雪茄烟是一种独特的烟草制品，传统意义上是全部用雪茄烟叶纯手工卷制而成^[1]，具有香吃味醇和、劲头大、焦油含量低等特点，因此深受消费者喜爱^[2]。随着国际市场上销售量逐年增加，优质雪茄烟叶原料匮乏的局面日益凸显^[3]。而土壤水分作为烟草生长发育的基础，只有土壤水分适宜，烟株才能正常发育^[4]。干旱或者水分供应不足，对雪茄烟生长发育与品质形成有很大影响，严重缺水时会导致烟株死亡^[5-6]。近年来，保水剂的研发利用不仅使干旱地区旱情得到缓解，还为植物生长过程中肥水一体化协同效应提供了良好的应用前景。

保水剂是一种具有超高吸水、保水性能的高分子化合物，其本身无毒无害，还具有保肥、反复吸水等特性^[7-8]。从原料和形态上对其进行分类，目前应用较多的为高分子类聚合物，主要包括天然和合成高分子两类^[9]。因其特殊的物理结构和化学特征，可迅速吸收数倍于自重的水分，吸水后形成的水凝胶可缓慢释放水分供植物利用，提高植物的抗旱能力，促进作物生长发育^[10]。保水剂施加到土壤后能使水分蓄积在土壤表层，但过小和过大的粒径都会迅速降低土壤渗透性^[11]，且在一定范围内随着用量增加，土壤保水性和透气性得以提升^[12]，但施用量过大则会引起土壤板结^[13]，改变土壤中固、液、气相比例，使土壤碱性化^[14-16]；还可以抑制土壤水分的流失，减少养分的淋溶损失，对土壤养分中的氮、磷、钾等营养元素有明显的保蓄作用，且随保水剂用量增加而增强^[17-19]。已有研究表明，合理施加保水剂能有效改善土壤结构，提高烟株抗旱能力，增强抗病性^[20]，为烟株提供更加稳定有效的水分供给，促进烟株生长发育^[21]，还能增加烟叶中还原糖含量，降低烟碱含量，有利于改善烟叶品质^[22-23]。除此之外，施用适量保水剂还能显著提高烟草各生长指标、叶绿素 a、叶绿素 b 和总叶绿素的含量，增强烟株光合能力^[24-25]，并促进烟草生长，提高烟叶的产量和质量^[26]。

保水剂作为一种高科技抗旱材料，在农业生产中已有广泛应用，但在烟草生产上的应用较少，对雪茄烟生长发育过程中次生代谢物质和对品质影响的研究尚未见报道。因此，本试验以德雪 3 号雪茄烟为试材，在防雨大棚中采用盆栽试验，研究了 3 种保水剂及其用量对雪茄烟叶次生代谢物质和晾制后化学成分含量的影响，旨在为雪茄烟叶旱作栽培提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试雪茄烟品种为德雪 3 号，由四川省烟草公司德阳市公司提供。试验于 2020—2021 年在河南农业大学许昌校区现代烟草农业科教园区防雨棚内进行。试验用盆为塑料盆，盆高 30 cm，盆口直径 38 cm，盆底直径 35 cm，装土 25 kg·盆^-1。供试土壤取自科教园区内大田耕层土，土壤类型为黄褐土，质地为壤土，有机质 19.02 g·kg^-1，碱解氮 74.10 mg·kg^-1，有效磷 8.60 mg·kg^-1，速效钾 113.50 mg·kg^-1，pH 为 7.52。

试验采用 3 种保水剂，TS-PAA 保水剂由本实验室自制，其主要成分为烟梗纤维素和聚丙烯酸的复合水凝胶，特点是价格低廉、吸水性能好，且添加了生物质材料，生产原料来源广泛^[25]； SAP 保水剂购自重庆紫光化工股份有限公司，该保水剂主要成分为淀粉（18%～27%）+ 丙烯酸盐（62%～71%）+ 水（10%）+ 交联剂（0.5%～1.0%）；沃特保水剂购自胜利油田长安控股集团有限公司，该保水剂主要成分为丙烯酰胺（65%～66%）+ 丙烯酸钾（23%～24%）+ 水（8%～10%）+ 交联剂（0.5%～1.0%）。

