梁 盟，王程栋，宋文静，孟 霖，朱 海，师利艳，徐宜民*

（1.中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.湖北省烟草公司竹山县烟叶分公司，湖北 十堰 442000）



贵州中部山区生态因子与烤烟生物碱含量及组分的相关分析

梁 盟1，2，王程栋1，宋文静1，孟 霖1，朱 海1，2，师利艳3，徐宜民1*

（1.中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.湖北省烟草公司竹山县烟叶分公司，湖北 十堰 442000）

摘 要：为分析贵州中部山区烤烟生物碱含量积累特点以及与生态因子的关系，以贵州中部山区 25份土壤样品和对应的C3F初烤烟叶样品为材料，采用气相色谱法测定烟叶中烟碱、降烟碱、麦斯明、假木贼碱、新烟草碱5种生物碱含量，分析生态因子与烟叶生物碱含量间的相关关系。结果表明，贵州中部山区烟叶烟碱含量为2.83%，各生物碱含量依次为烟碱＞新烟草碱＞降烟碱＞假木贼碱＞麦斯明；降水量、空气湿度、气温及昼夜温差对烟叶生物碱含量的影响较大，而地温、日照时数对其的影响不明显；从生物碱含量来看，假木贼碱、新烟草碱含量受降水量和昼夜温差的影响程度较大；各生物碱组分含量均随着土壤碱解氮含量的升高而增高，烟碱和假木贼碱含量与土壤pH呈正效应，麦斯明含量与有效钾呈负效应。贵州中部山区烤烟生物碱含量受降水量、空气湿度、气温、昼夜温差以及土壤碱解氮含量的影响较大。

关键词：贵州中部山区；烤烟；生态因子；生物碱含量；组分

烟草生物碱是烟草中最重要的一组化学成分，包括烟碱、降烟碱、麦斯明、假木贼碱和新烟草碱5种成分，其中烟碱含量最高，约占生物碱总量的90%以上，各组分对烟草制品的内在品质和可用性均有重要影响［1-2］。烟碱能提供卷烟抽吸时的刺激性和劲头，对人类神经系统产生先兴奋后麻痹的作用［3］；烟碱向降烟碱的转化可直接导致烟叶中有害成分含量的增加和吸食品质的下降［4］。Roberts等［5］发现，随着降烟碱、假木贼碱和新烟草碱含量的增加，烟气的刺激性明显增强，其中降烟碱在热解过程中会产生麦斯明及吡啶类化合物，使烟气具有一种鼠臭味，严重影响烟叶的吸食品质［6］。

气候和土壤作为重要的生态因素［7］，科技工作者就其与烤烟化学成分含量的关系进行了诸多研究。张波等［8］分析凉山烟区主要气象因子与烟叶化学成分含量的关系认为，气象因子对总糖、还原糖、总植物碱含量影响最大；石俊雄等［9］研究生态因子对贵州烟叶主要化学成分的影响发现，6月的日照时数、7月的降水量和气温以及硝态氮含量对烟碱含量的影响较大；彭新辉等［10］对湖南不同烤烟产区烟叶烟碱含量差异的生态原因分析结果表明，气候是导致湖南不同烟区烟叶烟碱含量差异的主要生态因素。陈伟等［11］对烤烟烟碱含量与土壤养分的关系分析发现，土壤碱解氮、pH对烟碱含量的影响最大。由于烟草中烟碱占总生物碱比例较大，人们研究烟草烟碱或生物碱时一般都是泛指总生物碱含量［1］，很少涉及生物碱组分，又鉴于生物碱组分检测条件的限制以及受环境因素影响的复杂性，在众多研究中，未有生态因子对烤烟生物碱含量及组分的影响研究。本文对贵州中部山区生态因子与烤烟各生物碱组分含量间的相关性进行研究，在获得该区域生物碱含量积累及其与生态因子关系的同时，期望为该区域烤烟质量改进和生产技术优化提供参考。

