皖南煙區(qū)烤煙特殊香氣風(fēng)格形成機(jī)理研究.pdf

1、2003年在皖南發(fā)現(xiàn)具有津巴布韋煙葉特有的焦甜香風(fēng)格的烤煙，但對其形成機(jī)理了解甚少，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)靥厣珶熧|(zhì)量的穩(wěn)定和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大。自2006-2008年3個烤煙生產(chǎn)年度，對皖南煙區(qū)4種典型土壤類型麻沙土、麻沙泥、粉沙土和水稻粘土以及19個有代表性取樣點(diǎn)土壤和煙葉中礦質(zhì)元素含量、土壤微生物生物量碳、土壤細(xì)菌16SrDNAV3區(qū)PCR-DGGE分析、煙葉基因表達(dá)譜、煙葉細(xì)胞結(jié)構(gòu)和活性氧代謝與烤煙焦甜香風(fēng)格的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)分析，結(jié)果如下：

2、 對皖南12個具有不同程度焦甜香感的烤煙樣品的植煙土壤中10種礦質(zhì)元素其中包括2種微量元素Fe和Mn含量進(jìn)行了測定，結(jié)果表明皖南大部分植煙土壤速效磷含量適中，速效鉀含量偏高，不同焦甜香感烤煙的植煙土壤中礦質(zhì)元素的含量沒有明顯的差異。分析了皖南4種不同類型土壤所植的焦甜香感有較大差異的煙葉中9種礦質(zhì)元素其中包括4種微量元素Fe、Mn、Cu和Zn的含量，結(jié)果表明與優(yōu)質(zhì)煙相比，煙葉中Mn、Cu和Zn含量適中，Ca、Fe和Mg含量偏低，礦

3、質(zhì)元素含量與焦甜香感沒有相關(guān)性。所以，皖南烤煙焦甜香風(fēng)格的形成可能不是由于土壤或煙葉中某種或某些礦質(zhì)元素含量高。 4種主要土壤類型麻沙土、麻沙泥、粉沙土和水稻粘土植煙，不同生長期烤煙根際微生物的數(shù)量團(tuán)棵期最少，至旺長期最多，成熟期和采收期逐漸減少。與之相似，根際微生物生物量碳（MBC）以團(tuán)棵期最低，旺長期和成熟期較高，采收期有所下降。在皖南選取具代表性的19個土樣，包括7種土壤類型，種植4個烤煙品種，分析發(fā)現(xiàn)根際MBC與有機(jī)質(zhì)和

4、堿解氮含量呈極顯著的正相關(guān)，據(jù)此可將土樣分為3大類群，分別是低MBC的相對貧瘠的土壤、中等MBC的中等肥力的土壤和高M(jìn)BC的肥沃土壤。焦甜香氣較好的烤煙多集中于微生物生物量碳在350mg/kg干土-380mg/kg干土的中等肥力的土壤。表明烤煙旺長期根際MBC與烤煙品種無關(guān)而僅與土壤性質(zhì)有關(guān)，焦甜香特色風(fēng)格的形成與根際MBC有密切的關(guān)系。 在皖南煙區(qū)19個取樣點(diǎn)烤煙旺長期根際細(xì)菌16SrDNAV3區(qū)PCR-DGGE圖譜中共有8條

5、優(yōu)勢條帶，其中5條帶在所有根際土和非根際土壤中均存在，有3條帶在大多數(shù)根際土樣中出現(xiàn)，但其出現(xiàn)與否及亮度強(qiáng)弱與所植烤煙的焦甜香感沒有對應(yīng)關(guān)系。皖南煙區(qū)烤煙根際與南陽煙區(qū)烤煙根際細(xì)菌16SrDNAV3區(qū)PCR-DGGE圖譜有極大的差異，相同的條帶僅有2條，皖南煙區(qū)絕大多數(shù)優(yōu)勢條帶的遷移率均較小，而南陽煙區(qū)的優(yōu)勢條帶的遷移率均較大。因此，皖南煙區(qū)烤煙焦甜香風(fēng)格形成與根際細(xì)菌的群體結(jié)構(gòu)沒有關(guān)系，但不同煙區(qū)烤煙根際細(xì)菌的群體結(jié)構(gòu)的顯著差異可能與

