不同施氮量协同打顶后同量调亏对烤烟中性致香物质含量及评吸质量的影响

苏 菲，史宏志，杨军杰，钱 华，周海燕，穆文静，刘国顺

(河南农业大学烟草学院，河南郑州450002)

氮对烟叶优良品质的形成和风格特色的彰显有重要贡献［1］．氮供应影响烟株对氮素的吸收、分配和利用，进而影响烟叶的品质．针对氮供应数量，N，P，K肥配比和有机、无机配施等对烟叶中性致香物质的影响进行了大量研究［2～6］．优质烟叶的生产不仅要求氮营养水平适宜，而且要求碳氮代谢在烤烟生长发育过程中具有合理的动态变化和分布［7］．烟株大约在开花期及由以氮代谢和碳的固定和转化代谢为主转变为以碳的积累转化代谢为主，有利于把积累的光合产物和香气前体物充分降解转化为香气成分，从而形成优良品质［8，9］．烟株氮素积累量随着施氮量增加而增加;烤烟的氮素快速积累期在移栽后7～9周，之后烟株氮素积累量继续增加，移栽后9周叶片的氮素积累量即达到最大积累量的68%左右［10］．合理的施氮量可以保证烟株正常的生长发育，达到烟叶碳氮化合物比例的平衡，对提高烟叶香气具有明显作用［11］．过量施用氮肥的烟田在生育后期进行灌水，可减少土壤有效氮的供应，促进烟叶适时落黄，提高烟叶成熟度［12］．适度的水分亏缺控制，促进硝酸还原酶活性下降，也能有效地降低高氮营养下的氮代谢［13］．在烤烟生产上，氮素供应及在烤烟不同生育时期分配不合理的问题突出，氮用量少则烤烟中后期脱肥;氮用量多、追肥时期不当或土壤通透性较差等，均可造成烤烟生育后期土壤中的氮素营养盈余，继续向烟株大量供氮，最终导致烟叶氮代谢滞后、不能正常落黄、大分子物质降解不充分、香气不足、风格弱化．本研究旨在解决氮素精准、合理动态供应问题．采用盆栽试验，研究了打顶前不同施氮量协同打顶后同量调亏处理对烤烟中性致香物质含量和评吸结果的影响，为优质烟叶生产供科学依据．

1 材料与方法

1．1 试验设计

本研究在河南省郏县采用盆栽试验(套盆设计)，于2011－06－10移栽，供试品种为烤烟NC 297．2010年对NC 297成熟期最佳氮素调亏程度的研究表明，成熟期氮素供应程度减少至打顶前的1/4，有利于优质烟叶的形成和浓香型风格特色的彰显．在此基础上，设计氮素同量调亏．试验设计如表1所示，设4个处理，每个处理8盆．分别为打顶前高氮处理(N1)4．760 g·盆－1，高氮处理(N2)3．885 g·盆－1，正常对照(N3)3．010 g·盆－1，低氮处理(N4)2．135 g·盆－1，打顶后同量氮素(0.490 g·盆－1)调亏;N1，N2，N3，N4 处理每株定量总施氮量分别为5．250 ，4．375 ，3．500 和2．625 g·盆－1．盆栽试验中种植盆钵高30 cm，直径35 cm，盆底直径40 cm，所用填充固持材料为烤烟育苗基质．烟株生长营养全部由Hoagland营养液提供．采用分析纯试剂配制Hoagland营养液进行培养．营养液中各种元素 N，P，K，Mg，Zn，Cu，Mn，B，Mo 和Fe 的质量浓度分别为140，40，300，40，0．05，0．02，0．50，0．50，0．05 和 5．60 mg·L－1．团棵前每5 d添加1次营养液，团棵后每3 d添加1次营养液．(营养液组成为 NH4NO3，KH2PO4，K2SO4，MnSO4，H3BO3，CuSO4，ZnSO4，EDTA-Fe，MgSO4，Ca(NO3)2·4H2O，H2MoO4·H2O)．移栽后 42 d打顶，打顶后进行同量氮素调亏．

