辐射对烤烟化学组分的影响

1、辐射对烤烟化学组分的影响     由于氯氟烃、氮氧化合物的排放导致大气臭氧层变薄,进而导致地球表面具有生物学效应的日光UV-B辐射增强12。大多数植物都会受到UV-B辐射增强的影响,在UV-B辐射增强条件下,植物的形态、光合系统、蛋白质结构及化学成分都会发生变化3。烟草是科学研究重要的模式植物,烟叶的化学成分是形成其质量风格的物质基础,尤其烟草是次生代谢产物非常丰富的作物,如烟碱、烯萜、酚类等是烟草重要的香气前体物质。海拔高度是影响地表UV-B辐射剂量的重要因素之一1。我国优质主产烟区主要分布在低纬度高海拔地区如云南,推测优质烟叶的形成与低纬度高海拔气候

2、条件的紫外辐射强度有关,但缺乏直接证据。因此,研究增强UV-B辐射对烤烟化学成分的影响,有助于揭示特色烟叶化学品质特征的形成机理,也可为植物对增强UV-B辐射的耐性机理提供理论基础。国内外学者采用紫外灯开展模拟UV-B辐射增强对植物化学成分的影响,主要结果有:UV-B辐射增强使植物叶绿素含量降低,促进植物次生产物的合成,植物叶片中可溶性糖含量降低,植物叶片可溶性蛋白含量和粗纤维含量增加45,也可引起烯萜类化合物及木质素含量的变化6。烤烟的化学成分包括常规化学成分、质体色素和酚类物质的含量等,不仅可以反映烤烟的化学质量特征;同时对所处的逆境条件也起到调节作用。目前,有关大田模拟增强UV-B辐射对

3、烤烟化学成分影响的研究尚鲜见报道。本试验利用紫外灯在大田条件下模拟增强UV-B辐射对烤烟两个品种的水溶性糖、烟碱、总氮、钾等常规成分,以及质体色素和酚类物质含量的影响,旨在揭示烤烟的化学质量特征与UV-B辐射增强的关系,为不同UV-B背景烟区烤烟的质量特色形成机理提供理论支撑。1材料与方法1.1试验材料与种植条件供试的两个烤烟品种为“云烟87”(Y87)和“红花大金元”(HD)。挑选生长一致、56片真叶的漂浮苗移栽于云南农业大学农场(北纬2504,东经10273,海拔1950m)。种植行距为120cm,株距为50cm。试验地土壤为红壤,基本理化性质为:pH6.4,有机质含量34.07gkg1,

4、碱解氮含量203.4mgkg1,速效磷含量19.3mgkg1,速效钾含量166.8mgkg1。“云烟87”按105kg(N)hm2施肥,“红花大金元”按52.5kg(N)hm2施肥,NP2O5K2O为113。1.2试验设计1.3测定项目与方法2结果与分析2.1UV-B辐射增强对两个烤烟品种常规化学成分的影响如表1所示,UV-B辐射降低了烤烟水溶性糖含量(P0.05),尤其降低了“云烟87”的水溶性糖含量,相同烟叶部位不同处理间均达显著差异,“红花大金元”相同部位仅对照和高UV-B辐射间烤烟水溶性糖含量达显著差异,说明“云烟87”水溶性糖含量对增强UV-B辐射比“红花大金元”更敏感;“红花大金元

5、”的水溶性糖含量低于“云烟87”,两个品种不同部位间水溶性糖含量均呈现一致的规律性,即中部叶>上部叶>下部叶。UV-B辐射同样影响烤烟的总氮含量,相同烟叶部位,增强UV-B辐射使“云烟87”总氮含量显著高于对照(P0.05),而“红花大金元”的总氮含量只是高强度UV-B辐射处理显著高于对照;“红花大金元”对照的总氮含量高于“云烟87”,而两个增强UV-B辐射处理的总氮含量低于“云烟87”;两个品种全氮含量上部烟叶高于中、下部烟叶。除中部烟叶外,两个烤烟品种的全钾含量在UV-B辐射下均显著增加(P0.05);两个烤烟品种中部叶的全钾含量表现为低强度UV-B辐射显著高于对照,高强度UV

6、-B辐射和对照差异不明显。上、中部烟叶表现为“云烟87”的全钾含量高于“红花大金元”,下部叶表现为“红花大金元”的全钾高于“云烟87”,两个品种不同部位间全钾含量下部叶>中部叶>上部叶。增强UV-B辐射也显著增加两个烤烟品种上、中部烟叶的游离氨基酸含量(P0.05),下部烟叶的游离氨基酸含量表现为仅高强度UV-B辐射显著高于对照;且下部烟叶的游离氨基酸含量高于中、上部烟叶。增强UV-B辐射对两个品种的烟碱含量影响不同,增强UV-B辐射显著增加“云烟87”的烟碱含量,“红花大金元”烟碱含量在增强UV-B辐射条件下降低,且低强度UV-B辐射的烟碱含量显著低于对照;中、上部烟叶的烟碱高于

