輻射對(duì)烤煙化學(xué)組分的影響

1、輻射對(duì)烤煙化學(xué)組分的影響     由于氯氟烴、氮氧化合物的排放導(dǎo)致大氣臭氧層變薄,進(jìn)而導(dǎo)致地球表面具有生物學(xué)效應(yīng)的日光UV-B輻射增強(qiáng)12。大多數(shù)植物都會(huì)受到UV-B輻射增強(qiáng)的影響,在UV-B輻射增強(qiáng)條件下,植物的形態(tài)、光合系統(tǒng)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分都會(huì)發(fā)生變化3。煙草是科學(xué)研究重要的模式植物,煙葉的化學(xué)成分是形成其質(zhì)量風(fēng)格的物質(zhì)基礎(chǔ),尤其煙草是次生代謝產(chǎn)物非常豐富的作物,如煙堿、烯萜、酚類(lèi)等是煙草重要的香氣前體物質(zhì)。海拔高度是影響地表UV-B輻射劑量的重要因素之一1。我國(guó)優(yōu)質(zhì)主產(chǎn)煙區(qū)主要分布在低緯度高海拔地區(qū)如云南,推測(cè)優(yōu)質(zhì)煙葉的形成與低緯度高海拔氣候

2、條件的紫外輻射強(qiáng)度有關(guān),但缺乏直接證據(jù)。因此,研究增強(qiáng)UV-B輻射對(duì)烤煙化學(xué)成分的影響,有助于揭示特色煙葉化學(xué)品質(zhì)特征的形成機(jī)理,也可為植物對(duì)增強(qiáng)UV-B輻射的耐性機(jī)理提供理論基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用紫外燈開(kāi)展模擬UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)植物化學(xué)成分的影響,主要結(jié)果有:UV-B輻射增強(qiáng)使植物葉綠素含量降低,促進(jìn)植物次生產(chǎn)物的合成,植物葉片中可溶性糖含量降低,植物葉片可溶性蛋白含量和粗纖維含量增加45,也可引起烯萜類(lèi)化合物及木質(zhì)素含量的變化6?？緹煹幕瘜W(xué)成分包括常規(guī)化學(xué)成分、質(zhì)體色素和酚類(lèi)物質(zhì)的含量等,不僅可以反映烤煙的化學(xué)質(zhì)量特征;同時(shí)對(duì)所處的逆境條件也起到調(diào)節(jié)作用。目前,有關(guān)大田模擬增強(qiáng)UV-B輻射對(duì)

3、烤煙化學(xué)成分影響的研究尚鮮見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)利用紫外燈在大田條件下模擬增強(qiáng)UV-B輻射對(duì)烤煙兩個(gè)品種的水溶性糖、煙堿、總氮、鉀等常規(guī)成分,以及質(zhì)體色素和酚類(lèi)物質(zhì)含量的影響,旨在揭示烤煙的化學(xué)質(zhì)量特征與UV-B輻射增強(qiáng)的關(guān)系,為不同UV-B背景煙區(qū)烤煙的質(zhì)量特色形成機(jī)理提供理論支撐。1材料與方法1.1試驗(yàn)材料與種植條件供試的兩個(gè)烤煙品種為“云煙87”(Y87)和“紅花大金元”(HD)。挑選生長(zhǎng)一致、56片真葉的漂浮苗移栽于云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)場(chǎng)(北緯2504,東經(jīng)10273,海拔1950m)。種植行距為120cm,株距為50cm。試驗(yàn)地土壤為紅壤,基本理化性質(zhì)為:pH6.4,有機(jī)質(zhì)含量34.07gkg1,

4、堿解氮含量203.4mgkg1,速效磷含量19.3mgkg1,速效鉀含量166.8mgkg1?！霸茻?7”按105kg(N)hm2施肥,“紅花大金元”按52.5kg(N)hm2施肥,NP2O5K2O為113。1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法2結(jié)果與分析2.1UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)兩個(gè)烤煙品種常規(guī)化學(xué)成分的影響如表1所示,UV-B輻射降低了烤煙水溶性糖含量(P0.05),尤其降低了“云煙87”的水溶性糖含量,相同煙葉部位不同處理間均達(dá)顯著差異,“紅花大金元”相同部位僅對(duì)照和高UV-B輻射間烤煙水溶性糖含量達(dá)顯著差異,說(shuō)明“云煙87”水溶性糖含量對(duì)增強(qiáng)UV-B輻射比“紅花大金元”更敏感;“紅花大金元