表1 打顶前不同施氮量及打顶后同量调亏处理Table 1 Different nitrogen levels before topping and regulated deficit nitrogen after topping treatments g·盆 －1

1．2 取样与测试

1．2．1 烟样采集 各个处理在成熟期分部位采收，挂牌标记，均采用密集式烤房烘烤，三段式烘烤工艺进行调制．各处理按部位选取叶片完整、等级基本一致的烤后中部叶和上部叶．样品分为两部分:(A)去梗后在50℃条件下烘干粉碎，过60目筛用于中性香气物质含量测定;(B)分部位去梗后切丝卷制成单料烟，用于评吸质量的测定．

1．2．2 中性致香物质含量的测定 中性致香物质由河南农业大学国家烟草栽培生理生化研究基地采用内标法进行测定，内标为硝基苯．所用仪器为HP 5890－5972气质联用仪．GC/MS分析条件如下:色谱柱，HP －5(60 m × 0．25 mm，0．25 μm);载气及流速，He，0．8 mL·min－1;进样口温度，250℃;传输线温度，280℃;离子源温度，177℃．升温程序:初温50℃，恒温2 min后以2℃·min－1升至120℃，保持5 min后以2℃·min－1升至240℃，保持 30 min．分流比和进样量为 1∶15，2 μL．电离能，70 eV．质量数范围，50～500 Da．MS谱库，NIST02．假定相对校正因子为1，采用内标法定量．

1．2．3 评吸质量的测定 分别将4个处理样品按部位去梗后进行切丝卷制单料烟，由河南中烟工业有限责任公司和河南农业大学国家烟草栽培生理生化研究基地5名评吸专家分别按香气量、香气质、浓度、劲头、刺激性、杂气、余味、燃烧性等进行评价．

2 结果与分析

2．1 不同施氮量处理对烤烟烤后烟叶中性致香物质含量的影响

2．1．1 不同施氮量处理对烤后烟叶类胡萝卜素降解产物含量影响 烟叶的中性挥发性香气成分中有一大部分化合物是类胡萝卜素降解产物，其中有很多都是烟草中的重要致香成分［12］．由表2可知，中部叶中，类萝卜素类降解产物总量表现为:N1＞N2＞N3＞N4．其中6－甲基－5－庚烯－2－酮、β－大马酮、3－羟基－β－二氢大马酮和巨豆三烯酮异构体含量均以N1处理最高，6－甲基－5－庚烯－2－酮、芳樟醇、氧化异佛尔酮、4－乙烯基－2－甲氧基苯酚和螺岩兰草酮含量以N2处理最丰富．上部叶中，类萝卜素类降解产物总量表现为:N2＞N3＞N1＞N4，氧化异佛尔酮、β－二氢大马酮、β－大马酮、香叶基丙酮、二氢猕猴桃内酯和螺岩兰草酮含量均以N2处理最高．各处理的类胡萝卜素降解产物中均以β－大马酮含量最高，占类胡萝卜素降解物总量的38．39%～43．03%，平均占41．12%．β －紫罗兰酮，在中部叶中，除N4处理外，在其余处理中只有痕量存在;在上部叶中其含量随着施氮量的增加而减少．3－羟基－β－二氢大马酮在上部叶各处理中均只有痕量存在．

表2 不同施氮量处理对烤烟烤后烟叶类胡萝卜素类降解产物含量的影响Table 2 Influence of different nitrogen levels on the contents of carotenoid in flue-cured tobacco leaves μg·g－1

2．1．2 不同施氮量处理对烤烟烤后烟叶苯丙氨酸类降解物质含量的影响 苯丙氨酸类香气物质对烤烟的果香、清香贡献最大．在烤烟的挥发油中，最重要的化合物是苯甲醇和苯乙醇，可使烟气增加花香的香味［1］．中部叶中，苯甲醛和苯乙醛含量随着施氮量的增加表现出先增后降的趋势，苯甲醇、苯乙醇及苯丙氨酸类降解产物总量均表现为N1＞N2＞N3＞N4．上部叶中，除苯甲醛含量无明显变化规律外，苯甲醇、苯乙醇、苯乙醛及苯丙氨酸类降解产物总量均表现为:N2＞N3＞N1＞N4．

