¹四川省烟草公司广元市公司，四川 广元

²中国烟草总公司四川省公司，四川 成都

³河南农业大学烟草学院，河南 郑州

⁴河南农业大学经济与管理学院，河南 郑州

收稿日期：2021年6月21日；录用日期：2021年7月20日；发布日期：2021年7月27日

摘要

【目的】研究烤烟叶面喷施壳寡糖对烤烟质体色素及其降解物质的影响，旨在提高广元烤烟香气品质，探索新的农艺化控手段。【方法】以云烟87为供试品种，采取随机区组试验，设置5个处理，每个处理三次重复，在喷施过程中，各个处理喷施壳寡糖的量相同浓度不同。【结果】随着喷施壳寡糖浓度的增加，烤烟上中部叶叶绿素的含量呈先降低后升高再降低的趋势，T2 (喷施150 mg/L)处理时显著降低，且最符合优质烟叶对叶绿素含量的要求。上中部烟叶类胡萝卜素含量在T1 (喷施100 mg/L)和T2 (喷施150 mg/L)处理时均有所升高，上中部叶质体色素降解物质总量均在T2 (喷施150 mg/L)和T3 (喷施200 mg/L)处理时明显增多，分别为873.73 μg/g、861.45 μg/g、889.79 μg/g和872.43 μg/g。【结论】烤烟喷施150 mg/L (T2处理)壳寡糖时，可以显著降低烤烟叶绿素含量，提高类胡萝卜素含量和质体色素降解物质总量。

关键词

烤烟，壳寡糖浓度，叶绿素含量，类胡萝卜素含量，质体色素降解物质总量

Effects of Chitooligosaccharide on Plastid Pigment and Its Degradation Products in Flue-Cured Tobacco Leaves

Jixian He¹, Qili Zhang¹, Qiang Lei², Huizhan Gu¹, Gang Hu², Xingyou Yang², Xiaokai Wei³, Baohua Yu⁴, Yanqiu Jing³, Shikang Yu^1*, Junju Li^1*

¹Sichuan Tobacco Company Guangyuan City Company, Guangyuan Sichuan

²China National Tobacco Corporation Sichuan Company, Chengdu Sichuan

³Tobacco College, Henan Agricultural University, Zhengzhou Henan

⁴College of Economics and Management, Henan Agricultural University, Zhengzhou Henan

Received: Jun. 21^st, 2021; accepted: Jul. 20^th, 2021; published: Jul. 27^th, 2021

ABSTRACT

[Objective] To study the effect of chitooligosaccharide on the plastid pigment and its degradation products of flue-cured tobacco leaves, in order to improve the quality and economic benefits of Guangyuan flue-cured tobacco , and to explore new agronomic control methods. [Methods] Yunyan 87 was used as the test variety, and the randomized block experiment was carried out. Five treatments were set up, each treatment was repeated three times. During the spraying process, the same concentration of chitosan oligosaccharide was different for each treatment. [Results] With the increase of chitosan concentration, the content of chlorophyll in the upper and middle leaves of flue-cured tobacco decreased first, then increased, and then decreased. T2 (spraying 150 mg/L) treatment significantly reduced the content of chlorophyll, which was the most in line with the requirements of high-quality tobacco leaves. The content of carotenoid in the upper and middle leaves increased with the increase of spraying concentration. The degradation products of plastid pigment in the upper and middle leaves of flue-cured tobacco were all in T2 (spraying 150 mg/L) and T3 (spraying 200 mg/L) treatment. [Conclusion] The content of chlorophyll, the content of carotenoids and the total amount of degradation products of plastid pigment in flue-cured tobacco can be significantly reduced by spraying 150 mg/L (T2) chitosan oligosaccharide.