1　材料与方法

1.1 研究区域

贵州中部山区位于云贵高原东部，分布在北纬25°35'～27°13'，东经105°33'～108°12'，平均海拔为850～1400 m，为喀斯特低山丘陵地貌，年平均温度高于13 ℃，降水量1200 mm左右。本研究选取贵州中部山区贵定、开阳、西秀、凯里、余庆5个传统植烟县（市）为代表性取样点。

1.2 土壤样品获取

土壤样品取样统一在移栽施肥前7～10 d完成，采用随机多点法采集耕层土壤样品，各点土样充分混匀，以四分法选取2 kg土样，研磨过100目筛，供土壤指标测定。

1.3 烟叶样品采集

按照土壤与烟叶相对应原则，在采集土壤取样点，采收C3F初烤烟叶样品，每个县5份，共25份，每份取样量为5 kg，品种主要为K326和云烟87。

1.4 气象数据获取

各植烟县2011年气象数据来源于国家气象中心，根据获取的旬平均值数据计算气温、地温、昼夜温差、相对湿度在各生育期均值，将生育期划分为伸根期（移栽-团棵）、旺长期（团棵-开花）、成熟期（开花-中部叶采收），并按照生育期计算降水量及日照时数的累积值。

1.5 样品测定方法

土壤养分测定内容包括：pH、全氮、碱解氮、有效钾、有效磷、氯离子，共6项，按照鲍士旦的方法测定［12］，烟叶生物碱组分含量测定参照王丽丽等［4］提供的方法。

1.6 数据处理

采用 SAS9.2统计分析软件对检测数据进行基本统计分析、典型相关分析和逐步回归分析。

2　结果

2.1 烟叶生物碱含量分析

由表1看出，烟碱、降烟碱及麦斯明平均含量分别为2.83%、0.67 mg/g、0.0044 mg/g，其变异系数均大于17%，说明烟碱、降烟碱及麦斯明空间变异较大；假木贼碱、新烟草碱平均含量分别为0.17、0.80 mg/g，其变异系数均小于15%，说明假木贼碱和新烟草碱空间变异较小，其中新烟草碱在5种生物碱中空间变异最小。各生物碱含量由高至低依次为：烟碱＞新烟草碱＞降烟碱＞假木贼碱＞麦斯明。

表1　贵州中部山区烟叶生物碱含量Table 1 Alkaloid contents of the cutters tobacco in the central region of Guizhou Province

2.2 气象因子与烟叶生物碱含量典型相关分析

为研究气象因子与烟叶生物碱含量间的相关关系，将烟叶中各生物碱含量作为一组变量，所有气象因子作为另一组变量，分析了两组变量间的典型相关关系。其中气象因子又分为各生育时期（伸根期、旺长期、成熟期）地温、气温、昼夜温差、降水量、空气湿度及日照时数6个变量组。结果表明（表2），各生育时期地温和日照时数与烟叶生物碱含量的典型相关系数均未达到显著水平，不存在显著的典型相关关系。

2.2.1 降水量与烟叶生物碱含量的典型相关分析各生育时期降水量与烟叶生物碱含量的相关分析结果（表3）显示，第1对典型变量的相关系数达到了显著水平（P＜0.05），累计方差贡献率为72.00%，说明降水与烟叶生物碱含量之间存在显著的典型相关关系。从典型变量构成的线性表达式可以看出，第1对典型变量中旺长期降水量（J2）、假木贼碱含量（S4）、新烟草碱含量（S5）的载荷量相对较大，主要反映了旺长期降水量与假木贼碱含量的负相关，与新烟草碱含量的正相关关系。

表2　地温、日照时数与烟叶生物碱含量的典型相关关系Table 2 Canonical correlation analysis between the ground temperature and sunshine time and alkaloid content of fluecured tobacco leaves

2.2.2 空气湿度与烟叶生物碱含量的典型相关分析 各生育时期空气湿度与烟叶生物碱含量的相关关系见表4，第1对典型相关系数达极显著水平（P＜0.01），累计方差贡献率为63.84%。从构成典型变量的线性表达式可以看出，第1对典型变量中伸根期空气湿度（K1）、旺长期空气湿度（K2）、烟碱含量（S1）、假木贼碱含量（S4）的载荷量相对较大，主要反映了伸根期空气湿度与烟碱含量的正相关，与假木贼碱含量的负相关；旺长期空气湿度与烟碱含量的负相关，与假木贼碱含量的正相关关系。

