基于细胞结构与光合生理的雪茄茄芯烟叶适熟采收研究

摘要：雪茄烟叶成熟过程中伴随着烟叶细胞结构、组织以及光合生理的变化。雪茄烟的适时采收可以提高烟草的品质，叶片过熟会导致雪茄烟的品质显著下降。为构建轻简高效的雪茄茄芯烟叶适时采收技术，以雪茄茄芯品种楚雪14号（CX-014）为材料，设置不同成熟度梯度的大田试验，测定叶长、叶片含水率、光合指标、叶绿素含量，并进行叶片组织切片和主叶脉的显微观察。结果表明，随着成熟度的增加，雪茄烟叶片长度、含水率、叶绿素a含量、叶绿素b含量和类胡萝卜素含量、光合速率、呼吸速率和蒸腾速率、腺毛密度均下降，同时叶片厚度、栅栏组织厚度和密度、海绵组织厚度、栅栏组织/叶片厚度、栅栏组织/海绵组织厚度均呈先上升后下降趋势，叶片厚度、海绵组织厚度在尚熟时期达到峰值，栅栏组组厚度和密度、栅栏组织/叶片厚度、栅栏组织/海绵组织厚度在成熟时期达到峰值。综上，本研究揭示了雪茄茄芯烟叶成熟过程中外观品质、解剖结构以及光合相关参数的动态变化过程，初步明确了基于细胞结构和光合生理的烟叶成熟度判断标准，为茄芯烟叶适时采收技术的建立提供了理论依据。

关键词：雪茄；茄芯；成熟度；解剖结构；光合作用

中图分类号：S572.01文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）11-0074-06

烟叶成熟度是决定烟叶品质的一个关键因素。烟草叶片在成熟过程中，其叶片的外观、叶片组织结构和内在化学物质会发生很大的改变。叶片结构是指叶内组织细胞的发育状况，不同成熟程度的烟草叶片结构有显著差异［1］。有研究表明，烤烟叶片随着成熟度的提高，叶片厚度、栅栏组织厚度以及栅栏组织细胞密度均呈下降的趋势，但在雪茄领域研究较少［2-3］。烟叶成熟度的增加，除了会引起叶片结构的改变，还会使叶片颜色变浅，叶片水分减少、叶绿素含量降低、净光合速率降低，也会导致叶片表面腺毛脱落［4-8］。烟草腺毛是由气生表皮细胞发育而来的突起，根据有无腺头可分为分泌型腺毛和非分泌型腺毛，根据形态可分为长柄型腺毛和短柄型腺毛，还有少部分分杈型腺毛［9］。目前，有关烤烟和普通烟草叶片成熟度对腺毛密度和分泌物影响的研究有很多报道，研究表明，成熟度的增加会导致烤烟和普通烟草腺毛密度的显著降低，但不同成熟度对雪茄烟叶片表面腺毛密度的影响鲜有研究［10-11］。综上，在国产雪茄烟研究领域，对烟叶的成熟程度与叶片组织结构、腺毛密度以及光合指数关系的研究较少。

目前，雪茄市场在我国蓬勃发展，其经济价值远超烤烟，但我国雪茄主要依赖进口，所以探究雪茄烟适熟采收技术，提高国产雪茄烟产量刻不容缓。烟叶成熟度与烟叶结构、化学成分直接相关，是影响雪茄烟叶品质的关键因素之一，通过对烟叶成熟过程中细胞学的研究，探索雪茄烟叶适度成熟采收的标准具有较好的实际应用价值。因此，本研究以雪茄茄芯品种楚雪14号（CX-014）为材料，采集雪茄烟叶成熟过程中各种细胞结构变化和光合生理变化参数，尝试建立易于判断雪茄茄芯烟叶适熟采收的技术标准，以期为田间雪茄茄芯烟叶生产提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料与场地