1.1.1 TS-PAA 保水剂的制备

烟草茎秆（TS）磨碎后过 0.125 mm 筛，将茎秆粉末置于 10% NaOH 溶液中加热至 95℃持续 2 h，倒掉上清液，将下层混合物用 NaClO∶H₂O₂=3∶4 的漂白液漂白后用蒸馏水洗至中性，抽滤后烘干，过 0.125 mm 筛，得到烟秆处理物（TS）备用。再分别配制中和度为 80% 的丙烯酸钾溶液（potassium acrylate，AA）、0.02 g·mL^-1 的 N，N′ 亚甲基双丙烯酰胺（N， N′-Metliylenebisacrylamide，MBA）、2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮（2，2-Dimethoxy-2-phenylacetophe-none， BDK）、过硫酸铵溶液（ammonium persulfate，APS）。按照质量分数 AA∶MBA∶BDK∶APS∶TS ＝ 100∶0.07∶ 1.13∶0.30∶30 的比例，在烧杯中混合均匀后于预热好的紫外灯（波长为 365 nm）下辐射反应 180 s。将合成的聚合物在乙醇中浸泡 12 h，取出水凝胶于烘箱中 65℃烘干至恒重，粉碎过 0.25 mm 筛，得到自制保水剂 TS-PAA。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，共设置 10 个处理 （表1）。每个处理重复 20 盆，每盆 1 株，共计 200 盆。所有处理均采用烟草专用复合肥和硫酸钾，每盆施用复合肥 0.5 g，硫酸钾 1 g，N∶P₂O₅∶ K₂O=1∶1∶5。移栽前将土壤、保水剂和肥料混合均匀后装盆，并于移栽后当天每盆定量浇足 3000 mL 定根水，移栽前期（35 d 以前）在保持烟株正常生长状态下，适度干旱胁迫使土壤相对含水量维持在 50%～60%（模拟轻度干旱），通过便携式土壤水分测定仪定期（每隔 3 d 检测一次）进行监控，确保土壤相对含水量不低于 50% 的干旱临界值，其余操作依据田间优质烟栽培管理进行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 烟叶样品采集与测定

分别于烟苗移栽后 30、45、60、75 d 时，每个处理选长势一致的烟株 3 株，选取各处理中部烟叶样品（从上至下第 9～12 片烟叶）于 105℃下杀青 10 min，之后在 60℃烘干，然后将烘干的叶组织粉碎过 0.25 mm 筛，混合均匀，用于次生物质成分含量测定。分别采用 YC/T382—2010^[27]和 YC/T202—2006^[28]的方法测定烟草中的质体色素和多酚类物质含量。按照 YC/T288—2009^[29]测定苹果酸、柠檬酸、丙二酸和草酸含量。

此外，另选取成熟期各处理中部叶（从上至下第 9～12 片烟叶）进行晾制，晾制样品用于烟叶化学成分测定。采用流动分析法^[30]测定总糖、还原糖、淀粉、总氮、烟碱、钾和氯含量。

1.3.2 数据分析方法

采用 SPSS 26.0 进行相关分析、用 Excel2019 进行数据处理，用 LSD 法进行差异显著性分析 （P=0.05）。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下不同保水剂处理对雪茄烟叶中质体色素含量的影响

由图1A、1B、1C 可知，生长发育期间不同处理雪茄烟叶的叶绿素 a、叶绿素 b、叶绿素总量与类胡萝卜素含量变化趋势一致，即移栽后 30～60 d，色素含量均呈上升趋势，60～75 d 呈下降趋势。图1A 显示，移栽 30 d 时，除 T6、T7、T8 处理外叶片中叶绿素含量均显著高于 CK，以 T2 处理最高，为 1.74，较对照增加 27.94%；栽后 45 d 时，除 T7 处理外，各处理中叶绿素含量均显著高于 CK，T2 处理最高，较 CK 增加 22.29%；移栽 60 d 时，T6 与 CK 未达到显著水平，其余处理的叶绿素含量均显著高于 CK；在移栽 75 d 时，所有处理中叶绿素含量均显著高于 CK，以 T2 处理最高，较 CK 增加 38.40%。由图1B、1C 可知，栽后 75 d 时，各处理叶片中叶绿素 a 和叶绿素 b 含量均显著高于 CK，均以 T2 处理最高。在栽后 45～60 d 时叶绿素含量增幅最大，且均高于 CK，栽后 60～75 d 时，叶绿素含量开始下降，这说明施加 3 种保水剂能确保烟株生长前中期叶绿素的积累，有利于增强烟株光合能力，这对雪茄烟晾制过程中香气物质的形成与积累十分有利。