6、不同煙區(qū)的土壤特性不同有關(guān)，也可能是不同煙區(qū)烤煙香氣風(fēng)格有較大差異的原因。 在皖南煙區(qū)4種典型的植煙土壤種植煙草品種云煙97，應(yīng)用基因芯片技術(shù)和顯微觀察技術(shù)對生長成熟期煙葉的基因表達(dá)譜和細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，與水稻粘土相比，麻沙土植煙成熟期煙葉上調(diào)表達(dá)的基因主要有細(xì)胞增殖、生長和分化的基因，以及與氧化脅迫有關(guān)的基因，而下調(diào)表達(dá)的基因主要是光合作用和蛋白質(zhì)、磷脂合成的基因。麻沙泥植煙成熟期煙葉上調(diào)表達(dá)的基因主要有與生長素運(yùn)

7、輸和多糖合成有關(guān)的基因及與蛋白質(zhì)和氨基酸分解有關(guān)的基因。粉沙土植煙成熟期煙葉與干旱脅迫有關(guān)的基因和與纖維素、果膠質(zhì)、淀粉和蛋白質(zhì)分解有關(guān)的基因上調(diào)。葉片的顯微和超顯微結(jié)構(gòu)表明，粉沙土植煙，煙葉長勢差，生長衰退跡象明顯；而麻沙土和麻泥土植煙，尤其是麻沙土，煙葉生長勢較好，生長衰退跡象不明顯。應(yīng)用基因芯片和顯微觀察技術(shù)研究在不同類型土壤煙葉基因表達(dá)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異，有助于揭示皖南烤煙焦甜香特色風(fēng)格的形成機(jī)理。 在皖南4種不同類型土壤

8、中栽培烤煙云煙87，分別取中部葉和上部葉在葉齡為15d、30d、45d和60d時測定煙葉中的活性氧、抗氧化酶活性和抗氧化物質(zhì)等的變化。結(jié)果表明，在粉沙土、麻沙泥和麻沙土中植煙，煙葉受到的氧化脅迫明顯高于水稻粘土，有利于還原性物質(zhì)酚和類胡蘿卜素等的積累，增加烤煙香氣物質(zhì)前體物質(zhì)的合成。適度氧化脅迫有利于烤煙焦甜香風(fēng)格的形成。 綜上所述，皖南烤煙焦甜香風(fēng)格形成的機(jī)制可能是，麻沙土和麻沙泥土壤等中等肥力微生物生物量碳含量中等的土壤含沙

9、比例較高，土壤質(zhì)地較輕，具有一定的保水保肥能力，烤煙生長過程中受到較高的干旱和營養(yǎng)等環(huán)境因子脅迫，但能夠合成較多的抗氧化酶和抗氧化物質(zhì)，及時清除環(huán)境脅迫積累的活性氧對細(xì)胞的損傷，保持一定的長勢，有利于合成較多的香氣成分的前體物質(zhì)如如類胡蘿卜素和酚類等。而肥力較低微生物生物量碳含量較低的土壤如粉沙土由于含沙量高，保水保肥能力差，煙葉受到過強(qiáng)的環(huán)境因子脅迫，合成的抗氧化酶和抗氧化物質(zhì)不能有效清除活性氧對細(xì)胞的損傷，及早呈現(xiàn)生長衰退現(xiàn)象，烤煙

10、香氣成分前體物質(zhì)的合成不足。水稻粘土植煙，土壤肥沃含水量高，微生物生物量碳含量高，烤煙生長過程中受到的環(huán)境因子脅迫較輕，同樣香氣成分前體物質(zhì)的合成不足，可能對焦甜香風(fēng)格的彰顯不利。 由于烤煙香氣物質(zhì)成分復(fù)雜，代謝合成途徑相當(dāng)多樣化，因此，烤煙香氣物質(zhì)尤其是特色香氣物質(zhì)的形成機(jī)理還需要從栽培生理、細(xì)胞水平、酶學(xué)水平和基因分子水平上進(jìn)一步深入研究。 本研究的主要創(chuàng)新點(diǎn)： （1）通過全面分析具不同焦甜感烤煙的植煙土壤和

11、煙葉中各種礦質(zhì)元素的含量，發(fā)現(xiàn)皖南烤煙焦甜香風(fēng)格形成可能不是由于土壤或煙葉中含有某種或某些高濃度的礦質(zhì)元素。 （2）根據(jù)皖南煙區(qū)旺長期烤煙根際微生物生物量碳、細(xì)菌16SrDNAV3區(qū)PCR-DGGE圖譜與烤煙焦甜感的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)皖南烤煙焦甜香特色風(fēng)格的形成與根際MBC和當(dāng)?shù)丶?xì)菌群體結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。 （3）粉沙土、麻沙土和麻沙泥植煙不同葉齡煙葉受到的氧化脅迫強(qiáng)于水稻粘土且類胡蘿卜素和總酚的含量亦高于水稻粘土，與成熟期煙葉基