试验于2022年在湖北省十堰市丹江口市习家店镇（111°18′E，32°75′N）进行，供试材料为雪茄茄芯品种楚雪14号（CX-014）。试验地土壤为黄棕壤，pH值为7.5，土壤有机质含量为8.4 g/kg、速效磷含量为8.1 mg/kg、碱解氮含量为88.7 mg/kg、速效钾含量为161.7 mg/kg［12］。烟草植株于2022年4月21日移栽，种植密度为1.1 m×0.5 m，初花期（6月13日）打顶。试验田间施N量为15 kg/667 m2，N、P2O5、K2O含量分别为8%、16%、24%，有机肥为100 kg/667 m2。肥料中全部的腐熟菜饼肥和70％的化肥作基肥在起垄时条施，其他肥料于移栽后 25～35 d 一次性追施。按优质烟草栽培技术规范进行栽培管理。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，每次重复120株。试验选取4种不同成熟度的中部叶 （从下往上第8～12叶位）进行采收，采收标准：欠熟（T1），打顶后35 d（7月18日），叶面呈深绿色，支脉、主脉仍为绿色；尚熟（T2），打顶后42 d（7月25日），叶面呈浅绿色，支脉、主脉开始变白；成熟（T3），打顶后49 d（8月1日），叶面呈淡绿色，支脉变白、主脉1/2变白，叶缘微卷；过熟（T4），打顶后56 d（8月8日），叶面呈黄绿色，支脉、主脉基本变白，叶缘卷曲。

1.3 测定指标

1.3.1 叶片长度

各成熟度各重复中选取2株代表性烟株，测定烟叶的叶长，进行6个生物学重复。

1.3.2 叶片含水率

采用烘干称重法测定叶片含水率。计算公式：叶片含水率=（叶片鲜重-叶片干重）/叶片鲜重×100%，进行6个生物学重复。

1.3.3 光合指标的测定

使用Li-6400 便携式光合测定仪测定叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs），进行6个生物学重复。

1.3.4 叶绿素含量的测定

新鲜烟叶粉碎后，用分光光度法测定叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量，进行6个生物学重复。

1.3.5 叶片组织切片观察

选取烟叶样品叶尖开始向叶基第5～6侧脉之间约1 cm×1 cm 的小块叶片，FAA 固定液固定后用于制作组织切片。经过石蜡包埋、切片、番红固绿染色，显微镜扫描拍照。每个试验3次重复。

1.3.6 腺毛形态观察与密度统计

选取烟叶样品叶尖开始向叶基第5～6侧脉之间的主脉，FAA 固定液固定后，切成1～2 μm薄片，Leica M 165 C 编码型体视显微镜观察，记录主脉上的腺毛数量并分类，并测量主叶脉周长，计算腺毛密度。

1.4 数据分析与处理

使用WPS Office进行数据整理和统计分析，使用GraphPad Prism 9作图，使用Image J软件测量腺毛密度。使用IBM SPASS Statistics 23进行方差分析，运用Duncan’s检验法比较处理间的差异显著性（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同成熟度茄芯烟叶鲜叶外观表型

新鲜烟草叶片的外观表型对于采收时间的判断至关重要。由图1可知，茄芯中部叶片在未熟（T1）时，叶面呈深绿色，主脉与支脉呈绿色。但随着采收时间的延长，烟叶颜色逐渐转为浅绿（T2），直至成熟（T3）时叶片可以观察到明显的黄色，支脉与主脉一半为黄色，一半为绿色。当叶片过于成熟（T4）时，叶片整体已变为黄绿色，主脉及支脉已完全变白。由茄芯鲜叶表型可以观察得出叶片在T3时期已经成熟并达到采收标准。

2.2 不同成熟度茄芯烟叶叶长和含水率的变化

为明确茄芯烟叶成熟过程中叶尺寸和含水率的变化，统计了从T1到T4的相关参数（表1）。茄芯叶片叶长随成熟度的增加，先增长后缩短，T2时期叶片长度最长，T3时期叶片长度较T2显著降低，下降幅度为9.19%，T4时期叶片长度最短。茄芯叶片含水率则随着成熟度的增加，逐渐降低，在T2和T3 2个时期之间含水率有显著但降幅较小的变化（下降幅度为274%），进入成熟期后变化没有显著下降。这些结果说明，叶长值的变化可以指示茄芯烟叶的成熟时期。

