论

烤烟还原糖含量与叶片形态关系密切，叶片是植物光合作用合成糖类物质的场所，初烤烟叶中的还原糖大部分是在烘烤过程中由淀粉等多糖物质分解而成（刘伟等，2021）。本研究发现，中、下部叶片还原糖含量与叶宽呈极显著正相关，不同部位叶片还原糖含量与含梗率均呈极显著负相关，与朱云燕和陈雪（2007）的研究结果基本一致。灰色关联分析相较于传统的数学统计分析方法，不要求线性关系和典型的概率分布，在烟叶质量综合评价中找到与烟叶质量关系最密切的指标，对提高烟叶品质具有重要意义（杨丙钊，2014）。本研究对3年数据进行灰色关联分析，结果表明，不同部位烤烟还原糖含量与叶宽的关联度最大，其次是与叶长存在较高的关联度。而冯连军等（2012）研究发现湖南烤烟上、下2个部位与还原糖含量灰色关联较大的叶片形态特征均为叶长，中部叶的长宽比与还原糖含量关联最大，其次是叶宽。该结果与本研究略有差异，可能与烤烟品种和生态条件的差异有关；另外，冯连军等（2012）是对1年数据进行分析，本研究采用3年的数据进行灰色关联分析，结果相对较可靠。

本研究的简单相关分析结果表明，中、下部叶还原糖含量与叶宽存在极显著相关性，灰色关联分析发现不同部位叶片还原糖含量与叶宽的关联性最大，说明烤烟还原糖含量与叶宽存在密切联系。进一步研究发现，上部叶还原糖含量在不同叶宽范围内均不超过24.0%，受叶宽影响较小，推测上部叶在生长环节易受高温影响，从而抑制叶片开片和糖类物质合成（王欣等，2007；张晓兵，2008）。中、下部叶在叶宽小于24 cm时，还原糖含量随叶宽增加而增加的趋势较明显，此时叶片宽度是其光合作用产生糖类物质的重要影响因子，在叶宽大于24 cm时，还原糖含量变化趋于稳定，总体水平保持在26.0%左右，推测还原糖积累受其他因素影响大于叶宽的影响。本研究采用的是初烤烟叶片形态指标，与鲜烟叶叶片形态存在差异，下一步还可研究鲜烟叶形态指标与还原糖含量的关系，为株型及叶片调控提供更直观的参考。