烤烟烟碱含量与其他化学成分的相关关系及其阈值的研究

摘要：本文采用数理统计的方法，系统分析了烤烟中烟碱含量与总氮、总糖、钾的相关关系。研究表明：烤烟中烟碱含量存在明显的阈值；以烟碱阈值为界，烤烟中烟碱含量与总氮、总糖、钾的含量存在两种相反的相关关系，当烟碱含量大于阈值时，烟碱与总氮呈正相关关系，与总糖、钾呈负相关关系，当烟碱含量小于阈值时，烟碱与总氮呈负相关关系，与总糖、钾呈正相关关系。

　　关键词：烤烟；化学成分；烟碱阈值

　　烟碱是烤烟中最重要的化学成分之一，其含量直接决定烟叶的内在品质、安全性和可用性[1-7]。合理调控烟叶中烟碱含量一直是烟叶生产的重要工作，目前主要通过农艺调节途径实现。而农艺调节一般通过选择适宜生态区，创造良好的烤烟生长的生理生态环境，调控烟株生理过程，最终调控影响烟碱合成、分配、积累的相关因素，改变以烟碱为中心的生理系统的平衡来实现。由此可以看出，农艺调节途径侧重对烟碱的系统调节，研究烟碱与主要化学成分之间的相关关系就极为重要。本试验旨在运用数理统计方法系统研究烟碱与主要化学成分的相关关系，并运用数学方法进行准确的描述，揭示烟碱农艺调节的规律，明确农艺调节的主攻目标，为制定烟碱农艺调节措施提供理论支撑。

　　1 材料与方法

　　1.1材料：供试品种K326。

　　1.2试验设计

　　试验于2001-2003年连续按取样代表性原则，分年度全等级抽取烤烟复烤烟叶样品600份（每年200份），测定烟碱、总糖、总氮、钾等指标。

　　图1 烟碱与总氮含量的关系（2001-2003）
　　Fig. 1 Relationship between nicotine and Total-nitrogen content （2001-2003）

　　1.3测定方法

　　1.3.1烟碱：采用连续流动法，仪器采用连续流动分析仪，方法参照中华人民共和国烟草行业标准（YC/T34）-烟草及烟草制品总植物碱的测定（光度法）；

　　1.3.2总糖：采用连续流动法，比色试剂羟基苯甲酸酰肼，比色最大吸收波长为410nm，仪器采用连续流动分析仪，方法参照中华人民共和国烟草行业标准—烟草及烟草制品水溶性糖的测定；

　　1.3.3总氮：采用连续流动法，比色试剂水杨酸钠，比色最大吸收波长为660nm，仪器采用连续流动分析仪，方法参照中华人民共和国烟草行业标准—烟草及烟草制品总氮的测定；

　　1.3.4钾：采用Sherwood420火焰分光光度计测定。

　　2结果与分析

　　2.1烟叶中烟碱含量与总氮的关系

　　试验结果表明，在一定的范围内，烟碱含量小于5.0%左右，总氮含量小于3.0%左右，烟叶中烟碱含量与总氮含量呈y=x2/（2.2927x-2.3235）的曲线关系（图1），R2为0.9588，达到了0.01显著水平，烟碱存在明显的临界值（2左右）。当烟碱含量在临界值之上时，烟碱含量与总氮含量呈正相关关系；当烟碱含量在临界值之下时，烟碱含量与总氮含量呈负相关关系；降低烟叶中总氮含量，烟碱含量趋向于临界值。各部位烟叶总氮和烟碱含量之间的曲线方程分别为：上部y=x2/（2.4681x-2.5885），R2=0.8981；中部y=x2/（2.2991x-1.8864），R2=0.8959；下部y=x2/（1.7192x-1.0840），R2=0.8772，方程均达到了0.01显著水平。图2表明，随着部位的提高，烟碱的临界值逐渐提高，规律表现为上部＞中部＞下部，烟碱含量随总氮含量变化而增加或减小的速率呈现出上部＞中部＞下部的规律。由此表明，在一定的烟碱含量范围内（烟碱含量在临界值之上），通过降低烟叶中总氮含量的途径可以达到降低烟碱含量的目的，但烟碱含量降低到一定程度时（烟碱含量在临界值之下），通过降低氮素的途径降低烟碱很难实现，如果通过某种栽培措施极度降低烟碱含量反而会导致烟叶中氮素的相对过度积累，使烟叶的氮碱比例失调，内在化学品质转劣。

