烤烟化学成分与焦油的相关性分析

蔡长春，李进平，李锡宏，程 玲，饶雄飞，冯 吉

烤烟化学成分与焦油的相关性分析

蔡长春，李进平，李锡宏，程 玲，饶雄飞，冯 吉*

（湖北省烟草科学研究院，湖北 武汉 430030）

以来源于3个省份的56份烤烟品种 （系）为研究材料，测定了中部叶焦油和6种常规化学成分含量，并由此计算出氮碱比、糖碱比和钾氯比等3个相关性状，采用相关分析、通径分析和逐步回归分析等方法初步探讨了9种烟叶化学成分与焦油的相关关系。结果表明，钾和氮碱比均与焦油呈极显著负相关，氯与焦油呈显著正相关，其他化学成分与焦油相关性不显著。各化学成分对焦油的直接作用排序为：钾 ＞氮碱比 ＞总氮＞总糖＞烟碱＞还原糖＞氯 ＞钾氯比＞糖碱比。钾和氮碱比对焦油的影响主要取决于直接作用，烟碱对焦油的影响主要取决于间接作用，总氮和总糖对焦油的直接和间接影响相当。此外，其他化学成分对焦油也存在一定程度的影响。最后，本研究建立了化学成分与焦油的多元逐步回归方程。

烤烟；化学成分；焦油；相关性分析

随着 《烟草控制框架公约》对烟草制品的严格限制，卷烟的 “减害降焦”已成为烟草行业科技创新的主攻方向之一［1］。烟叶原料是卷烟质量的物质基础，是焦油释放量的决定性因素之一。焦油的产生与烟叶本身的理化品质特性密切相关，尤其是化学成分的协调性影响更甚。鉴于此，国内外众多研究人员开展了大量探索烟草化学成分与焦油释放量之间的相关性研究，除少数研究结果略有差异外［2-5］，大部分的研究结果均一致显示［6-22］，烟叶常规化学成中，烟碱、总氮、总糖和氯均与焦油释放量存在显著或极显著的正相关关系，钾、还原糖等其他化学成分则与焦油释放量存在显著或极显著的负相关关系。但这些研究大多要么采用的品种单一，要么样品的来源地域狭窄，且分析方法上多采用简单的相关分析和灰色关联分析。本研究采集了来自湖北、安徽和陕西3省烟叶产区的13个烤烟品种 （系）作为研究材料，遗传背景和生态多样性较为丰富。分析方法既有简单的相关分析，又有通径和逐步回归分析，以期为探究烟叶化学成分对焦油释放量的影响提供较为科学、客观的分析结果。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2013年从湖北、安徽和陕西收集到13个烤烟品种 （系）总共56份材料的C3F等级初烤烟叶，采集到的烟叶原料统一加工，统一编码，单一原料卷制，不加香加料。

1.2 焦油和化学成分测定

焦油量 （y）的测定按行业标准YC/T 29-1996的方法及参考文献 ［23］进行，单位为mg· g-1。采用YC/T 173-2003法测定钾含量 （x1）；采用YC/T 160-2002法测定烟碱含量 （x2）；采用YC/T 161-2002法测定总氮含量 （x3）；采用YC/T 159-2002规定的方法测定还原糖 （x4）和总糖 （x5）含量；采用YC/T 162-2002的方法测定氯含量 （x6）；各检测结果均换算成百分率，并由此计算出氮碱比 （x7）、糖碱比 （x8） 和钾氯比（x9）。

1.3 数据处理

采用DPS 19.0进行所有数据分析，相关性判别指标：相关系数 ｜r｜≥0.8，高度相关；0.5≤｜r｜＜0.8，中等相关；0.3＜｜r｜＜0.5，弱相关［24］。

2 结果与分析

2.1 描述性统计分析

烤烟9个常规化学成分与焦油释放量的基本统计特征值见表1。一般认为，变异系数＜10%为弱变异性，10%～100%为中等变异性，＞100%为强变异性［25］。 除氯含量接近强变异程度外，其他性状均处于中等变异程度，说明它们受环境条件等外部因素的影响较大，即栽培措施或种植区域的分布调整可在一定程度上对它们进行有效调节。

表1 烤烟化学成分和焦油的描述性统计分析

2.2 相关性分析

由表2可知，钾、氮碱比均与焦油含量呈极显著负相关 （-0.79**和-0.48**），而氯与焦油呈含量呈现显著正相关 （0.32*），烟碱和总糖与焦油含量正相关，而其他化学成分与焦油负相关，但均未达到显著水平。从相关系数的绝对值来分析，钾与焦油中等相关，氮碱比与氯与焦油弱相关，其他化学成分与焦油的相关系数绝对值均在0.2以下。其中，钾与焦油呈极显著负相关的结果与Long等［22］的研究结果较为一致。

表2 烤烟化学成分与焦油的相关分析

2.3 通径分析

表2的结果主要体现了烤烟部分内在化学成分与焦油之间的相关性，但无法较好地反映这些化学成分对焦油的直接或本质效应。鉴于此，需要通过通径分析进一步剖析相关系数，从而估算不同化学成分对焦油的直接和间接效应，更好的阐释它们与焦油相关的原因。