5、”的水溶性糖含量低于“云煙87”,兩個(gè)品種不同部位間水溶性糖含量均呈現(xiàn)一致的規(guī)律性,即中部葉>上部葉>下部葉。UV-B輻射同樣影響烤煙的總氮含量,相同煙葉部位,增強(qiáng)UV-B輻射使“云煙87”總氮含量顯著高于對(duì)照(P0.05),而“紅花大金元”的總氮含量只是高強(qiáng)度UV-B輻射處理顯著高于對(duì)照;“紅花大金元”對(duì)照的總氮含量高于“云煙87”,而兩個(gè)增強(qiáng)UV-B輻射處理的總氮含量低于“云煙87”;兩個(gè)品種全氮含量上部煙葉高于中、下部煙葉。除中部煙葉外,兩個(gè)烤煙品種的全鉀含量在UV-B輻射下均顯著增加(P0.05);兩個(gè)烤煙品種中部葉的全鉀含量表現(xiàn)為低強(qiáng)度UV-B輻射顯著高于對(duì)照,高強(qiáng)度UV

6、-B輻射和對(duì)照差異不明顯。上、中部煙葉表現(xiàn)為“云煙87”的全鉀含量高于“紅花大金元”,下部葉表現(xiàn)為“紅花大金元”的全鉀高于“云煙87”,兩個(gè)品種不同部位間全鉀含量下部葉>中部葉>上部葉。增強(qiáng)UV-B輻射也顯著增加兩個(gè)烤煙品種上、中部煙葉的游離氨基酸含量(P0.05),下部煙葉的游離氨基酸含量表現(xiàn)為僅高強(qiáng)度UV-B輻射顯著高于對(duì)照;且下部煙葉的游離氨基酸含量高于中、上部煙葉。增強(qiáng)UV-B輻射對(duì)兩個(gè)品種的煙堿含量影響不同,增強(qiáng)UV-B輻射顯著增加“云煙87”的煙堿含量,“紅花大金元”煙堿含量在增強(qiáng)UV-B輻射條件下降低,且低強(qiáng)度UV-B輻射的煙堿含量顯著低于對(duì)照;中、上部煙葉的煙堿高于

7、下部煙葉。2.2增強(qiáng)UV-B輻射對(duì)兩個(gè)烤煙品種質(zhì)體色素的影響如表2所示,增強(qiáng)UV-B輻射增加了烤煙葉綠素a含量(P0.05)?！凹t花大金元”品種上、中部煙葉葉綠素a含量表現(xiàn)為低強(qiáng)度UV-B輻射顯著高于對(duì)照,而高強(qiáng)度UV-B輻射又低于對(duì)照。增強(qiáng)UV-B輻射使相同部位“云煙87”的葉綠素a含量顯著增加,且“紅花大金元”的葉綠素a含量高于“云煙87”;下部煙葉的葉綠素a遠(yuǎn)高于中、上部煙葉。除“紅花大金元”的中部葉外,增強(qiáng)UV-B輻射顯著增加了烤煙的葉綠素b含量(P0.05)?！凹t花大金元”的葉綠素b含量高于“云煙87”,且“紅花大金元”下部煙葉的葉綠素b含量遠(yuǎn)高于中、上部煙葉。除“紅花大金元”的上、

8、中部葉外,增強(qiáng)UV-B輻射顯著增加了烤煙的類(lèi)胡蘿卜素含量(P0.05)。除上部葉外,“紅花大金元”的類(lèi)胡蘿卜素含量高于“云煙87”,下部煙葉的類(lèi)胡蘿卜素含量遠(yuǎn)高于中、上部煙葉。2.3增強(qiáng)UV-B輻射對(duì)兩個(gè)烤煙品種酚類(lèi)含量的影響如表3所示,增強(qiáng)UV-B輻射降低了烤煙鄰苯二酚的含量(P0.05),“紅花大金元”的鄰苯二酚含量高于“云煙87”,鄰苯二酚含量總體表現(xiàn)為從上部葉至下部葉逐漸降低。同樣,增強(qiáng)UV-B輻射增加了烤煙類(lèi)黃酮的含量(P0.05),且“云煙87”的類(lèi)黃酮含量高于“紅花大金元”,類(lèi)黃酮含量總體表現(xiàn)為從上部葉至下部葉逐漸升高。3討論增強(qiáng)UV-B輻射顯著降低了兩個(gè)烤煙品種的水溶性糖含量。