　　2.2烟叶中烟碱含量与总糖的关系

　　图2 不同部位烟叶烟碱含量与总氮的关系（2001-2003）
　　Fig 2 Relationship between nicotine and Total-nitrogen content of leaf in different position（2001-2003）

　　图3烟碱与总糖含量的关（2001-2003）
　　Fig 3 Relationship between Nicotine and Totalsugar（2001-2003）

　　图4不同部位烟叶总糖与烟碱含量的关系（2001-2003）
　　Fig 4 Relationship between Total sugar and Nicotine content in different position leaf（2001-2003）

　　图5烟碱和K的关系（2001-2003）
　　Fig.5 Relationship between Nicotine and K2O（2001-2003）

　　图6 不同部位烟叶钾和烟碱的关系（2001-2003）
　　Fig 6 Relationship between K2O and Nicotinecontent in different position leaf（2001-2003）

　　研究结果表明，在一定的范围内，烟碱含量小于5.0%左右，总糖含量小于30%左右，烟叶中烟碱含量与总糖含量之间存在y=x2/0.1028x2+0.2698x+0.2541的曲线方程关系（如图3），R2为0.9856，达到了0.01显著水平，烟碱存在明显的临界值（2左右）。当烟碱含量在临界值之上时，烟碱含量与总糖含量呈负相关关系；当烟碱含量在临界值之下时，烟碱含量与总糖含量呈正相关关系；随着总糖含量的提高，烟碱含量趋向于临界值。各部位烟叶总糖含量与烟碱含量均遵循相似的曲线规律（图4），方程分别为：上部y=x2/0.1024x2-0.2743x+0.3016，R2=0.9530；中部y=x2/0.0733x2-0.1279x+0.11 14，R2=0.9593； 下 部 y=x2/0.0633x2-0.0725x+0.0545，R2=0.97 19，方程均达到了0.01显著水平。图示表明，烟碱临界值随部位的提高而提高，总糖含量的变化对烟碱含量的影响呈现*出不同的规律性，当烟碱含量在临界值之上时呈现下部＞中部＞上部的规律，当烟碱含量在临界值之下时呈现上部＞中部＞下部的规律。由此表明，通过一定的农艺措施提高烟叶中总糖含量，有利于促进烟碱的平衡积累，避免烟叶烟碱含量过高或过低。

　　2.3烟叶中烟碱含量与钾的关系

　　试验结果表明，在一定的范围内，烟碱含量小于5.0%左右，钾含量小于3.0%左右，烟叶中钾含量与烟碱含量呈现y=x2/（1.1706x2-2.751 1x+2.7360）的曲线关系（图5），R2为0.9856，达到了0.01显著水平，烟碱存在明显的临界值（2左右）。图示表明，当烟碱含量在临界值之上时，烟叶中烟碱含量与钾含量呈负相关关系；当烟碱含量在临界值之下时，烟碱含量与钾含量呈正相关关系；提高烟叶中钾的含量，烟碱含量趋向于临界值。不同部位烟碱含量与钾含量的关系相似（图6），曲线方程分别为：上部y=x2/（1.3768x2-3.9811x+4.2415），R2=0.9578；中部y=x2/（0.6330x2-0.3275x+0.1693），R2=0.9605；下部y=x2/（0.6430x2-0.4765x+0.3645），R2=0.9646，方程均达到了0.01显著水平。但各部位烟碱的临界值不同，呈现上部＞下部＞中部的规律；钾含量的变化对烟碱含量的影响不同，当烟碱含量在临界值之上时，呈现下部＞中部＞上部的规律，当烟碱含量在临界值之下时呈现上部＞下部＞中部的规律。由此可以看出，当烟碱处于相对较高水平范围时，通过一定的农艺措施提高钾含量有利于降低烟叶烟碱含量，而烟碱含量水平较低时，提高钾含量促进烟叶烟碱的积累。