表3列出了各化学成分与焦油的通径分析结果，它们对焦油的直接作用是不均等的，从大到小依次为：钾＞氮碱比＞总氮 ＞总糖＞烟碱 ＞还原糖＞氯＞钾氯比 ＞糖碱比，其中钾、烟碱、总糖和氮碱比对焦油为直接的负作用，其他为正作用。

就间接作用而言，从效应总和来分析，总氮对焦油的间接作用最大，其次依序为烟碱、总糖、钾、钾氯比、氯、还原糖、糖碱比和氮碱比。其中，总氮、烟碱和总糖的间接作用明显大于其他化学成分。从作用的途径来看，钾和烟碱主要通过总氮、总糖和钾氯比主要通过氮碱比、其他化学成分主要通过钾对焦油起间接作用。

综上，钾和氮碱比对焦油的影响主要为直接作用，烟碱对焦油的影响主要为间接作用，总氮和总糖对焦油的影响直接和间接作用相当，而其他化学成分对焦油的影响不明显。

2.4 回归模型的建立

从表2和表3的结果来看，烤烟部分化学成分对焦油的影响存在交互作用。例如钾会影响烟碱、总氮、总糖和糖碱比，进而作用于焦油，烟碱对总氮、总糖、氯、氮碱比和糖碱比也存在较大的影响。显然，部分化学成分之间存在共线性关系，会影响回归模型的可靠性。鉴于此，本研究采用了逐步回归的方法建立了 “最优” 回归模型，即包含了所有对焦油有显著影响的化学成分变量，而剔除了无显著影响的变量。采用DPS软件获得了烤烟化学成分与焦油的多元回归方程：

y=34.055-4.054x1+0.202x4-0.207x5-5.252x7。

表3 烤烟化学成分与焦油的通径分析

对上述回归方程进行方差分析表明，回归方程达极显著水平，残差诊断的Durbin-Waston统计量DW=1.89，较接近2，表示残差相互独立。入选的4个化学成分 （钾、还原糖、总糖和氮碱比）对焦油的决定系数R2=0.825 4，说明应用当前模型能解释82.54%的焦油变化。由此可见，拟合的方程具有较高的参考价值。

3 讨论

自从Long等［22］于1978年第一次公开报道烤烟钾与焦油存在极显著负相关关系之后，国内外研究报道均高度一致地证实了这个结论，本文的研究结果也是如此。这充分说明钾与焦油之间的关系是真实且稳定的。因此，钾含量可作为筛选不同焦油含量烤烟品种的有效间接指标之一，对促进 “农业降焦” 技术突破有积极作用。国内烟草育种家利用此原理，筛选出一批富钾低焦油的烤烟新品系［26］和选育出代表烤烟品种中烟98［27］，在生产上得到大面积推广种植。

但本研究中，氮碱比与焦油呈极显著负相关的结论只与钟家威［8］的研究结果一致，而其他研究报道或者没进行相关性分析［2-5，7，9-10，12-17，19］，或者相关性不显著［6］。氯与焦油呈显著正相关的结论与文献［9，15-16，19］一致，但与其他研究报道结论不同，甚至与文献［6-7，13］结论相反。 这些与本研究结果相异的原因可能是不同研究材料或者同一材料在不同生态环境下的差异性导致，也有可能也与所采用的分析方法相关。

总而言之，烤烟烟叶化学成分与焦油释放量之间不尽一致的相关关系表明，前者对后者的影响是复杂和综合的。在生产实践中可以通过品种选择和栽培调制等技术措施直接或间接调节化学成分进而影响焦油释放量，如提高烟叶钾含量、降低氯和烟碱含量等均可间接实现焦油的降低。本研究分析中剩余通径系数为0.301，说明还有其他因素影响焦油的释放，需要在后续的研究中扩大检测指标、样品数量和采样地域等以进行深入挖掘。总体来看，本研究对于从烟叶原料入手探索 “农业降焦” 的可行途径提供了理论依据，为卷烟工业企业获得优质、低害的安全原料给予了间接的判别手段，有利于促进低害卷烟的开发和发展。

4 小结

综合相关分析、通径分析和回归分析结果，烤烟烟叶中钾、氮碱比和氯是影响焦油释放量的3个主要化学成分。其中，钾、氮碱比均与焦油呈极显著负相关，氯显著正向影响焦油，其他化学成分对焦油的影响不显著。通径分析揭示，钾和氮碱比主要通过直接作用影响焦油，间接作用较小，而烟碱则主要间接影响焦油，总糖和总氮的直接和间接作用效应相当，其他化学成分影响较小。

本研究建立的回归方程，经显著性检验达极显著水平，充分表明筛选出的钾、还原糖、总糖和氮碱比4个烟叶化学成分与焦油之间存在着真实的多元回归关系，且回归模型的拟合度较好，对进一步理解烤烟化学成分与焦油之间关系及指导烟叶生产和原料筛选具有一定的参考价值。

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（责任编辑：高 峻）

S 312

A

0528-9017（2014）12-0000-00

文献著录格式：蔡长春，李进平，李锡宏，等.烤烟化学成分与焦油的相关性分析 ［J］.浙江农业科学，2014（12）：0-0.

2014-09-12

湖北省烟草公司 “减害降焦”重大专题 （027Y2011-055）

蔡长春 （1974-），男，博士，副研究员，主要从事烟草遗传育种和分子生物学研究工作。E-mai1：ccchun2001@a1iyun.com。