2.2.3 气温与烟叶生物碱含量的典型相关分析各生育时期气温与烟叶生物碱含量的第1对典型变量的相关系数达显著水平（P＜0.05），累计方差贡献率为55.07%，说明气温与烟叶生物碱含量之间存在显著的典型相关关系。从典型变量构成的线性表达式可以看出，第1对典型变量中伸根期气温（Q1）、旺长期气温（Q2）、降烟碱含量（S2）、麦斯明含量（S3）的载荷量相对较大，主要反映了伸根期气温与降烟碱含量的负相关，与麦斯明含量的正相关关系；旺长期气温与降烟碱含量的正相关，与麦斯明含量的负相关关系（表5）。

表3　降水量与烟叶生物碱含量的典型相关关系Table 3 Canonical correlation analysis between the precipitation and alkaloid content of flue-cured tobacco leaves

2.2.4 昼夜温差与烟叶生物碱含量的典型相关分析 由表6可知，第1对典型相关系数达极显著水平（P＜0.01），累计方差贡献率为82.67%。从构成典型变量的线性表达式可以看出，第1对典型变量中伸根期昼夜温差（Z1）、成熟期昼夜温差（Z3）、假木贼碱含量（S4）、新烟草碱含量（S5）的载荷量相对较大，主要反映了伸根期昼夜温差与假木贼碱含量的负相关，与新烟草碱含量的正相关；成熟期昼夜温差与假木贼碱含量的正相关，与新烟草碱含量的负相关关系。

2.3 土壤因子与烟叶生物碱含量逐步回归分析

将土壤各养分pH（X1）、全氮（X2）、碱解氮（X3）、有效钾（X4）、有效磷（X5）、氯离子（X6）作为自变量，烟叶烟碱（Y1）、降烟碱（Y2）、麦斯明（Y3）、假木贼碱（Y4）、新烟草碱（Y5）作为因变量，进行逐步回归分析。

表7表明，烟碱和假木贼碱含量主要受土壤pH、碱解氮含量的影响，且均与两者呈正相关关系；降烟碱含量主要受土壤碱解氮含量的影响，随着碱解氮含量的升高，降烟碱含量增高；麦斯明含量主要受土壤碱解氮、有效钾含量的影响，且与碱解氮呈正相关关系，与有效钾呈负相关关系；新烟草碱含量主要受土壤全氮、碱解氮含量的影响，但新烟草碱含量随着全氮含量的升高而降低，随着碱解氮含量的升高而增高。

3　讨论

表5　气温与烟叶生物碱含量的典型相关关系Table 5 Canonical correlation analysis between air temperature and alkaloid content of flue-cured tobacco leaves

表6　昼夜温差与烟叶生物碱含量的典型相关关系Table 6 Canonical correlation analysis between diurnal temperature and alkaloid content of flue-cured tobacco leaves

表7　土壤养分与烟叶生物碱含量的逐步回归分析Table 7 Stepwise regression analysis between soil nutrient and alkaloid content of flue-cured tobacco leaves