Keywords:Flue Cured Tobacco, Chitooligosaccharide Concentration, Chlorophyll Content, Carotenoid Content, Total Degradation Products of Plastid Pigment

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1. 引言

壳寡糖是由2~10个氨基葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接而成的寡聚糖，具有水溶性好、生物活性高的特点，是一种碱性氨基多糖 [1]。大量研究表明壳寡糖对植物根系发育有促进作用，可以显著增加植物叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率 [2]。壳寡糖对缓解植物干旱也有显著的作用，已有研究发现，干旱胁迫下喷施壳寡糖能够显著降低植物超氧阴离子产生速率和丙二醛含量，同时增加可溶性蛋白、葡萄糖、蔗糖、脯氨酸含量 [3]。魏夕雅等 [4] 研究表明，壳寡糖能够加速植物细胞内百菌清的代谢速率，进而降低农药残留，提高烟叶品质。质体色素存在于植物细胞器质体中，主要包括叶绿素和类胡萝卜素，是植物进行光合作用、吸收和转化光能的主要物质 [5]。质体色素降解产物是烟叶重要的香味物质，其种类和含量与烟叶的香气质和香气量密切相关 [6]。一直以来烟叶质体色素及其降解产物一直是烟草工作者研究的热点之一。任梦娟等 [7] 研究表明，在烤烟氮肥减施条件下，喷施壳寡糖可促进烟株打顶前的生长，提高烟株对氮素的吸收量和氮素利用率，进而提高香味质量。杨章乐等 [8] 研究发现，喷施壳寡糖有机水溶肥可以缩短云烟97生育期，增加茎围、叶片数、叶面积和地上部、地下部干物质积累量，进而提高烟叶产量、产值和上等烟比例，利于感官质量的提升；杨丽丽等 [9] 通过用饼肥替代纯化肥发现，饼肥对于提高烤烟质体色素含量效果显著。王蘅等 [10] 发现，10 g/L硼 + 4 g/L锌配施对促进烟叶香气物质含量作用明显，尤其是类胡萝卜素类降解物质。刘鹏飞等 [11] 研究表明，土壤类型对烟叶质体色素及其降解产物含量有显著的影响，其中暗棕土质条件下，烟叶质体色素和类胡萝卜素降解产物含量明显高于黑沙土和白浆土。目前，植物壳寡糖已成为人们新的研究领域，前人关于壳寡糖对烤烟的研究主要集中在幼苗根系发育、病虫害以及各种酶的活性上，但对于质体色素及其降解产物的研究并不多见。本试验通过对比分析，选用对植物生长发育具有调节作用的壳寡糖，通过设置不同的壳寡糖浓度梯度，研究四川广元烟叶在特定生态条件和栽培条件下喷施壳寡糖对烤烟质体色素及其降解物质的影响，以求为提高烟叶香气品质，提供理论依据和技术支撑。

2. 材料与方法

2.1. 试验设计

该试验于2019年在四川省广元市普安镇进行。烟苗于2019年5月1日开始移栽，7月20日打顶。大田管理均按照当地生产优质烟叶的措施进行，采取随机区组试验，设置5个处理，每个处理设置三次重复，株距50 cm左右，行距120 cm左右，每个小区45株。土壤的pH为7.16，土壤碱解氮153.78 mg/kg，速效磷56.83 mg/kg，速效钾179.95 mg/kg，有机质23.58 g/kg。

分别在伸根期(约移栽后7天)、旺长期(约移栽后34天)和成熟期(约移栽后61天)喷施3次，所喷施壳寡糖的浓度如表1所示，喷施量以烟株叶面均匀淋湿为准。水溶性壳寡糖由陕西横岭天然生物制品有限公司生产，纯度99%。

表1. 烤烟喷施壳寡糖试验设计

2.2. 取样与测试

2.2.1. 样品采集

对试验中的每个小区的烟叶进行单独采收烘烤，并根据国家烟叶分级标准进行等级筛选，并选取具有代表性的C3F和B2F样品分别称取1 kg。

2.2.2. 叶绿素和总类胡萝卜素测定

采用分光光度计法测定 [12]。

2.2.3. 质体色素降解物质成分分析

采用内标法进行测定，同时用蒸馏萃取仪和HP5890II5972气质联用仪(GC/MS)分析。

2.3. 数据分析

运用SPSS 17.0以及Excel2016进行，采用单因素方差分析和Duncan新复极差法进行多重比较。

3. 结果与分析

3.1. 烤后烟叶质体色素含量的比较

3.1.1. 烤后烟叶上部叶质体色素含量

表2. 不同浓度壳寡糖处理下烤烟上部叶类胡萝卜素与叶绿素含量(μg/g)

