福建烟区烤烟主要化学成分特征分析

张志灵, 房权祥, 林祖斌, 林海滨, 陈庆文, 林隆, 陈星峰

农学学报. 2021, 11(7): 60-64

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农学学报 ›› 2021, Vol. 11 ›› Issue (7) : 60-64. DOI: 10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2020-0012
林学/园艺/园林/食用菌

福建烟区烤烟主要化学成分特征分析

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Characteristics of Main Chemical Components of Flue-cured Tobacco Leaves in Fujian Tobacco-growing Area

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摘要

分析福建烟区烤烟主要化学成分特征,为烟叶生产技术方案制定、生产布局优化和卷烟工业企业烟叶原料采购提供参考。测定福建3个烟叶产区2013—2019年度3个主栽烤烟品种烟叶样品的总糖、还原糖、总氮、总植物碱、淀粉、钾、氯的含量,计算氮碱比、糖碱比、钾氯比、两糖差等衍生值,分析比较主要化学成分年度变化规律、品种、部位及产区差异情况。实验结果显示,福建烟区烟叶总糖(32.9%)、还原糖(23.1%)、钾(3.37%)、淀粉(7.09%)含量较高,氯离子(0.20%)含量相对较低。年度间变化特征为,总氮和糖含量的变异系数均小于20%,氯含量变异系数71.5%。品种间变化特征为,‘K326’的总糖和还原含量最低,‘云烟87’的还原糖含量最高,‘CB-1’的烟碱显著低于‘K326’和‘云烟87’;3个品种氯含量差距最为显著,钾和淀粉含量无差异。部位间变化特征为,除氯含量外各指标差异显著。产区间变化特征为,龙岩烟区烟叶表现最高还原糖含量和最低淀粉含量,南平烟区烟叶呈现最高的氯含量和最低的钾含量,3个产区总糖、烟碱含量、氮碱比和糖碱比无显著差异。综上,福建烟叶呈现高糖钾淀粉、适氮碱、低氯的特点,总氮和糖的含量年度间稳定性较好,氯含量波动较大;品种间、产区间烟叶主要化学成分存在一定差异,部位间烟叶主要化学成分差异显著。

Abstract

The paper analyzed the characteristics of main chemical components of flue-cured tobacco leaves in Fujian tobacco-growing area, so as to provide references for production technology plan design, distribution optimization, and raw material purchase by cigarette corporations. The contents of total sugar, reducing sugar, total nitrogen, nicotine, starch, potassium, chlorine in tobacco leaf samples collected from 3 main tobacco-growing areas in Fujian from 2013 to 2019 were determined, the derivative values of the nitrogen/alkali ratio, sugar/alkali ratio, potassium/chlorine ratio, the difference of total sugar and reducing sugar were calculated, and finally a comparative analysis on annual change rules, cultivars, parts and regional characteristics of main chemical components of flue-cured tobacco leaves was conducted. The results showed that the contents of total sugar (32.9%), reducing sugar (23.1%), potassium (3.37%), starch (7.09%) were relatively high, while the content of chloride (0.20%) was relatively low. On annual changing characteristics, the variation coefficients of total nitrogen and sugar were less than 20%, and the variation coefficient of chlorine was 71.5%. There were significant differences in chlorine in tobacco leaves, but there was no significant difference in potassium and starch among different cultivars. ‘K326’ had least total sugar and reducing sugar, ‘Yunyan 87’ had the highest reducing sugar content. ‘CB-1’ had significantly less nicotine than both ‘K326’ and ‘Yunyan 87’. On producing area characteristics, tobacco leaves from Longyan showed the highest reducing sugar and the least starch contents, and tobacco leaves from Nanping showed the highest chlorine and the least potassium contents. There was no significant difference in total sugar, nicotine, nitrogen/alkali ratio and sugar/alkali ratio among the three producing areas. In summary, flue-cured tobacco leaves in Fujian showed relatively high contents of total sugar, reducing sugar, potassium, starch, appropriate contents of total nitrogen and nicotine, and relatively low content of chloride. The content of total nitrogen and sugar in the flue-cured tobacco leaves showed great stability and the content of chlorine had more volatility; main chemical components in tobacco leaves were quite different among the cultivars and producing areas, and significant differences were observed in different parts of tobacco leaves.