贵州中部山区烟叶中烟碱、降烟碱、麦斯明、假木贼碱和新烟草碱平均含量分别为2.83%、0.67 mg/g、0.0044 mg/g、0.17 mg/g、0.80 mg/g，其中烟碱含量符合人们公认的优质烟生产要求的烤烟烟碱含量（1.5%～3.5%）［3］；主要生物碱含量排列顺序为烟碱＞新烟草碱＞降烟碱＞假木贼碱＞麦斯明，这一结果与程森等［13］对我国9个省烤烟烟叶样品和进口烟叶样品的研究结果一致，也与高志强等［14］、陈卫国等［15］对湖南主产区烟叶样品的研究结果一致；但史宏志等［2］、廉芸芸等［16］认为，烟叶降烟碱含量大于新烟草碱。造成这一差异的主要原因可能是史宏志等［2］和廉芸芸等［16］分别对河南产区不同地点间和湖南、贵州、云南、山东产区烤烟主要生物碱含量进行的研究，而本文是针对贵州中部山区进行的研究，既然生态条件对生物碱各组分含量具有不同的影响，在特定生态条件下的研究结果，对于解析该区域生态条件对烟草生物碱组分影响的结果会更为可靠。贵州中部山区气象因子与烟叶生物碱含量的典型相关分析结果表明，降水量、空气湿度、气温及昼夜温差对烟叶生物碱含量的影响较大，其影响程度为昼夜温差（82.67%）＞降水量（72.00%）＞空气湿度（63.84%）＞气温（55.07%），而地温、日照时数对其的影响不明显，此结果与王彪等［17］的结果相似，而石俊雄等［9］、陈伟等［18］分别对贵州和南方烟区烟叶进行了研究，认为烟碱含量与日照时数也有较高的关联度，其原因可能是不同产区决定烤烟生长的关键气象因子不同，也可能与生育期的划分有关。从生育期划分来看，伸根期、旺长期的气象因子对生物碱含量影响较大；从生物碱含量来看，假木贼碱、新烟草碱含量受降水量和昼夜温差的影响程度较大。

土壤养分指标与烟叶生物碱含量的逐步回归分析结果表明，生物碱含量主要受土壤pH、全氮、碱解氮、有效钾含量的影响，其中烟碱含量受土壤pH、碱解氮的影响较大，且与两者呈正相关关系，这与陈伟等［11］、王林等［19］对烤烟烟碱含量与土壤养分关系的研究结果相符；各生物碱组分含量均随着碱解氮含量的升高而增高，假木贼碱含量与土壤pH呈正效应，麦斯明含量与有效钾呈负效应，其原因可能是土壤养分通过影响根系合成环境来进一步影响生物碱合成所致，但其具体影响机理目前尚不清楚。

4　结论

贵州中部山区烟叶烟碱含量为 2.83%，主要生物碱含量顺序为烟碱＞新烟草碱＞降烟碱＞假木贼碱＞麦斯明。降水量、空气湿度、气温及昼夜温差对烟叶生物碱含量的影响较大，而地温、日照时数对其的影响不明显；从生物碱含量来看，假木贼碱、新烟草碱含量受降水量和昼夜温差的影响较大。各生物碱组分含量均随着土壤碱解氮含量的升高而增高，烟碱和假木贼碱含量与土壤pH呈正效应，麦斯明含量与有效钾呈负效应。

参考文献

［1］ 王瑞新. 烟草化学［M］. 北京：中国农业出版社，2003：67-83.

［2］ 史宏志，黄元炯，刘国顺，等. 我国烟草和卷烟生物碱含量和组成比例分析［J］. 中国烟草学报，2001，7（2）：8-12.

［3］ 史宏志，张建勋.烟草生物碱［M］. 北京：中国农业出版社，2004：1-40.

［4］ 王丽丽，汤朝起，王以慧，等. 贺州晒黄烟主要生物碱含量与其评吸质量的相关性研究［J］. 中国烟草学报，2013，19（3）：23-27.

［5］ ROBERTS D L. Natural tobacco flavor ［J］. Rec Adv Tob Sci，1988，14∶ 49-81.

［6］ 史宏志，Bush L P，Krauss M. 烟碱向降烟碱转化对烟叶麦斯明和 TSNA含量的影响［J］. 烟草科技，2004 （10）：27-30.

［7］ 徐自成，刘国顺，刘金海，等. 铜山烟叶生态因子和烟叶质量的特点［J］. 生态学报，2005，25（7）；1748-1753.

［8］ 张波，王树声，史万华，等. 凉山烟区气象因子与烤烟烟叶化学成分含量的关系［J］. 中国烟草科学，2010，31（3）；13-17.

［9］ 石俊雄，陈雪，雷璐. 生态因子对贵州烟叶主要化学成分的影响［J］. 中国烟草科学，2008，29（2）：18-22.