9、這與其他學(xué)者的研究結(jié)果一致5。同時(shí)也解釋了馬劍雄等12和王彪等13在云南海拔相對(duì)較高范圍內(nèi)的研究結(jié)果,即海拔高度和水溶性總糖呈負(fù)相關(guān)。這說(shuō)明由于高海拔地區(qū)相對(duì)較高的UV-B輻射導(dǎo)致烤煙水溶性總糖較低。但也有一些在海拔相對(duì)較低煙區(qū)的結(jié)果表明,海拔高度與水溶性總糖呈正相關(guān)或無(wú)明顯相關(guān)性1415,這可能是由于在海拔相對(duì)較低的煙區(qū)不同海拔間UV-B輻射差異不大,或者不同海拔間其他環(huán)境因子如有效積溫、降雨量等影響了水溶性糖的含量。同時(shí),本研究表明增強(qiáng)UV-B輻射使烤煙煙葉總氮和全鉀含量增加,這也和Yue等4,1617在小麥上的研究結(jié)果一致。Zepp等18研究結(jié)果表明,UV-B輻射增強(qiáng)影響了生物圈的碳、氮

10、和其他一些元素的循環(huán)。UV-B輻射增強(qiáng)也影響植物對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收和遷移。植物化學(xué)成分含量對(duì)UV-B輻射的響應(yīng)可能是各種生理生化和營(yíng)養(yǎng)代謝過(guò)程變化導(dǎo)致的結(jié)果。增強(qiáng)UV-B輻射也提高了烤煙游離氨基酸的含量,主要原因可能是烤煙在長(zhǎng)期的UV-B輻射增強(qiáng)條件下,抑制了蛋白質(zhì)的合成,使蛋白質(zhì)水解酶活性上升,從而促進(jìn)了游離氨基酸的積累。另一方面,烤煙煙葉在烘烤過(guò)程中,由于適宜的溫濕度促進(jìn)了煙葉中蛋白質(zhì)的水解,導(dǎo)致游離氨基酸的積累。煙堿是煙葉中最主要的生理活性物質(zhì),也是煙葉中重要的次生代謝物質(zhì)。本研究表明增強(qiáng)UV-B輻射對(duì)“紅花大金元”和“云煙87”品種煙堿含量的影響不同,可能與這兩個(gè)烤煙品種的品種特性有關(guān),

11、由于次生代謝物質(zhì)對(duì)環(huán)境的敏感性較強(qiáng),在增強(qiáng)UV-B輻射條件下,促進(jìn)了對(duì)紫外輻射相對(duì)敏感品種“云煙87”中煙堿的增加。大量研究表明增強(qiáng)UV-B輻射使植物中光合色素含量下降1922。而本研究表明,增強(qiáng)UV-B輻射提高了兩個(gè)烤煙品種的葉綠素a和葉綠素b含量,可能原因是增強(qiáng)UV-B使烤煙的落黃成熟延遲,致使烘烤過(guò)程葉綠素降解不完全。本研究表明增強(qiáng)UV-B輻射提高了兩個(gè)烤煙品種的類(lèi)胡蘿卜素含量,主要原因是類(lèi)胡蘿卜素對(duì)植物葉綠體免遭紫外線(xiàn)傷害有保護(hù)作用23,這也是烤煙生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)增強(qiáng)紫外光的一種適應(yīng)性反應(yīng)。增強(qiáng)UV-B輻射對(duì)植物的影響是誘導(dǎo)植物葉片中的紫外吸收物質(zhì),主要是多酚類(lèi)化合物,植物體內(nèi)這些物質(zhì)的積累有利于減少UV-B進(jìn)入葉片組織內(nèi)部24,這與本研究結(jié)果較為一致。但本研究表明增強(qiáng)UV-B輻射卻降低了烤煙鄰苯二酚類(lèi)的含量。多酚類(lèi)是烤煙煙葉中重要的香氣前體物質(zhì),有研究表明多酚類(lèi)是云南低緯度高原地區(qū)煙葉的特征香氣物質(zhì)25,從本研究也說(shuō)明云南煙區(qū)高UV-B輻射是其形成的主要機(jī)制。而鄰苯二酚類(lèi)一般被認(rèn)為是影響煙葉安全性的物質(zhì),是否可以說(shuō)明低緯度高原