　　2.4烟叶中烟碱含量的阈值

　　从烟叶中烟碱含量与总氮、总糖、钾的关系曲线可以看出，烟叶中烟碱含量与总氮、总糖、钾的相关关系以烟碱临界值为界截然相反，临界值成为区分两种相反相关关系的分界点，此临界值应为烟碱的阈值。从图1、3、5可看出，烟碱阈值平均约为2.0左右，这一含量恰与优质烟叶对烟碱含量的要求相符，且此时总糖、总氮、糖碱比例、氮碱比例最适宜。烟叶烟碱阈值的存在表明，在以烟碱为核心的烟叶内在品质因素中，烟碱含量与主要化学成分并不只存在简单的正或负相关关系，而是存在以阈值为界限的两种相反的相关关系，烟碱含量趋向于阈值，烤烟中主要化学成份趋于协调，品质提高，烟碱含量偏离阈值，烤烟中主要化学成份失衡，品质转劣。图2、4、6同时表明，由于烟叶在烟株上着生部位的不同，烟叶烟碱阈值的大小也不一致，呈现上部＞中下部的规律。

　　3结论与讨论

　　3.1烤烟中烟碱含量存在明显的阈值

　　烤烟中烟碱含量是决定烟叶内在品质的重要因素，对化学成分的协调至关重要。关于烟叶中烟碱含量与主要化学指标的相关关系前人已经做了大量的研究，一般认为烟叶中烟碱含量与总氮含量呈正相关关系，与总糖和钾含量呈负相关关系[8-10]。但我们的研究结果表明，烟碱与总氮、总糖、钾的关系比较复杂，不只是存在简单的相关关系，而是以烟碱阈值为临界值的两种相反的关系，且在烟碱含量趋向阈值时，两种关系从矛盾中趋于统一，烟碱阈值成为两种相反相关关系的平衡点。在烟碱含量大于烟碱阈值时，烟碱含量与总氮含量呈正相关关系，与总糖含量、钾含量呈负相关关系，但在烟碱含量小于阈值时，烟碱含量与总氮含量呈负相关关系，而与总糖、钾含量呈正相关关系。这一结论与烤烟上部和下部叶片中总氮含量相对较高，总糖含量较低，中部叶片总氮含量较低，总糖含量较高，钾含量随部位的提高而降低，但烟碱含量随烟叶部位提高而提高的规律一致[11]，并能用此理论较好地解释这一现象。

　　3.2不同部位烟叶烟碱含量的阈值不同

　　根据数理统计理论，烤烟烟碱含量的阈值可能与烤烟遗传因素（品种）、生态环境、烟叶着生部位等因素密切相关。本试验研究结果表明，烤烟不同部位烟叶烟碱含量的阈值存在明显的差异，呈现上部＞中下部的规律，表现出了明显的部位效应。由于本试验是在单一品种条件下进行，未涉及烤烟品种和生态环境因素，关于品种和生态环境对烟碱阈值的影响尚待进一步研究阐明。

　　3.3烟碱含量的阈值与品质密切相关

　　烟碱不仅是烟叶中特有的化学成分之一，而且也是重要的品质指标，其含量直接影响烟叶内在化学成分的协调。胡国松等研究表明[12]，在我国的土壤气候生态环境条件下，烤烟中部烟叶烟碱含量在2.0%左右内在品质最协调，此时烟叶中总氮含量也在2.0%左右，还原糖含量为20%左右，氮碱比和糖碱比分别在1和10左右，这与我国卷烟界所喜好的烟叶内在品质指标基本一致。本试验的研究进一步证明，烤烟烟叶中烟碱含量在2.0%左右时恰为烟叶烟碱含量的阈值，是烟碱含量与主要化学指标动态变化的最佳平衡点，此时烟叶的内在化学成分最协调，品质最好。根据本试验研究结果表明，当烟碱含量处于阈值附近时，总氮含量在2.0%左右，总糖含量在26.0%左右，钾含量在2.0%左右，这与我国对优质烟叶化学指标的要求相一致，即总氮含量在1.5-2.5%、总糖含量在22.0-28.0%、钾含量≥2.0%。而烟碱含量偏离阈值时，烟叶的主要化学指标均偏离优质烟叶的指标要求，内在化学成分失调，品质转劣。由此说明，烟碱作为烤烟的特有的化学成分，对烤烟烟叶的品质具有明显的指示作用，不同的烟碱含量决定了烟叶不同的内在品质，烟碱含量的阈值可成为鉴别优质烟叶的重要诊断指标和特征值，在不同的生态环境条件下，针对不同的品种特性将烟叶烟碱含量调控至阈值范围是实现优质烟叶生产的核心目标。

　　■References

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　　[11] 左天觉著.烟草的生产、生理和生物化学[M]上海：上海远东出版社，1993.

　　[12] 胡国松，郑伟，王震东著.烤烟营养原理[M].北京：科学出版社，2000

　　（作者单位：江苏中烟工业公司；南京农业大学）

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