变黄期不同湿度对烟叶衰老生化的影响
2022-12-09张勇刚陈风雷龙庆祥张鸿飞何超超艾复清
张勇刚,陈风雷,龙庆祥,张鸿飞,何超超,艾复清,3※
(1.贵州大学,贵州 贵阳 550025;2.贵州省烟草公司黔南州公司,贵州 黔南 558000;3.贵州省烟草品质研究重点实验室,贵州 贵阳 550025)
烟叶衰老是指其生理活动和功能衰退过程,包含生理生化变化和外部形态特征变化,是由相关基因的特异性有序表达及其环境因子协同作用的结果[1,2]。烟叶烘烤过程也为叶片衰老过程,其中影响较大的为烟叶含水量和烤房湿度[3]。
近年来,有关烟叶衰老过程的研究已有一些报道,如张小全等[4]研究发现叶片衰老速度快的品种,淀粉合成、氮素同化代谢较弱而再利用和再转移代谢能力较强;卢素萍等[5]研究发现红光处理提高了烟叶中吲哚乙酸(IAA)、细胞分裂素(CTK)和赤霉素(GA)的含量以及过氧化氢酶(CAT)的活性,减少过氧化氢(H2O2)、MDA(丙二醛)和脱落酸(ABA)的含量,延缓膜脂过氧化的发生,从而延缓叶片的衰老进程;武云杰等[6]研究发现烟叶的衰老期氮代谢与烟叶衰老速度有关;凌寿军等[7]研究结果表明随着烟叶成熟衰老程度的增加,叶片中的叶绿素含量下降,MDA 积累加快,过氧化物酶(POD)、CAT 的活性下降、质膜透性增强;可见前人对烟叶衰老的研究主要集中于品种、光质和氮代谢对衰老的影响以及成熟衰老过程中生理生化及酶活性的变化等研究,而对烤烟烘烤过程中变黄湿度与烟叶衰老的生化变化规律的关系鲜见报道。因此本实验通过控制烤房变黄湿度研究从烘烤开始至定色中期烟叶的含水量、SPAD 值(SPAD 值代表叶片叶绿素含量的相对值)、蛋白质含量、多酚氧化酶(PPO)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性变化规律及各指标间相关性,进而把握烘烤过程中变黄湿度对烟叶衰老的影响,旨在为烟叶烘烤调控提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料与试验地点
试验材料:云烟85 中部叶、气流上升式密集烤房。
试验地点:贵州省瓮安县天文镇平坝村。该区域平均海拔910m,年平均气温14.5 ℃,年降雨量1100 mm。土壤有机质15.20g/kg、全氮1.25g/kg、有效磷9.17g/kg、速效钾160.20 g/kg、pH 6.1;前茬空闲。
1.2 试验设计
本试验在变黄期两个关键恒温点设置不同干湿差,具体设置见表1;各处理设3 次重复共30 竿,烤房上中下3 层分别放置10 竿。
表1 试验设置表Table 1 Test setup table
1.3 实验要求
1.3.1 成熟度要求 中部烟叶变黄程度达60%~70%,主脉2/3~3/4 变白,支脉1/2~2/3 变白[8]。
1.3.2 取样要求 烘烤过程中每6 h 取样1 次,选取代表性10 片烟叶,其中5 片烟叶通过干鲜重测定含水量,然后将干制样品粉碎保存用于化学成分测定;另外5 片烟叶置于 80 ℃冰箱内保存用于酶活性测定。
1.4 主要栽培措施
采用漂浮育苗,4月28日移栽,种植密度为16 500 株/hm2,施肥量为纯N 105 kg/hm2,N、P2O5、K2O比为1:1.5:3,留叶数20 片,可采摘叶16 片,其他栽培措施按当地优质烤烟生产技术要求进行。
1.5 测定项目与方法
SPAD 值采用SPAD502 叶绿素仪测定[9];含水量采用称重法测定、蛋白质含量采用H2SO4-H2O2消化法测定、PPO 活性采用邻苯二酚氧化法测定、SOD 活性采用氮蓝四唑法测定[10]。
1.6 统计分析方法
采用Excel 2010 进行数据处理,SPSS 26.0 软件进行相关分析。
2 结果与分析
2.1 含水量变化规律
由图1可知,烘烤开始-定色中期烟叶含水量为慢 快的下降趋势,T1、T2 和T3 失水速率0~54 h 分别为0.46%/h、0.29%/h 和0.21%/h,而54~120 h 分别为0.57%/h、0.68%/h、0.73%/h;0~120 h 各处理失水量为60.51%~63.86%。说明烘烤过程中变黄湿度影响着烟叶的水分散失速度,干湿差越大烟叶失水速度越快。
图1 烘烤过程烟叶含水量变化规律Fig.1 Variation law of tobacco moisture content during curing
2.2 SPAD 值变化规律
由图2可知,各处理烟叶SPAD 值变化规律均呈慢 快 慢的下降趋势,下降速率0~24h分别为0.21/h、0.23/h 和0.21/h,24~68 h 分别为0.34/h、0.31/h 和0.29/h,68~120 h 分别为0.04/h、0.06/h 和0.08/h;说明干湿差越大叶绿素降解越快,而变黄前期降解慢、变黄中期降解快,其原因为两个时期烟叶所消耗的代谢物分别为碳水化合物和含氮化合物;变黄后期至定色中期叶绿素降解速度减慢其原因为烟叶的含水量逐渐减少导致烟叶细胞逐渐死亡,其饥饿代谢逐渐停止。
图2 烘烤过程烟叶SPAD 值变化规律Fig.2 Variation law of SPAD value of tobacco leaves during curing