关键词

福建烟区 / 烤烟 / 化学成分 / 特征 / 比较分析

Key words

Fujian Tobacco-growing Area / Flue-cured Tobacco / Chemical Components / Characteristic / Comparative Analysis

引用本文

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张志灵 , 房权祥 , 林祖斌 , 林海滨 , 陈庆文 , 林隆 , 陈星峰. 福建烟区烤烟主要化学成分特征分析. 农学学报. 2021, 11(7): 60-64 https://doi.org/10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2020-0012
Zhang Zhiling , Fang Quanxiang , Lin Zubin , Lin Haibin , Chen Qingwen , Lin Long , Chen Xingfeng. Characteristics of Main Chemical Components of Flue-cured Tobacco Leaves in Fujian Tobacco-growing Area. Journal of Agriculture. 2021, 11(7): 60-64 https://doi.org/10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2020-0012

0 引言

木兰科(Magnoliaceae)是被子植物中最为原始的科属之一,是研究被子植物系统发育及起源的宝贵材料,它集芳香、药用、木材等多种经济效益于一体,具有极高的科研价值,是华东地区最重要的园林绿化植物之一[1,2,3]。其树形健壮饱满,花色丰富,观赏价值极高,与其他树种合理配植,可营造丰富多样的景观效果[4]。除此以外,木兰科植物也陆续被开发作材用、药用、工业用、香料用途等,具有广泛的发展前景[5,6]。国内现有木兰科植物11属100余种,木兰科植物具有种群上的原始性、生存上的濒危性、数量上的稀有性,长期以来一直是引种驯化的首选树种和热门种类[7,8]
目前,国内对于木兰科的研究主要为区系研究、景观应用、物候期观测、抗寒性、苗期引种研究等[9,10,11,12,13,14,15,16]。安徽省木兰科植物引种始于1983年,30多年来取得很大进展,诸多品种已开花结实,但当时多为幼苗引种,没有进行大规模播种育苗试验,笔者在项目组原有研究的基础上,增加了引种、比较的树种,在合肥地区进行了木兰科植物的抗性评价试验,对供试木兰科各品种的1~4年生幼苗生长、抗寒抗旱、病虫害、开花结实等情况作长期跟踪观测与比较,旨在为木兰科植物播种苗在皖的总体表现提供基础数据,为后期安徽地区木兰科植物的开发应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参加播种试验的木兰科植物品种计6属10种,分别为木莲属的红花木莲(Manglietia insignis)、乳源木莲(Manglietia yuyuanensis)、桂南木莲(Manglietia chingii),鹅掌楸属的中国鹅掌楸(Liriodendron chinense),木兰属的黄山木兰(Magnolia cylindrica),含笑属的金叶含笑(Michelia foveolata)、阔瓣含笑(Michelia platypetala)、深山含笑(Michelia maudiae),拟单性木兰属的乐东拟单性木兰(Parakmeria lotungensis),玉兰属的广玉兰(Magnolia Grandiflora),种源地为湖南省。供试材料中除中国鹅掌楸、黄山木兰为落叶树种外,红花木莲、乳源木莲、桂南木莲、金叶含笑、阔瓣含笑、深山含笑、乐东拟单性木兰、广玉兰均为常绿树种。

1.2 试验时间、地点

研究田间试验于2009—2012年在合肥市大蜀山北麓花卉繁育中心苗圃进行,该地区位于东经117°03′44′′、北纬31°41′54′′。气候温和,雨量适中,季风明显,四季分明,梅雨显著,夏雨丰沛,年均温度为16℃,极端最高气温达42.0℃,极端最低气温达-20.6℃。1月平均气温为2.1℃,7月平均气温为28.3℃,平均初霜日在11月7日,无霜期约有227天,年平均降雨量为988.4 mm。本试验观测期内的气候条件为当地正常条件,该区土质类型为粘盘黄棕壤,成土母质为下蜀系黄土,土层深厚,质地粘重,呈酸性反应。表层土较浅,棕黄色,小块状结构,掺杂有砂质风化物,中部有紧实的粘盘层。