2.3 不同成熟度茄芯烟叶叶片组织结构变化

进一步观察不同成熟度烟叶叶细胞组长变化。雪茄茄芯叶片组织结构随成熟度的增加，逐渐变得疏松（图2），尤其是T4期时最疏松。

由图3可知，雪茄茄芯叶片从T1到T4时期，叶片厚度随着成熟度的增加，先增大后减小，在T2时期时达到最大，在T4时期降到最低。栅栏组织厚度随着成熟度的增加，先增大后减小，在T3时期达到最大，在T4时期降到最低。海绵组织厚度随着成熟度的增加，先增大后减小，在T2时期时达到最大，在T4时期降到最低。栅栏组织/叶片厚度随着成熟度的增加，先增大后减小，在叶片未成熟前（T1、T2）时期没有显著变化，但在T3时期达到最大，在T4时期降到最低。栅栏组织/海绵组织厚度随着成熟度的增加，先增大后减小，在T3时期达到最大，在T4时期降到最低。栅栏组织密度随着成熟度的增加，先增大后减小，在T2时期时达到最大，T2和T3 2个时期没有显著变化，但在T4时期降到最低。这些结果说明，当叶片过熟时，会导致叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度等各项结构参数显著降低。

2.4 不同成熟度茄芯烟叶叶片腺毛密度

腺毛脱落是烟叶成熟过程中易于观察的现象。为准确记录成熟度与腺毛之间的关系，笔者所在课题组观察了各成熟度茄芯叶片主叶脉上腺毛的变化（图3）。主叶脉的表皮细胞生长着浓密的腺毛，起到保护和分泌物质的作用。腺毛分为分泌型腺毛、非分泌型腺毛，非分泌型腺毛没有腺头，不能分泌物质。分泌型腺毛又分为长柄分泌型和短柄分泌型，长柄分泌型腺毛由4～6个柄细胞和1～6个头细胞组成，短柄分泌型腺毛由8～16个头细胞和1个柄细胞组成（图4）。

由图5可知，主叶脉总腺毛数、长柄分泌型腺毛数、短柄分泌型腺毛数和非分泌型腺毛数，随成熟度升高整体逐渐减少，并且T1时期的总腺毛数量、长柄分泌型腺毛数、短柄分泌型腺毛数和非分泌型腺毛数均最多，T4时期的总腺毛数、长柄分泌型腺毛数和短柄分泌型腺毛数最少，T3时期的非分泌型腺毛数量最少。这些结果说明，当叶片过熟时，叶脉的总腺毛数、长柄分泌型腺毛数、短柄分泌型腺毛数和非分泌型腺毛数均显著降低。

2.5 不同成熟度茄芯烟叶光合指标和叶绿素的变化

细胞结构的变化必然与细胞生理有关。为分析雪茄烟叶成熟过程中光合生理的变化，分析了相关[JP+1]光合指标和叶绿素的参数。 由图6-a、 图6-b、图6-c可知，雪茄茄芯叶片光合指标整体上随成熟度的增加而下降，其中净光合速率T2至T3时期的下降幅度最大，为5.32%。气孔导度和蒸腾速率随成熟度的增加先升高，在茄芯叶片的T2时期达到最高，T3时期显著下降到最低，气孔导度和蒸腾速率下降幅度分别为81.72%和7796%；T4时期与T3时期相比无显著差异。由图6-d、图6-e、图6-f 可知，叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量随成熟度的增加，呈先上升后下降的趋势。当叶片到T2时期时，叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量最高。当叶片到T3时期时，叶绿素b含量降到最低， 下降幅度为34.74%，T4时期与T3时期叶绿素b含量无显著差异。当叶片到T4时期时，叶绿素a含量和类胡萝卜素含量降到最低，与T2时期相比下降幅度分别为39.94%、21.72%。这些数据说明，光合指标和叶绿素含量的变化可以指示雪茄茄芯烟叶的成熟时期。