［10］ 彭新辉，蒲文宣，易建华，等. 湖南不同烟区烤烟烟碱含量差异的生态原因［J］. 应用生态学报，2010，21 （10）：2599-2604.

［11］ 陈伟，唐远驹. 烤烟烟碱含量与土壤养分的关联分析［J］. 中国烟草科学，2009，30（5）：1-5.

［12］ 鲍世旦. 土壤农化分析［M］. 北京：中国农业出版社，2005.

［13］ 程森，杜咏梅，张骏，等. 烤烟不同生物碱含量特征及其与烟叶内在质量关系研究初报［J］. 中国烟草科学，2009，30（6）：1-4.

［14］ 高志强，邓小华，周清明，等. 湖南烤烟生物碱含量及其相关性分析［J］. 湖南农业大学学报，2008，34 （3）：288-292.

［15］ 陈卫国，邓小华，卿国林. 湖南烤烟主要生物碱含量和组成比例及相关性研究［J］. 作物杂志，2011（1）：81-82.

［16］ 廉芸芸，王允白，邱军，等. 不同产区烤烟中主要生物碱含量和组成比例分析［J］. 中国烟草科学，2008，29（4）：6-9.

［17］ 王彪，李天福. 气象因子与烟叶化学成分关联度分析［J］. 云南农业大学学报，2005，20（5）：742-745.

［18］ 陈伟，王三根，唐远驹，等. 不同烟区烤烟化学成分的主导气候影响因子分析［J］. 植物营养与肥料学报，2008，14（1）：144-150.

［19］ 王林，许自成，卢秀萍，等. 烤烟烟碱含量与土壤有机质、氮素含量的关系分析［J］. 中国土壤与肥料，2007（6）：58-61.

Analysis of the Correlation between Ecological Factors and Content/Component of Alkaloids in Tobacco Leaves in the Central Region of Guizhou Province

LIANG Meng1，2，WANG Chengdong1，SONG Wenjing1，MENG Lin1，ZHU Hai1，2，SHI Liyan3，XU Yimin1*
（1. Tobacco Research Institute，CAAS，Qingdao 266101，China；2. Graduate School of CAAS，Beijing 100081，China；3. Zhushan County Tobacco Company of Hubei provide，Shiyan，Hubei 442000，China）

Abstract:The relationship between alkaloid content of flue-cured tobacco and ecological factors in the central region of Guizhou Province was analyzed. 25 samples of soil and the corresponding tobacco leaves （C3F） were collected from the central region of Guizhou Province. The contents of five main alkaloids including nicotine，nornicotine，myosmine，anabasine，and anatabine in tobacco leaves were determined by gas chromatography. The correlation between ecological factors and alkaloid contents and components were analyzed. The content of nicotine was about 2.83% in the central region of Guizhou Province. The order of content of the 5 main alkaloid in tobacco leaves was∶ nicotine＞anatabine＞ nornicotine ＞ anabasine ＞ myosmine. Significant correlation between precipitation，humidity of the air，air temperature and diurnal temperature and alkaloid contents were found. No significant correlation between ground temperature，sunshine time and alkaloid contents was found. The precipitation and diurnal temperature strongly affected the contents of anabasine and anatabine. The content of alkaloid components increased with the increasing content of soil alkaline hydrolysis nitrogen. The positive effects between content of nicotine and anabasine and soil pH were found，while the content of myosmine and effective potassium of soil had negative effect. Significant correlation between precipitation，humidity of the air，air temperature，diurnal temperature and soil alkaline hydrolysis nitrogen and alkaloid contents were found.

Keywords:central region of Guizhou Province；flue-cured tobacco；ecological factors；alkaloids content；components

中图分类号：S572.01

文章编号：1007-5119（2016）01-0051-05

DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2016.01.009

基金项目：国家烟草专卖局特色优质烟叶开发重大专项“中间香型特色优质烟叶生态基础研究”（TS-02-20110012）

作者简介：梁 盟，男，在读研究生，研究方向为烟草栽培与生态。E-mail：liangmengcaas@126.com。*通信作者，E-mail：yiminx@sohu.com

收稿日期：2015-11-02 修回日期：2016-01-20