1.3 苗期管理

供试木兰科种子处理与贮藏参考欧斌[17]、陈洁等[18]的方法,播种苗床冬季深耕冻垡,播种床宽 1.2 m。春季4月上旬播种,播种方式采用条播,沟宽 5 cm,行距25 cm,沟深1.5~2.0 cm,种子覆土厚度为1~2 cm,并用带喷头的水管浇透水,加盖稻草保温保湿。播种后20~30天,开始陆续出苗,约20天后幼苗出齐。此时揭去稻草,进行正常水肥管理[19]。次年4月进行幼苗间苗、移植补植等工作,移植时剪除根上部 2/3叶片,根部剪去过长主根和须根,约剪去根长的 1/3,春、秋季各施复合肥1次,移栽苗勤浇水,以保证移栽成活率。
1年生木兰科各品种幼苗除正常的水肥管理外,夏季6—9月,由于阳光较强,对幼苗加盖双层遮阳网,遮光度50%。苗床浇水遵循“不干不浇,浇则浇透”的原则,使幼苗能正常越夏。9月天气转凉,光照渐弱,揭去遮阳网,进行全日照管理,雨前施氮肥1次,促进幼苗生长。11月中旬苗木生长停滞,12月中旬天气渐冷,为预防寒害,苗床间加搭拱棚塑料薄膜保温,雪天为防雪压及时消除棚上积雪。2~4年生苗露天过冬越夏,无任何防护措施。

1.4 抗性观测方法

每年12月,随机选择各品种50株测量苗高、地径,应用Excel 2013进行数据处理,绘出幼苗苗高、地径生长图表,计算标准差,分析各品种生长情况,比较幼苗之间的生长差异。持续观测各品种首花时间、病虫害、抗寒抗旱等情况,并做好记录。