在雪茄烟生长发育过程中叶绿素 a/b 值趋于稳定（图1D），比值在 4 左右，说明施加保水剂对其影响较小。在雪茄烟叶生长发育过程中，类胡萝卜素呈现先缓慢增加后快速升高的趋势，在栽后 75 d 时达到峰值（图1E）。各处理叶片中类胡萝卜素含量均显著高于 CK，以 T1、T2 和 T3 处理最高，较对照分别增加 70.00%、80.00% 和 66.00%，烟叶中类胡萝卜素是形成多种香气前体物质的基础，且能保护叶绿素分子，使其在强光下不会被氧化而破坏，说明施加 3 种保水剂均能使质体色素含量保持在较高水平，有利于调制后烟叶中香气物质的积累，以 T2 处理作用效果最佳。

2.2 干旱胁迫下不同保水剂处理对雪茄烟叶中多酚含量的影响

由图2A、B 和 C 可知，雪茄烟叶片中芸香苷、绿原酸和莨菪亭含量均呈现先增加后降低的趋势，在栽后 60 d 时达到峰值。从图2A 可以看出，整个生长发育期间雪茄烟叶中绿原酸含量均显著高于 CK，且以 T1、T2、T3 处理叶片中绿原酸含量最高，在栽后 75 d 时，分别达 1.13、1.25、1.19 mg·g^-1，较 CK 增幅分别为 3.53、3.91、3.72 倍。图2B 显示，在栽后 30 d 时，T1、T2、T3、T7、T8 处理的芸香苷含量均显著高于 CK，以 T2 最高，为 0.26 mg·g^-1，较 CK 增加 52.94%；在栽后 45 d 时，除 T6 和 T9 处理外，其余处理叶片中芸香苷含量均显著高于 CK，以 T1 处理最高，为 0.39 mg·g^-1，较 CK 增加 56.00%；栽后 60 d 时，T1、T2、T3、T7、T8 处理中芸香苷含量显著高于 CK，以 T2 处理最高，为 0.53%，较 CK 增加 55.9%；在栽后 75 d 时，所有处理叶片中芸香苷含量均高于 CK，但 T4、T6、T9 处理与 CK 未达到显著水平，其中以 T2 处理最高，为 0.49 mg·g^-1，较对照增加 69.00%。

图2C 结果显示，在栽后 30 d 时，T1、T2、 T3、T4、T5 处理的莨菪亭含量显著高于 CK，T9 处理显著低于 CK，为 0.013 mg·g^-1，较 CK 降低 18.75%；栽后 45 d 时，所有处理叶片中莨菪亭含量均高于 CK，但 T4、T5、T8、T9 与 CK 未达到显著水平；栽后 60 d 时，除 T6、T9 外，所有处理的莨菪亭含量均显著高于 CK；栽后 75 d 时，所有处理叶片中莨菪亭含量均高于 CK，但 T7、T9 与 CK 未达到显著水平，其中以 T2 处理最高，为 0.055 mg·g^-1，较 CK 增加 48.65%。综合来看，施加 3 种保水剂均能在不同程度上提高雪茄烟叶中绿原酸、芸香苷和莨菪亭含量，这 3 种物质是多酚类物质含量最为丰富的成分，对烟草香吃味会产生良好影响，其中以 T2 处理效果最佳。

注：图中各处理平均值柱上不同的英文小写字母表示相同天数不同处理在 5% 水平上有显著差异（P<0.05）；每个处理的测定值是 3 次重复的平均值，n=3。下同。

2.3 干旱胁迫下不同保水剂处理对雪茄烟叶中非挥发性有机酸含量的影响

在雪茄烟生长发育过程中苹果酸含量均呈现先缓慢上升再下降的趋势（图3A），在栽后 30 d 时，各处理与 CK 均未达到显著水平；栽后 45 d 时，T2、T6、T8 处理的苹果酸含量显著高于 CK，以 T2 最高，为 95.47 mg·g^-1，较 CK 增加 10.01%； 栽后 60 d 时，T1、T2、T3、T8、T9 处理的苹果酸含量显著高于 CK，以 T2 处理最高，为 104.41 mg·g^-1，较 CK 增加 8.94%；栽后 75 d 时，所有处理叶片中苹果酸含量均高于 CK，但 T4、T6、T7、 T9 与 CK 未达到显著水平，其中以 T2 处理最高，为 86.71 mg·g^-1，较 CK 增加 12.60%。说明施加保水剂对提高叶片中苹果酸含量有促进作用，其中以 T2 处理效果最佳。