由表2可知，在各处理中上部叶叶绿素a含量大小依次为CK > T1 > T2 > T4 > T3，其中T1、T2、T3和T4与对照CK之间均有显著的差异，且各个处理叶绿素a的含量与对照CK相比均有大幅的降低；上部叶叶绿素b含量大小依次为T1 > CK > T4 > T2 > T3，且各处理之间均没有显著的差异；叶绿素含量大小依次为CK > T1 > T2 > T4 > T3，其中对照CK和T1处理叶绿素含量没有显著的差异，T2、T3和T4与对照CK之间差异显著，与CK处理相比，T1、T2、T3和T4叶绿素含量分别降低了27.28%、44.73%、67.49%和58.18%。这说明喷施壳寡糖可以有效降低烟叶上部叶叶绿素含量，T2处理的叶绿素含量为66.79 μg/g，高于T3和T4处理，且小于80 μg/g，在优质烟叶绿素含量要求范围之内 [13]；类胡萝卜素含量大小依次为T2 > T1 > CK > T4 > T3，各个处理与对照CK之间均没有显著的差异，与对照CK处理相比，T1和T2类胡萝卜素含量分别升高了12.39%和26.33%，T3和T4分别降低了25.95%和0.81%，这说明低浓度的壳寡糖可以促进烟叶类胡萝卜素的合成，高浓度的壳寡糖抑制类胡萝卜素的合成。研究表明，类胡萝卜素和叶绿素的比值可以有效的反映出质体色素的降解程度，可以作为优质特色烟生产的一个重要标准 [14]。在各个处理中类胡萝卜素和叶绿素的比值大小依次为T4 > T2 > T3 > T1 > CK，与CK处理相比T1、T2、T3和T4分别提高了55.00%、129.00%、128.00%和138.00%。

3.1.2. 烤后烟叶中部叶质体色素含量

表3. 不同浓度壳寡糖处理下烤烟中部叶类胡萝卜素与叶绿素含量(μg/g)

由表3可知，中部叶叶绿素a含量大小依次为CK > T1 > T2 > T4 > T3，其中T1和T2与对照CK之间均没有显著的差异，T3和T4与对照CK之间差异显著；中部叶叶绿素b含量大小依次为CK > T1 > T3 > T2 > T4，其中T1与对照CK之间没有显著的差异，T2、T3和T4与对照CK之间均有显著的差异。叶绿素含量的大小依次为CK > T1 > T2 > T4 > T3，其中T1与对照CK之间没有显著的差异，T2、T3和T4与对照CK之间差异显著，与CK相比T1、T2、T3、T4分别减少了25.82%、45.07%、68.40%和58.41%，T2处理叶绿素含量大于T3和T4但均小于80 μg/g，处于优质烟叶叶绿素含量的范围 [14]，这与对上部叶的影响一致。中部叶类胡萝卜素含量大小依次为T1 > T2 > CK > T4 > T3，各个处理与对照CK之间均没有显著的差异，与CK相比，T1和T2处理升高了19.44%和17.43%，T3和T4处理则降低了10.32%和1.33%。中部叶类胡萝卜素含量与叶绿素含量的比值大小依次为T3 > T4 > T2 > T1 > CK，与CK相比T1、T2、T3和T4分别增加了60.58%、112.50%、182.69%和136.54%。

