不同基因型烟草叶片成熟过程中质体色素降解及相关酶活性变化

　　摘要：以不同烟草品种（系）云烟87、中烟100、豫烟10号、豫烟11号和8306中部叶片为材料，分析了烟叶成熟过程中质体色素降解和相关酶活性变化及其与烤后烟叶中性致香物质含量的关系。结果表明，在成熟过程中烟叶的质体色素含量呈下降趋势，叶绿素的降解量总体大于类胡萝卜素，且叶绿素a的降解量显著高于叶绿素 b。中烟100前期叶绿素合成较多，降解也较为迅速，但成熟后期降解缓慢；豫烟11号成熟期质体色素降解量较大，质体色素降解产物较高。脂氧合酶活性在烟叶成熟过程中呈现先升后降的趋势，且与类胡萝卜素的降解量呈极显著正相关。在不同烟草品种（系）间质体色素降解量及中性致香物质总量均表现为豫烟11号>豫烟10号>8306>中烟100>云烟87，品种间中性致香物质形成与质体色素的最大积累量无关，与质体色素的降解量有关，脂氧合酶活性较高、质体色素降解量大的品种（系）中性致香物质含量较高。
　　关键词：烟草；基因型；质体色素；中性致香物质
　　中图分类号：S572.01 文献标志码：A 文章编号：1002-1302（2014）03-0065-04
　　烟草质体色素主要包括叶绿素（chlorophyll，Chl）和类胡萝卜素（carotenoid，Car）[1]，主要存在于烟叶细胞的细胞器质体中，是烟草生长过程中光合作用的重要物质，对改善烟叶品质和提高烟叶工业可用性具有重要意义[2-3]。质体色素是烟叶重要的香气前体物，其本身不具有香味特征，但通过分解、转化可形成对烟叶香气品质有重要贡献的香气成分[4]；烟叶质体色素的降解产物是所测定的中性致香物质中含量最高的，占中性致香物质总量的85%～96%[5]，其中类胡萝卜素降解产物的含量占8%～12%，对烟叶香气质量的影响较大[6]。不同基因型烟草质体色素的合成与降解量存在较大差异[7]。
　　前人研究认为，脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）既是烟叶类胡萝卜素降解的关键酶[8]，又与烟叶叶绿素降解有关[9]。烟叶类胡萝卜素在LOX作用下氧化降解产生β-二氢大马酮、巨豆三烯酮、β-紫罗兰酮等致香物质[8]，LOX及其过氧化产物的氧化漂白作用使烟草叶绿素降解成新植二烯等致香物质[10]，但烟叶成熟过程中质体色素的降解及脂氧合酶的调控作用和与烤后烟中性致香物质含量的关系尚不明了。因此，本研究选取5个不同基因型烟草品种对烟叶成熟过程中质体色素含量、脂氧合酶活性变化及烤后烟叶中性致香物质含量进行分析，以揭示色素降解与烟叶香气物质含量的关系，并探讨烟叶成熟过程中脂氧合酶与质体色素降解的关系，为揭示浓香型特色优质烟叶形成机理和提高烟叶香气物质含量提供理论支撑。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验设计
　　试验于2012—2013年在河南省许昌市进行，以云烟87、中烟100、豫烟10号、豫烟11号和8306（遗传上稳定的品系）5个烟草品种作为参试材料。试验采用单因子完全随机区组设计，3次重复，每个小区种植面积330 m2，行株距为 120 cm×50 cm。5月2日移栽，按照大田优质烟叶生产管理方法管理。每个品种各选取整齐一致的单株，以第11张叶（自下向上数）为试验对象，在叶龄40、50、60、70、80 d（以幼叶长 1 cm、宽0.5 cm时作为叶龄1 d）取样测定质体色素（叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素）含量和脂氧合酶活性，各项指标测定重复3次。
　　采用三段式烘烤工艺进行调制，各基因型烟叶在统一的烘烤环境中烘烤，按 GB 2635—1992《烤烟》进行分级，初烤烟样用于中性致香物质含量测定。
　　1.2 测定项目与方法
　　采用分光光度计法测定质体色素的含量[11]；脂氧合酶（LOX）活性参照文献[12]的方法测定。
　　采用内标法测定烟叶中性致香物质香气成分。中性致香物质提取及定性定量分析采用HP5890-5972气质联用仪。GC/MS分析条件如下：HP-5色谱柱（60 m×0.25 mm ×0.25 μm）；载气He，流速0.8 mL/min；近样口温度250 ℃；传输线温度280 ℃；离子源温度177 ℃；升温程序：50 ℃保持 2 min 后，以2 ℃/min的速度升至120 ℃，5 min后再以 2 ℃/min 的速度升至240 ℃，保持30 min；分流比1 ∶ 15，进样量2 μL；电离能70 eV；质量数范围50～500 amu；MS谱库为NIST02；采用内标法定量。
　　1.3 数据处理
　　采用SPSS 17.0数据处理系统和Microsoft Excel 2003软件对数据进行分析。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同基因型烟草叶片叶绿素含量的动态变化
　　由图1、图2可知，不同基因型烟草叶片中叶绿素的含量动态变化趋势类似。叶绿素含量随成熟期的推进而逐渐下降，但品种（系）间含量存在差异，云烟87叶绿素a含量在叶龄40～60 d变化平稳，叶龄60～80 d呈直线下降趋势；豫烟11号、8306和豫烟10号较大幅度下降出现在叶龄50～60 d；叶绿素b在整个成熟过程中下降幅度小于叶绿素a，变化比较平缓。因此，在烟叶成熟期，叶绿素a和叶绿素b的比值虽大于1，但逐渐减小；同一叶龄不同基因型烟草叶片的叶绿素含量存在明显差异，中烟100叶龄40 d时含量最大，而在叶龄 50 d 时含量偏低，叶龄80 d时含量仍然最高，表明中烟100前期叶绿素合成较多，其降解也较为迅速，但成熟后期降解缓慢；叶龄80 d时豫烟10号叶绿素含量最少，仅为 0.172 mg/g；豫烟10号叶绿素降解量最大，为1.904 mg/g，云烟87降解量最小，为0.989 mg/g。
　　2.2 不同基因型烟草叶片类胡萝卜素含量的动态变化
　　由图3可知，不同基因型烟草叶片在叶龄40 d时类胡萝卜素含量均已达到最大值，随着成熟期叶龄增加，类胡萝卜素

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