柠檬酸含量呈先增加后降低的趋势，栽后 45 d 达到峰值（图3B）；栽后 75 d 时，只有 T8 处理的柠檬酸含量显著高于 CK，为 5.39 mg·g^-1，较 CK 增加 33.42%，其余处理与对照均未达到显著水平，说明施加保水剂对雪茄烟叶中柠檬酸含量的影响较小。

草酸含量在烟株生长过程中整体呈现持续上升趋势（图3C），在栽后 75 d 时达到峰值；在栽后 30 d 时，只有 T2 处理的草酸含量显著高于 CK，为 15.15 mg·g^-1，较 CK 增加 33.60%，其余处理与 CK 均未达到显著水平；栽后 45 d 时，T2、T5、T9 处理的草酸含量显著高于 CK，为 19.59、17.88、16.03 mg·g^-1，较对照分别增加 37.47%、25.47%、12.49%；栽后 60 d 时，所有处理的草酸含量均高于 CK，但 T4、T6、 T7、T8、T9 处理未与 CK 达到显著水平；栽后 75 d 时，T2、T3、T6、T8 处理均显著高于 CK，以 T2 处理最高，为 27.15 mg·g^-1，较 CK 增加 43.73%，T1、 T4、T5 和 T9 处理的草酸含量均高于 CK，T7 处理略低于 CK，但均未达到显著性差异水平。

与其他有机酸含量相比，丙二酸含量较低，整体呈上升趋势（图3D），栽后 30 d 时各处理间与 CK 差异较小，只有 T2、T3 处理的丙二酸含量显著高于 CK；栽后 45 d 时，所有处理的丙二酸含量均高于 CK，但只有 T2、T3、T5、T6 处理达到显著性差异水平；栽后 60 d 时，除 T4、T7 处理外，所有处理的丙二酸含量均显著高于 CK，其中以 T2、 T3、T8 处理较高，为 1.40、1.40、1.41 mg·g^-1，较 CK 分别增加 41.41%、41.41% 和 42.42%； 栽后 75 d 时，所有处理的丙二酸含量均显著高于 CK，以 T2 处理最高，为 1.79 mg·g^-1，较 CK 增加 61.26%。烟叶中非挥发性酸可以反映烟叶品质特征，对于改善和增进烟叶香吃味作用明显，综合来看，以 T2 处理效果最佳，协调性较好。

2.4 干旱胁迫下不同保水剂处理对调制后烟叶化学成分含量的影响

由表2 可知，各处理叶片中总糖、还原糖和钾含量均显著高于 CK，淀粉含量除 T1 外均显著高于 CK，同时使雪茄烟叶的两糖比、糖碱比、钾氯比及氮碱比更趋于均衡。总糖含量以 T2 和 T8 最高，分别为 1.22%、1.11%，较对照分别增加 58.44% 和 44.16%。还原糖含量以 T2、T8 处理最高，分别为 0.80% 和 0.76%，较对照分别增加 60.00% 和 52.00%。T1 处理中淀粉含量最低，较 CK 降低 2.22%；T4 和 T9 处理中淀粉含量最高，均为 1.90%，较 CK 增加 5.56%。与之相反，各处理叶片中总氮、烟碱和氯含量均显著低于 CK。氯含量的降低及钾含量的提升，可以使钾氯比值增加，且钾氯比在 4 以上时燃烧性较好，T2 与 T8 处理钾氯比值分别为 4.27 和 4.11，均大于 4，说明其具有良好的燃烧性。氮碱比接近 1 时烟叶质量较好^[31-32]，试验中保水剂的使用可以提升氮碱比值，协调烟叶中含氮化合物内部之间的平衡关系。综合来看，T2 和 T8 处理烟叶中化学成分及比值更加适中、协调。

注：同列小写字母不同表示处理间差异显著（P<0.05）。

3 讨论

在干旱胁迫下，烟株生长发育会受到制约，降低烟叶的产质量，严重时会导致烟株死亡^[33]。施加保水剂对土壤含水率^[34]、土壤结构^[35]和土壤养分^[36]都会产生影响，有利于烟苗移栽成活并能提高养分利用率，对优质烟叶生产有促进意义^[33]。合理施加保水剂能够促进烟株生长发育、协调烟叶化学成分、增加上等烟比例并提高产质量^[37]。因此选用合适的保水剂种类及剂量，对指导优质雪茄烟的生产具有重要意义。