3.2. 烤后烟叶质体色素降解物质比较

叶绿素和类胡萝卜素降解物质是中性香气成分的重要组成部分。烟草中约有80种香味成分来源于类胡萝卜素的降解，其中类胡萝卜素降解物质中的β-大马酮和巨豆三烯酮被认为是对烟叶香型风格影响最显著的3种主要香味物质的其中2种 [15] [16]。新植二烯是烟叶中重要的萜烯类化合物，其含量在烤烟中占中性挥发性香气物质的比例最高，与烟叶香气物质的质量密切相关 [17]。烤烟中叶绿素的含量过高，燃吸时会产生强烈的青杂气和刺激性，严重影响烟叶的吸食品质。叶绿素降解过程中大量成分转化为新植二烯，青杂气被清除，同时产生清香气。

3.2.1. 烤后烟叶上部叶质体色素降解物质

表4. 不同浓度壳寡糖处理下烤烟上部叶质体色素降解物质含量(μg/g)

由表4可知，上部叶类胡萝卜素降解物质总量大小依次为T3 > CK > T4 > T2 > T1，与对照CK相比T1、T2、T4处理分别降低了9.90%、3.27%、1.84%，而T3则升高了8.25%。在15中类胡萝卜素降解物质中，β-大马酮、β-二氢大马酮、巨豆三烯酮4和巨豆三烯酮2的含量所占的比例较高；3-羟基-β-二氢大马酮和芳樟醇的含量以T4处理最高；巨豆三烯酮4、香叶基丙酮、异佛尔酮的含量以T3处理最高；巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮2、巨豆三烯酮3、β-大马酮、β-二氢大马酮、二氢猕猴桃内酯、法尼基丙酮、β-环柠檬醛、氧化异佛尔酮、螺岩兰草酮，这10种香味物质的含量以T2处理最高；与CK处理相比，T3处理除了β-二氢大马酮、氧化异佛尔酮、螺岩兰草酮这3种香气物质外，其它12种香味物质均高于CK；T1处理有8种香气物质(巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮2、巨豆三烯酮4、β-大马酮、3-羟基-β-二氢大马酮、二氢猕猴桃内酯、氧化异佛尔酮、螺岩兰草酮)高于CK；T4处理除了巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮3、β-二氢大马酮、香叶基丙酮、二氢猕猴桃内酯、β-环柠檬醛、螺岩兰草酮外，其它8种香味物质均高于CK。新植二烯作为叶绿素的降解物质，其含量大小依次为T2 > T3 > CK > T4 > T1，与CK相比，T2、T3处理的含量分别升高了10.19%、7.13%，而T1和T4的含量分别降低了9.85%、4.07%。上部叶质体色素降解物质总量的大小依次为T2 > T3 > CK > T4 > T1，与CK相比，T2、T3处理的含量分别升高了8.81%和7.28%，而T1和T4的含量分别减小了9.79%和3.76%。

3.2.2. 烤后烟叶中部叶质体色素降解物质

表5. 不同浓度壳寡糖处理下烤烟中部叶质体色素降解物质含量(μg/g)

由表5可知，中部叶类胡萝卜素降解物质总量大小依次为T2 > T3 > CK > T4 > T1，与CK相比T1和T4处理降低了7.71%和0.64%，而T2和T3升高了13.27%和1.30%。中部叶的15种类胡萝卜素降解物质中β-大马酮、β-二氢大马酮、巨豆三烯酮4和巨豆三烯酮2的含量所占的比例与上部叶基本一致。芳樟醇的含量以T1处理最高；香叶基丙酮、异佛尔酮的含量以对照CK最高；巨豆三烯酮2的含量以T3处理最高；巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮3、巨豆三烯酮4、β-大马酮、β-二氢大马酮、3-羟基-β-二氢大马酮、二氢猕猴桃内酯、法尼基丙酮、β-环柠檬醛、氧化异佛尔酮、螺岩兰草酮，这11种香气物质的含量以T2最高；与CK相比，T3处理除了巨豆三烯酮3、巨豆三烯酮4、β-大马酮、β-二氢大马酮、香叶基丙酮、氧化异佛尔酮这6种香气物质外，其它9种中性香气物质均高于CK；T1处理有6种香气物质(巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮4、芳樟醇、3-羟基-β-二氢大马酮、β-环柠檬醛、氧化异佛尔酮)高于CK；T4处理有6种香气物质(巨豆三烯酮1、β-二氢大马酮、3-羟基-β-二氢大马酮、法尼基丙酮、β-环柠檬醛、氧化异佛尔酮)高于CK。中部叶新植二烯的含量大小依次为T2 > T3 > CK > T4 > T1，与CK相比，T2和T3处理的含量分别升高了9.42%和8.41%，而T1和T4的含量减小了15.65%和3.82%。中部叶质体色素降解物质总量大小依次为T2 > T3 > CK > T4 > T1，与CK相比，T2和T3处理的含量分别升高了9.82%和7.67%，而T1和T4的含量分别减小了14.83%和3.49%。