2.3 蛋白质含量变化规律
由图3可知,蛋白质含量呈由慢到快的下降趋势;从T1、T2、T3 处理来看,变黄前期降解慢且差异不大;变黄中期-定色中期降解快,干湿差不同导致不同时间段降解速率不同,24~54 h 降解速率分别为0.08%/h、0.06%/h 和0.03%/h,54~120 h 降解速率分别为0.04%/h、0.07%/h 和0.08%/h。可见54 h 前干湿差越大降解越快,过了54 h 后干湿差小的反而快,其原因为54 h 前干湿差大的烟叶失水速率快导致蛋白酶活性受激,从而促进蛋白质含量降解;54 h后干湿差小的失水快,蛋白质含量降解速率也随之加快;说明蛋白质降解速率受变黄湿度的影响,干湿差越大,蛋白质降解越快。
图3 烘烤过程蛋白质含量变化规律Fig.3 Variation law of protein content in tobacco leaves during curing
2.4 酶活性变化规律
2.4.1 PPO活性变化规律 由图4可知,PPO从烘烤开始至定色中期其活性变化均呈双峰曲线,第1、2 峰值分别出现在变黄中、后期;第1 峰值在24 h 后随着干湿差越大,其活性上升速度越快,峰值提前出现,活性越小(T1、T2、T3 处理酶活性分别为200.53 U/mg prot、205.62 U/mg prot、210.35 U/mg prot),同时酶活性降低越快,其原因与烤房温度逐渐升高,干湿差逐渐加大烟叶的含水量逐渐减少有关。第2 峰值变化趋势与第1峰值相似,至于第2 峰值低于第1 峰值,其原因与此时烟叶的含水量较低有关。
图4 烘烤过程烟叶PPO 活性变化规律Fig.4 Variation law of PPO activity of tobacco leaves during curing
2.4.2 SOD 活性变化规律 由图5可知,SOD 烘烤开始至定色中期其活性呈先升后降的单峰曲线,峰值出现在变黄中期;干湿差越大,峰值出现越早,其活性下降也越快,其原因可能与变黄中期膜脂过氧化程度增加、SOD 响应抗氧化机理有关;36 h 后各处理SOD的活性表现为T3>T2>T1,说明随着干湿差越大,烟叶的含水量下降越快,促使烟叶的生理代谢速度加快,从而导致SOD 的活性下降速度加快。
图5 烘烤过程烟叶SOD 活性变化规律Fig.5 Variation law of SOD activity of tobacco leaves during curing
2.5 相关性分析
由表2可知,除PPO在变黄前 中期与其余各指标不相关、SOD在变黄前期与其余各指标呈极显著负相关外,其余时期各项指标之间均呈显著或极显著正相关,说明衰老过程相关生化指标之间互相影响,其中烟叶含水量对SPAD 值、蛋白质含量和SOD 活性的影响极为明显,说明烟叶的衰老进程也受其生化指标之间的互作影响。
表2 衰老过程生化指标之间的相关性Table 2 Correlation between biochemical indexes in the aging process
续表
3 讨论
烟叶的烘烤过程是烟叶体内生理生化的变化过程,其反应主要发生在变黄期,进入定色后,反应发生程度逐渐减弱,尤其是定色中期后,反应基本趋于停止,因此,本研究时间段为变黄开始至定色中期。从研究结果看,SPAD 值、PPO 和SOD 活性等变化至定色中期基本趋于稳定不变,证明研究从时间上看具有科学性。
烟叶体内的叶绿素、蛋白质和MDA 的含量及SOD、POD 和CAT 的活性可反应烟叶的衰老状况[11]。李丽华[12]、武云杰等[13]研究认为,烟叶生长过程中叶绿素和蛋白质降解越快、MDA的含量越高以及SOD、POD 和CAT 的活性越低的烟叶衰老越快。本研究结果表明,烘烤前期干湿差越大,叶绿素和蛋白质含量降解越快,PPO 和SOD 的活性峰值出现越早,说明烘烤过程烟叶的衰老快慢与湿度有关,干湿差越大,烟叶衰老速度越快,这与李常军[14]、王莲等[15]的研究结果具有一定的吻合性。烟叶烘烤过程酶活性峰值的提前,可能与干湿差加大导致烟叶体内水分适当的亏缺有关,从而促进了代谢的加快,这可能是衰老速度加快的主要原因。
烘烤过程湿度减小,会促使烟叶衰老速度加快而导致烟叶体内大分子物质转化不充分,其结果会导致烤后烟叶化学成分不协调;湿度加大,可延缓烟叶衰老,虽然大分子物质转化充分,但可能会导致烟叶干物质过分消耗,同样使烟叶体内化学成分不协调,甚至会导致PPO活性升高而诱导酶促棕色化反应。因此烘烤过程应注意合理调控湿度,从而提高烘烤质量。本研究仅针对云烟85 中部叶进行研究,结果仅供参考。
4 结论
研究结果表明,随着烘烤变黄期干湿差加大,烟叶失水速率、SPAD 值及蛋白质下降速率越快,PPO 和SOD 酶活性越低;除PPO 在变黄前 中期与其余各指标不相关、SOD在变黄前期与其余各指标呈极显著负相关外,其余时期各项指标之间均呈显著或极显著正相关;烘烤变黄湿度影响烟叶衰老进程,湿度小,利于促进烟叶衰老;湿度大,则利于延缓烟叶衰老。因此合理调控烘烤变黄湿度对控制烟叶衰老速度、促进烟叶化学成分协调性有重要作用。