2 结果与分析

2.1 幼苗生长情况

2.1.1 幼苗地径、苗高 幼苗地径和苗高是反映植株生长情况的2个重要参数。表1~2显示,落叶树黄山木兰、鹅掌楸苗高和地径生长均较好,1年生幼苗地径达2.0、2.37 cm,苗高为107、142 cm;2年生幼苗地径达2.80、3.55 cm,苗高为215、275 cm;3年生幼苗地径达3.32、4.84 cm,苗高为280、463 cm;4年生幼苗地径为3.6、5.2 cm,苗高为318、488 cm。余下8种常绿树,1年生幼苗地径生长介于1.18~1.6 cm之间,最高为阔瓣含笑,地径达1.6 cm,最低乐东拟单性木兰为1.18 cm;苗高生长介于53.4~92.4 cm之间,最高为阔瓣含笑,苗高为92.4 cm,最低为广玉兰,为53.4 cm;2年生幼苗地径介于1.77~2.3 cm之间,最高为乳源木莲,地径达2.3 cm,最低桂南木莲为1.77 cm;苗高生长介于85~185 cm之间,最高广玉兰为185 cm,最低红花木莲为85 cm;3年生幼苗地径介于2.08~3.08 cm之间,最高为广玉兰,地径为3.08 cm,最低乐东拟单性木兰为 2.08 cm;苗高生长介于105~241 cm之间,最高广玉兰为241 cm,最低红花木莲为105 cm;4年生幼苗地径介于2.55~3.9 cm之间,最高为广玉兰,地径为3.9 cm,最低乐东拟单性木兰为2.55 cm;苗高生长介于119~ 248 cm之间,最高广玉兰为248 cm,最低红花木莲为119 cm。
表1 木兰科幼苗地径生长表 cm
种名 1年生 2年生 3年生 4年生
阔瓣含笑 1.60±0.10a 2.20±0.15b 2.77±0.19b 3.44±0.28b
乐东拟单性木兰 1.18±0.02a 1.78±0.06a 2.08±0.37a 2.55±0.31a
黄山木兰 2.00±0.05c 2.8±0.19c 3.32±0.21c 3.60±0.10b
红花木莲 1.33±0.16a 2.12±0.23b 2.42±0.34a 2.66±0.24a
广玉兰 1.38±0.03ab 1.86±0.04a 3.08±0.29bc 3.90±0.18b
深山含笑 1.45±0.07b 2.12±0.12b 2.70±0.18b 3.11±0.23b
金叶含笑 1.38±0.08b 2.13±0.14b 2.72±0.19b 3.00±0.25ab
桂南木莲 1.35±0.17a 1.77±0.24a 3.00±0.26b 3.23±0.31b
鹅掌楸 2.37±0.05c 3.55±0.09d 4.84±0.35c 5.20±0.49c
乳源木莲 1.26±0.12a 2.30±0.32bc 2.83±0.24b 2.97±0.35ab
表2 木兰科幼苗苗高生长表 cm
种名 1年生 2年生 3年生 4年生
阔瓣含笑 92.4±5.54b 151±10.27b 183.5±15.41ab 194±14.55b
乐东拟单性木兰 89.3±5.03b 145±9.07b 170±3.91a 179±15.01ab
黄山木兰 107±12.68c 215±24.73c 280±21.48c 318±31.77c
红花木莲 59.34±6.53a 85±12.75a 105±9.45a 119±14.28a
广玉兰 53.4±3.23a 185±18.99bc 241±7.47c 248±16.20b
深山含笑 88.7±5.68b 170±9.35b 210±13.02bc 230±17.48b
金叶含笑 74.3±5.35ab 155±11.01b 194±12.80bc 204±11.83b
桂南木莲 64.8±5.57a 136±12.92b 193±18.91bc 226±21.02b
鹅掌楸 142.0±4.54c 275±12.38c 463±52.79c 488±13.66c
乳源木莲 56.9±4.84a 127±11.94b 165±15.84ab 171±20.52ab
表1~2可看出,黄山木兰、鹅掌楸、乐东拟单性木兰、广玉兰地径和苗高标准偏差较小,均小于5%,表明各品种幼苗苗高、地径值波动小,数值稳定,幼苗长势整齐,整体生长健壮;阔瓣含笑、深山含笑、金叶含笑地径、苗高标准偏差介于5%~10%之间,苗高、地径值波动较小,生长较稳定;红花木莲、桂南木莲、乳源木莲标准偏差大于10%,数值波动较大,幼苗长势极不整齐,种间差异较大。
图1~2可看出,1~3年生木兰科幼苗各品种每年地径、苗高增长量较大,第4年增长量普遍偏小。落叶树种中,4年生鹅掌楸生长优于黄山木兰,平均苗高达4.88 m,地径为5.2 cm;常绿树种中,红花木莲长势最差,4年生平均苗高仅为1.19 m,地径为2.66 cm。2年生广玉兰幼苗健壮,但苗高在各品种中最矮,仅有53.4 cm,后3年长势迅速,在常绿树种中生长最好。4年生平均苗高达2.48 m,地径3.9 cm。阔瓣含笑、乐东拟单性木兰、深山含笑、金叶含笑、桂南木莲各品种苗高和地径相差不大,种间差异较小。落叶树种各品种幼苗苗高和地径生长均好于常绿树种,且落叶树种长势整齐。
图1 木兰科幼苗地径年生长对比