表3 不同施氮量处理对烤烟烤后烟叶苯丙氨酸类降解产物含量的影响Table 3 Influence of different nitrogen levels on the contents of phenylalanine in flue-cured tobacco leaves μg·g－1

2．1．3 不同施氮量处理对烤烟烤后烟叶棕色化产物类致香物质含量的影响 氨基酸和糖类之间的非酶棕色化反应，又称美拉德反应，反应产生复杂的混合物包括各种挥发性化合物和聚合的棕色物质，其含量的多少与烤烟的特征性香味有一定关系［1］．从表4可以看出，糠醛是棕色化反应降解产物的主要致香成分，占棕色化产物类致香物质总量的77．56%～83.22%．随施氮量增加，中部叶糠醛含量的增加，上部叶表现出先升后降的趋势，在N2水平达到最大值．中部叶中，其余棕色化产物类致香物质随着施氮量的变化未表现出明显变化规律．上部叶中，5－甲基糠醛、2－乙酰基吡咯和3，4－二甲基－2，5－呋喃二苯乙醛含量，随着施氮量的增加表现出先增后降的趋势，均在N2水平达到峰值，2－乙酰呋喃和5－甲基糠醛无明显变化规律．中部叶中，棕色化产物类致香物质总量表现为:N1＞N2＞N3＞N4，N1的棕色化产物类致香物质总量分别比 N2，N3，N4 高出0．12%，4．83%，15.38．上部叶中，棕色化产物类致香物质总量随着施氮量的增加表现出先升后降的趋势，在N2水平达到最大值16．41 μg·g－1，其次为 N1 和 N3，N4 最低．

表4 不同施氮量处理对烤烟烤后烟叶棕色化类产物含量的影响Table 4 Influence of different nitrogen levels on the contents of the products of browning reaction in flue-cured tobacco leaves μg·g－1

2．1．4 不同施氮量处理对烤烟烤后烟叶类西柏烷类降解物和新植二烯含量的影响 中、上部烟叶的茄酮含量均随着施氮量的增加而减少(表5)，与前期最低施氮处理N4相比，中部叶中N1，N2和N3的茄酮含量依次降低了 23．49%，22．41%和19.22%，同比在上部叶中依次降低了49．18%，20．40%和13．99%．随着前期施氮量的增加，中部叶的降幅较上部叶平缓，上部叶的茄酮含量范围变异较大．茄酮是腺毛分泌物类西柏烷类的主要降解产物，叶片的大小直接影响到腺毛的密度．由于前期氮素营养高的烟株叶片相对较大，尤其是上部叶扩展充分，腺毛的密度降低，可能是造成腺毛分泌物及其降解产物含量显著下降的原因．新植二烯是含量最高的香气成分，可以减轻刺激、醇和烟气，其进一步分解可转化为具清香的植物呋喃，有利于提高烟叶香气［14］．中部叶中，N1 含量最高，达 493．57 μg·g－1，依次为 N2，N3 和 N4．上部叶中，新植二烯含量大小为N2＞N3＞N1＞N4．

表5 不同施氮量处理对烤烟烤后烟叶类西柏烷类降解物和和新植二烯含量的影响Table 5 Influence of different nitrogen levels on the contents of products degraded from cembratriendiol and neophytadiene in flue-cured tobacco leaves μg·g－1