4. 讨论

4.1. 喷施壳寡糖对叶绿素和类胡萝卜素含量的影响

叶绿素含量与烟叶香气质和香气量呈正相关，与劲头呈负相关，叶绿素含量过高会严重影响烟叶的品质 [18]。试验结果表明，喷施壳寡糖降低了烤烟叶绿素的含量，这与郭卫华 [2] 等的研究结果存在差异。这是因为两者喷施壳寡糖的生长阶段不同，郭卫华等是在幼苗生长时期喷施壳寡糖，幼苗期烟株内部生理生化状态和成熟期存在很大差异，造成了烤烟对营养物质、水分和光照等的利用率不同，同时两个生长阶段外部环境(光照时长、温度、降雨量等)不同也是造成这一差异的重要原因；高浓度的壳寡糖对烟叶叶绿素含量有增加的趋势，这与孙君艳 [19] 等对干旱胁迫下壳寡糖对玉米叶片叶绿素含量的影响结果相似，这可能是由于高浓度的壳寡糖抑制了叶绿素降解途径的几种酶，包括叶绿素b还原酶、叶绿素酶、脱镁螯合物酶和脱镁叶绿素水解酶。王绘艳等 [20] 研究发现，不同浓度的壳寡糖对烤烟胡萝卜素的含量影响不同，这与孙翠红等 [21] 的研究相似。这可能是由于不同浓度的壳寡糖对合成类胡萝卜素两种关键酶(LYCB和LYCE)的活性的影响不同造成的，两种酶活性及其不稳定，易受外源物质的影响 [22]。

4.2. 喷施壳寡糖对叶绿素和类胡萝卜素降解物质含量的影响

类胡萝卜素及其降解种类和含量直接影响着着烟叶的品质 [23]。试验发现，喷施壳寡糖有助于烤烟质体色素降解物质的增加，促进了烤烟香气物质的合成，这与任梦娟等 [7] 对烤烟喷施壳寡糖的研究结果相似。这可能是因为壳寡糖具有提高植物光合作用，诱导植物抗病性，提高了植物抵抗恶劣环境，从而促进烤烟代谢和植物体内内源激素水平，进而促进了香气物质的合成 [24]；孙翠红等 [21] 研究认为壳寡糖溶液不仅有效地提高烟叶中性致香成分的含量，还可使烟叶化学成分更加协调，从而使烟叶的品质得到改善，本研究也有类似的结果。

本试验中，烤烟上部叶质体色素含量及其降解物质总量均大于中部叶，这与刘洪华等 [25] 的研究结果一致。其主要原因是上部叶接受光照和空气较多，导致其酶促氧化能力变强，进而促进了烤烟质体色素的降解。

5. 结论

综上所述，喷施适量浓度的壳寡糖降低了烤烟叶绿素的含量；类胡萝卜素含量和质体色素降解物质总量均有明显的提高；综合来看，T2处理(喷施150 mg/L)的效果最好。

文章引用

何佶弦,张启莉,雷 强,顾会战,胡 刚,杨兴有,魏晓凯,喻保华,景延秋,俞世康,李俊举. 叶面喷施壳寡糖对烤烟质体色素及其降解物质的影响
Effects of Chitooligosaccharide on Plastid Pigment and Its Degradation Products in Flue-Cured Tobacco Leaves[J]. 植物学研究, 2021, 10(04): 542-549. https://doi.org/10.12677/BR.2021.104068

参考文献