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图2 木兰科幼苗苗高年生长对比

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2.1.2 幼苗高径比 高径比是反映苗木高度和粗度相关关系的一个统计指标[20],苗高和地径2个指标有机结合起来,是反映苗木抗性及造林成活率的重要指标。一般高径比越大,说明苗木越细越高,抗性弱;相反,高径比越小,苗木则越矮粗,抗性强。
表3表明,除常绿树种广玉兰外,落叶树种黄山木兰、鹅掌楸的高径比略高于其他常绿树种,分别为75.7、81.8,观测期内年高径比差值也较大,分别为34.8、35.7,表明落叶树种在幼苗期高生长优于地径生长;常绿树种中,高径比最低为红花木莲(40.2),其次为广玉兰(52.3),最高为乐东拟单性木兰(77.3),高径比从低到高分别为红花木莲<广玉兰<乳源木莲<阔瓣含笑<桂南木莲<金叶含笑<深山含笑<乐东拟单性木兰。常绿树种中,除广玉兰外,幼苗年高径比差值均较小,比值较稳定,最低为乐东拟单性木兰(11.5),其次为阔瓣含笑(12.2),最高为广玉兰(49.6),生长波动较大,可能与其受生长空间限制导致其高生长偏大有关。
表3 4年生木兰科幼苗高径比
种名 高径比 观测期内年高径比差值
1年生 2年生 3年生 4年生 平均
阔瓣含笑 57.8 68.6 66.3 56.4 62.3 12.2
乐东拟单性木兰 75.7 81.5 81.7 70.2 77.3 11.5
黄山木兰 53.5 76.8 84.3 88.3 75.7 34.8
红花木莲 44.6 28.0 43.4 44.7 40.2 16.7
广玉兰 38.7 28.7 78.3 63.6 52.3 49.6
深山含笑 61.2 80.2 77.8 74.0 73.3 19
金叶含笑 53.8 72.8 71.3 68.0 66.5 19
桂南木莲 48.0 76.8 64.3 70.0 64.8 28.8
鹅掌楸 60.0 77.5 95.7 93.9 81.8 35.7
乳源木莲 45.2 55.2 58.3 57.6 54.1 13.1

2.2 幼苗抗性

2.2.1 幼苗开花结实情况 聂东伶[21]、旷柏根[22]等对于木兰科植物开花结实情况等物候期的观测均为木兰科大苗,对于幼苗的首花特性少有系统报道。表4表明,3年生深山含笑、金叶含笑可开花,首花为乳白色、淡黄绿色,且比正常花瓣偏小,均有少数结果,但种子质量欠佳,有待后续观测研究。3.5年生红花木莲现首花,且为秋季开花,首花红中带白,比正常花瓣偏小,可能与当时秋季温度较高有关,观测期内未有结实现象。4年生黄山木兰、乳源木莲出现首花,黄山木兰花洁白,基部绛紫色,乳源木莲首花乳白色,比正常偏小,观测期内未有结实现象。阔瓣含笑、乐东拟单性木兰、广玉兰、桂南木莲、鹅掌楸在4年观测期内未有开花现象。
表4 4年生木兰科幼苗开花结实情况
种名 始花苗龄/年 结果情况 首花性状
阔瓣含笑
乐东拟单性木兰
黄山木兰 4 首花洁白色,基部绛紫色,比正常偏小
红花木莲 3.5 秋季首花红中带白,比正常偏小
广玉兰
深山含笑 3 少数结果空瘪 首花乳白色,比正常偏小
金叶含笑 3 少数结果空瘪 首花淡黄绿色,比正常偏小
桂南木莲
鹅掌楸
乳源木莲 4 首花乳白色,比正常偏小
2.2.2 幼苗抗寒性 持续对4年生木兰科各品种幼苗抗逆性进行观测,结果见表5。1年生木兰科幼苗由于夏季有遮阴措施、冬季有薄膜保温,基本没有日灼、寒害现象发生;苗龄2年以上的木兰科幼苗未见明显日灼。从寒害角度看,实生广玉兰、乐东拟单性木兰、鹅掌楸、黄山木兰抗寒性最强,冬季一直未见有幼叶或芽尖冻伤。阔瓣含笑、金叶含笑、乳源木莲、红花木莲次之,幼苗均有不同程度的冻害,除桂南木莲有不同程度的寒害、芽尖冻伤、影响来年生长以外,其他品种的寒害对来年的生长影响不大;深山含笑抗寒性最差,每年均有大量冻害叶,春季需剪除枯死叶1次。本研究报道的部分木兰科树种,在李晓储等[23]、李瑞雪[24]、丁增成[25]等基于不同的试验点有部分报道。持续4年的观测表明,木兰科幼苗随着苗龄的增加,抗寒性明显增强,寒害减少。
表5 4年生木兰科幼苗抗寒性
种名 ≥2年生苗日灼情况 ≥2年生苗抗寒情况
阔瓣含笑 有少量冻害叶
乐东拟单性木兰
黄山木兰
红花木莲 有少量冻害叶
广玉兰
深山含笑 冻害明显,芽尖受损
金叶含笑 有少量冻害叶
桂南木莲 有不同程度的冻害,芽尖受冻,影响来年顶端生长
鹅掌楸
乳源木莲 有少量冻害叶
注:观测期内夏季极端最高温度42℃,极端最低温度-8℃。
2.2.3 幼苗病虫害情况 4年持续观测表明,木兰科播种苗病害有少量发生,虫害较少。其发生的主要病虫害为根腐病、茎腐病、炭疽病、黑斑病、蛴螬等。各品种在1年生幼苗期间,由于受地下害虫蛴螬危害较多,幼苗根腐病和幼苗断根断茎现象有少量发生,后期随着苗龄增长,根茎生长较好,病害转至叶片,炭疽病和黑斑病有少量发生。初步研究表明,木兰科各品种幼苗抗病虫害能力较强。其中广玉兰幼苗抗性最强,基本未发现病虫害;其次是黄山木兰、金叶含笑、桂南木莲、鹅掌楸、乳源木莲等;幼苗抗病性相对较弱的是阔瓣含笑、乐东拟单性木兰、红花木莲、深山含笑等,详见表6
表6 4年生木兰科各品种幼苗病虫害
种名 病虫害类别 发病率/% 抗性
阔瓣含笑 根腐病、茎腐病、炭疽病、黑斑病 18
乐东拟单性木兰 炭疽病、黑斑病 10
黄山木兰 根腐病、茎腐病 2
红花木莲 根腐病、炭疽病 10
广玉兰 根腐病 1
深山含笑 根腐病、炭疽病 12
金叶含笑 5
桂南木莲 炭疽病 5
鹅掌楸 根腐病、炭疽病 8
乳源木莲 根腐病、茎腐病 5