7、下部烟叶。2.2增强UV-B辐射对两个烤烟品种质体色素的影响如表2所示,增强UV-B辐射增加了烤烟叶绿素a含量(P0.05)。“红花大金元”品种上、中部烟叶叶绿素a含量表现为低强度UV-B辐射显著高于对照,而高强度UV-B辐射又低于对照。增强UV-B辐射使相同部位“云烟87”的叶绿素a含量显著增加,且“红花大金元”的叶绿素a含量高于“云烟87”;下部烟叶的叶绿素a远高于中、上部烟叶。除“红花大金元”的中部叶外,增强UV-B辐射显著增加了烤烟的叶绿素b含量(P0.05)。“红花大金元”的叶绿素b含量高于“云烟87”,且“红花大金元”下部烟叶的叶绿素b含量远高于中、上部烟叶。除“红花大金元”的上、

8、中部叶外,增强UV-B辐射显著增加了烤烟的类胡萝卜素含量(P0.05)。除上部叶外,“红花大金元”的类胡萝卜素含量高于“云烟87”,下部烟叶的类胡萝卜素含量远高于中、上部烟叶。2.3增强UV-B辐射对两个烤烟品种酚类含量的影响如表3所示,增强UV-B辐射降低了烤烟邻苯二酚的含量(P0.05),“红花大金元”的邻苯二酚含量高于“云烟87”,邻苯二酚含量总体表现为从上部叶至下部叶逐渐降低。同样,增强UV-B辐射增加了烤烟类黄酮的含量(P0.05),且“云烟87”的类黄酮含量高于“红花大金元”,类黄酮含量总体表现为从上部叶至下部叶逐渐升高。3讨论增强UV-B辐射显著降低了两个烤烟品种的水溶性糖含量。

9、这与其他学者的研究结果一致5。同时也解释了马剑雄等12和王彪等13在云南海拔相对较高范围内的研究结果,即海拔高度和水溶性总糖呈负相关。这说明由于高海拔地区相对较高的UV-B辐射导致烤烟水溶性总糖较低。但也有一些在海拔相对较低烟区的结果表明,海拔高度与水溶性总糖呈正相关或无明显相关性1415,这可能是由于在海拔相对较低的烟区不同海拔间UV-B辐射差异不大,或者不同海拔间其他环境因子如有效积温、降雨量等影响了水溶性糖的含量。同时,本研究表明增强UV-B辐射使烤烟烟叶总氮和全钾含量增加,这也和Yue等4,1617在小麦上的研究结果一致。Zepp等18研究结果表明,UV-B辐射增强影响了生物圈的碳、氮

10、和其他一些元素的循环。UV-B辐射增强也影响植物对矿质营养的吸收和迁移。植物化学成分含量对UV-B辐射的响应可能是各种生理生化和营养代谢过程变化导致的结果。增强UV-B辐射也提高了烤烟游离氨基酸的含量,主要原因可能是烤烟在长期的UV-B辐射增强条件下,抑制了蛋白质的合成,使蛋白质水解酶活性上升,从而促进了游离氨基酸的积累。另一方面,烤烟烟叶在烘烤过程中,由于适宜的温湿度促进了烟叶中蛋白质的水解,导致游离氨基酸的积累。烟碱是烟叶中最主要的生理活性物质,也是烟叶中重要的次生代谢物质。本研究表明增强UV-B辐射对“红花大金元”和“云烟87”品种烟碱含量的影响不同,可能与这两个烤烟品种的品种特性有关,

11、由于次生代谢物质对环境的敏感性较强,在增强UV-B辐射条件下,促进了对紫外辐射相对敏感品种“云烟87”中烟碱的增加。大量研究表明增强UV-B辐射使植物中光合色素含量下降1922。而本研究表明,增强UV-B辐射提高了两个烤烟品种的叶绿素a和叶绿素b含量,可能原因是增强UV-B使烤烟的落黄成熟延迟,致使烘烤过程叶绿素降解不完全。本研究表明增强UV-B辐射提高了两个烤烟品种的类胡萝卜素含量,主要原因是类胡萝卜素对植物叶绿体免遭紫外线伤害有保护作用23,这也是烤烟生长过程中对增强紫外光的一种适应性反应。增强UV-B辐射对植物的影响是诱导植物叶片中的紫外吸收物质,主要是多酚类化合物,植物体内这些物质的积累有利于减少UV-B进入叶片组织内部24,这与本研究结果较为一致。但本研究表明增强UV-B辐射却降低了烤烟邻苯二酚类的含量。多酚类是烤烟烟叶中重要的香气前体物质,有研究表明多酚类是云南低纬度高原地区烟叶的特征香气物质25,从本研究也说明云南烟区高UV-B辐射是其形成的主要机制。而邻苯二酚类一般被认为是影响烟叶安全性的物质,是否可以说明低纬度高原