3 讨论与结论

雪茄烟叶成熟度的变化会导致叶片外观特征的变化，也会导致内部含水率、色素含量以及光合能力产生变化。刘辉等研究表明，烤烟上中下不同部位叶片随着成熟度的提高，鲜烟叶片含水量、叶绿素 a、叶绿素 b、类胡萝卜素含量均呈逐渐降低趋势［13］。本研究表明，随着成熟度的增加，雪茄茄芯叶片长度和含水率整体逐渐降低（表1），叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量随成熟度的增加逐渐被细胞分解，导致叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率也整体逐渐降低（图6），这与刘辉等的研究结果［13］一致。说明采收时间的延长会导致雪茄茄芯烟叶变黄皱缩，进而导致叶片长度降低，叶片水分流失，叶绿素被细胞分解，进而导致叶片光合作用能力下降。在本试验中，雪茄茄芯烟叶在T3时期产生了明显的成熟特征，大部分指标如叶长、含水率以及光合指标等与T4时期无显著差异，由此可见本试验中采集的烟叶确实在T3时期（打顶后49 d）达到叶片成熟采收的标准。

雪茄烟叶主叶脉表面腺毛以分泌型腺毛为主，其中占主要类型的是长柄分泌型腺毛（图4）。苟正贵等研究表明，烤烟叶片表面腺毛密度随成熟度的增加呈下降趋势［10］。本研究表明，随着雪茄烟叶成熟度的增加，总腺毛密度和各类腺毛密度均有所降低（图5），所以叶片采收时间的延长，即成熟度的增加会导致腺毛的衰老脱落。烟草叶片表面的腺毛不仅可以起到保护叶片的作用，还是香气物质的主要来源，为雪茄烟的发酵提供风味，若分泌型腺毛数量显著降低，会导致叶片发酵后的风味降低，所以在分泌型腺毛完全脱落前采收较为适宜。本研究表明，在叶片处于成熟期，即打顶后49 d采收较为适宜。

烤烟在成熟过程中叶片组织结构会产生一系列的变化，随着烤烟叶片的成熟，叶片厚度、栅栏组织厚度和栅栏组织密度会显著降低［1］。本研究表明，雪茄茄芯中部叶片随着成熟度的升高，叶片厚度会随之降低，栅栏组织和海绵组织厚度也因为叶片的成熟而下降，并且单位栅栏组织细胞数量也显著减少（图2），与杨会丽对雪茄外包衣的研究结果［14］基本一致。叶绿体主要存在于栅栏组织细胞中，随着成熟度的增加，叶绿素含量和栅栏组织厚度呈正相关关系，所以可以推断出叶片成熟会导致叶绿体分解和栅栏组织厚度的降低。有研究表明，栅栏组织/海绵组织厚度和栅栏组织/叶片厚度越大，烟草品质越好［2，15］。本研究中，栅栏组织/海绵组织厚度比值和栅栏组织/叶片厚度比值均在成熟期（T3）达到最大，也就是最适宜采收，而叶片过熟后叶绿体分解，叶片变黄皱缩，大部分细胞进入衰老阶段，叶片的栅栏组织和海绵组织部分被分解，细胞间隙增大，进而导致叶片组织疏松，最终表现为茄芯烟叶品质下降。所以，成熟期即打顶后49 d是茄芯烟叶的最佳采收时期。

综上，随着雪茄茄芯烟叶的成熟和衰老，叶片的水分散失，叶绿体分解，叶绿素降解，光合机构被破坏，进而从叶片结构上体现出腺毛衰老脱落，叶片厚度降低，栅栏组织厚度和密度降低，最终表现为烟叶品质的显著降低。烟草过熟必定会导致烟草品质的显著降低，制定烟叶适时采收标准对于提高烟叶品质有决定性作用，本研究表明叶片叶长、含水率、叶绿素含量、光合指数、叶片厚度、叶片表面腺毛密度可以指示雪茄茄芯烟叶的成熟程度，这必将为适熟雪茄茄芯烟叶的技术建立提供理论依据。

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