2．1．5 不同施氮量处理对烤烟烤后烟叶中性香气物质总量的影响 经气相色谱/质谱(GC/MS)对烤后烟叶样品进行定性和定量分析，共检测出29种对烟叶香气有较大影响的化合物(表6)．把所测定的致香物质按烟叶香气前体物进行分类，可分为类胡萝卜素类、苯丙氨酸类、棕色化产物类、类西柏烷类等4类［3］．中部叶中，除类西柏烷降解物外，N1的各类香气物质总量均高于其他处理，各处理香气物质总量大小为N1＞N2＞N3＞N4，除新植二烯外总量大小为N1＞N2＞N4＞N3．N1的香气物质总量分别比 N2，N3和 N4高出3．52%，6．85%和9．11%．上部叶中，除类西柏烷降解物外，N2的各类香气物质总量均高于其他处理，各处理香气物质总量大小为N2＞N3＞N4＞N1，除新植二烯外总量大小为N4＞N3＞N2＞N1．N2的香气物质总量分别比 N1，N3 和 N4 高出 3．6%，5．32% 和9.08%．上部叶中茄酮含量变异较大，其含量分布在 37．65 ～ 74．08 μg·g－1，平均值为 58．60 μg·g－1，其占中性香气物质总量的百分比仅次于新植二烯．随着施氮量的升高，其含量下降显著．与N4相比，N2，N3 和 N4 依次降低了 13．99%，20．40%和 49．18%．

表6 不同施氮量处理对烤烟烤后烟叶中性致香物质总量的影响Table 6 Influence of different nitrogen levels on the contents of total neutral aroma components in flue-cured tobacco leaves μg·g－1

2．2 不同施氮量处理对烤烟烤后烟叶评吸质量的影响

通过感官评吸鉴定，可以直接、准确地评价出烟叶及其制品质量的优劣［13］．不同施氮处理烟叶感官质量评吸结果如表7所示．中部叶以N1的各项评吸指标及总得分最高，其次为N2和N3，N4的评吸结果最差．除燃烧性外，中部叶的其余指标均随着前期施氮量的增加，其得分增加．上部叶中N2各项指标及总得分最高，N3，N1紧随其后，这两个处理间的总分相近，N4的评吸结果最差．上部叶的各项评吸指标均随着施氮量的增加，表现出先升后降的趋势，在N2水平达到峰值．

表7 不同施氮量处理对烤烟烤后烟叶评吸质量的影响Table7 Influence of different nitrogen levels on smoking quality in flue-cured tobacco leaves

3 结论与讨论

刘国顺等［4］研究表明，N，P，K 的配施，随着施肥量的增加，中性致香物质含量呈现先增后减的抛物线现象．本研究结果表明，施氮量为N4(3．500 g·盆－1) ～N1(5．250 g·盆－1)时，胡萝卜素类、苯丙氨酸类、棕色化产物类、类西柏烷类及新植二烯含量均表现为:中部叶随着施氮量的增加而增加，上部叶表现出先升后降的趋势，N2处理达到最大值．这与刘霞等［16］研究较为一致．茄酮含量与施氮量呈现出一定的负相关关系，且在上部叶4个处理间变异较大，该种成分含量的不同导致了处理间除新植二烯外中性致香物质总量的差异．茄酮是腺毛分泌物西柏烷类的主要降解产物，叶片的大小直接影响到腺毛的密度．由于前期氮素营养高的烟株叶片相对较大，尤其是上部叶扩展充分，腺毛的密度降低，可能是造成腺毛分泌物及其降解产物含量显著下降的原因，这与邱慧慧等［10］、史宏志等［17］研究结果一致，但与刘霞等［16］、赵铭钦等［18］的研究结果不同．这可能是取决于研究施肥条件下茄酮含量的限制因素是腺毛分泌能力，还是腺毛密度．

评吸结果表明，除燃烧性外的各项感官评吸指标得分均随着施氮量的增加表现出不同幅度的上升趋势．其中，中部叶评吸得分位次为N1＞N2＞N4＞N3．上部叶评吸得分N2最高，其次为N3和N1，二者差异较小，N4得分最低．这与中性致香物质总量和除新植二烯外中性致香物质总量结果不尽一致．于建军等［19］对烤烟中性致香物质与评吸结果关系研究表明，对评吸结果影响较大的是胡萝卜素降解产物类和棕色化反应产物类;类西柏烷类和苯丙氨酸类中性致香物质的贡献较小．中、上部叶各处理的胡萝卜素降解产物类和棕色化反应产物类总量与评吸结果位次一致．

综合以上分析，打顶前丰富的氮素营养协同打顶后调亏处理N2(4．375 g·盆－1)有利于烟叶优良香气品质的形成和评吸质量的协调．

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