3 结论

引进的木兰科种子种源地与合肥地区自然条件有较大差异,幼苗生长易受影响,综合播种苗整体生长势,乐东拟单性木兰、广玉兰、黄山木兰、鹅掌楸出苗整齐,生长健壮,长势旺;阔瓣含笑、深山含笑、金叶含笑、乳源木莲生长尚可;红花木莲、桂南木莲则长势不齐,幼苗生长表现较差。
木兰科各品种始花年龄差异较大。观测期内,3年生深山含笑、金叶含笑即可开花;4年生黄山木兰、乳源木莲出现首花;而阔瓣含笑、乐东拟单性木兰、广玉兰、桂南木莲、鹅掌楸在观测期内一直未见有首花。木兰科供试落叶树种在幼苗期株高生长优于地径生长,高径比差值较大,常绿树幼苗年高径比差值较小,生长较稳定。
持续观察表明,木兰科幼苗抗病虫害能力较强。播种苗虽有部分病虫害发生,但发病率较小,未影响幼苗的正常生长。除深山含笑、桂南木莲外,其他8个品种2年生幼苗过冬越夏均不存在问题,深山含笑、桂南木莲幼苗虽有冻害,但随苗龄增长,冻害叶逐年减少,抗冻能力明显增强。

4 讨论

(1)木兰科为优良的观赏绿化树种,耐寒性、病虫害发生情况一直是其引种驯化成功的重要参考指标,笔者对10种木兰科的抗逆性观测结果与李瑞雪[24]、丁增成[25] 、吴跃开[26]等前人研究结果基本一致,即深山含笑幼苗易受冻害,各品种抗病虫、抗寒能力均较强。本试验材料为木兰科种子幼苗,与大苗生长表现有一定的差异性。笔者近几年调查表明,木兰科大苗在皖生长表现基本较好,如红花木莲虽幼苗生长表现一般,但目前在皖播种的实生苗已经开花,且枝叶繁茂,长势良好。
(2)本试验观测期历时4年,1~3年生幼苗各品种每年地径、苗高增长量较大,第4年增长量普遍偏小,可能是幼苗密度较密、未及时施肥等人为管理造成的,有待于后续观察和数据的测量。另外,本研究所述幼苗苗高、地径数值仅代表在皖的生长表现情况,由于各树种的生长速度不同,文献中针对木兰科幼苗的观测数据少之又少,故本次试验缺乏同一树种幼苗生长数据的对比性,后期将持续观测,进一步完善和验证试验结果。

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