3.1 不同保水剂对雪茄烟叶质体色素代谢的影响

烟草色素的含量与烟草生长发育过程中的代谢积累关系密切，并且会直接影响烟叶的外观质量和内在品质。烟草绿色素主要是叶绿素，是叶绿体中的质体色素，可参加光合作用将太阳能转变为化学能，是烟草生长发育过程中必不可少的成分。而烟草黄色素主要是类胡萝卜素，通过吸收光能传递给叶绿素 a，并且在光合作用中能保护叶绿素分子，使其在强光下不会被氧化破坏^[38]。已有研究表明，干旱胁迫下会导致植株叶绿素分解^[39]或结构破坏^[14]，从而导致色素含量和光合速率降低。在本研究中，不同保水剂处理下总叶绿素、叶绿素 a、叶绿素 b 含量呈先增加后降低，60 d 时达到峰值的规律性，且均显著高于 CK，说明施加保水剂既能确保烟株生长前中期积累较多的叶绿素，增强光合能力，促进烟株生长，又能使后期叶绿素充分降解，对调制后烟叶香气物质的积累产生重要作用。分析叶绿素未被分解破坏的原因，主要与保水剂保水保肥的特性有关，即保水剂能够在烟株根系周围形成蓄水库，协同水肥有效供应并促进根系发育和地上部分生长，能使烟株保持较旺盛的生理代谢，同时较高水平类的类胡萝卜素含量也可以保护叶绿素分子不被破坏。这一结果与赵铭钦等^[40]研究结果相一致。

类胡萝卜素是形成多种香气前体物质的基础，与烟草的香气质和香气量关系密切。本试验中，不同处理下类胡萝卜素含量均呈现前期缓慢增加后期快速增长的趋势，且以 T2 处理作用效果最为明显。产生这一结果的原因可能与保水剂自身材料组成，粒径大小、吸水保水性能有关。本研究发现，TSPAA 保水剂和 SAP 保水剂在高用量（6 g·株^-1） 时对类胡萝卜素代谢和香气物质形成的作用效果反而有所变差，这可能与保水剂结构富含亲水基团有关，且过量使用会导致植烟土壤固、液、气三相比例失调，严重时导致土壤板结^[25]。这一结果与刘玲玲^[41]和王方玲等^[25]研究结果相一致。

3.2 不同保水剂对雪茄烟叶多酚物质代谢的影响

多酚类物质对烟草生长发育过程具有调节作用，对烟草香吃味、色泽、生理强度和安全性也有重要影响，而遗传因素、生态因素、种植管理方式和调制技术都会影响烟草多酚类化合物的合成与积累^[42]。已有研究结果表明，增加氮肥或磷肥能够提高总酚、绿原酸、芸香苷和莨菪亭的含量^[42-44]。本研究发现，施加 3 种保水剂均能有效提高绿原酸、芸香苷、莨菪亭以及多酚总量，其中以 TS-PAA 保水剂 4 g·株^-1 时效果最佳。分析这一结果可能和保水剂能有效促进水分与氮、磷、钾元素协同效应有关，能够为烟株生长发育期持续供应养分。据报道，磷、钾元素对烟草中多酚物质的含量有重要影响，在一定范围内，酚类物质含量和施磷量、施钾量均呈显著正相关关系^[45-46]。

3.3 不同保水剂对雪茄烟叶非挥发性有机酸代谢的影响

非挥发性有机酸对烟草生长过程和感官质量均起重要作用，作为三羧酸循环与合成糖类、氨基酸和脂类的中间产物，其中部分有机酸及其衍生物是烟草香味的主要成分，会影响烟气的劲头和吃味，对指导配方和加香加料有重要意义^[47]。挥发性有机酸中的苹果酸能改进烟气特征，特别对高烟碱烟草作用更好，而柠檬酸含量高则会导致烟叶吃味变差。一般而言，总挥发性酸含量越高，其烟叶品质就会越好，直到烟株开花前，叶片中的有机酸积累才达到高峰。本试验结果表明，施加保水剂可有效提高苹果酸含量，增加非挥发性有机酸总量，而对柠檬酸含量的影响较小。丙二酸和柠檬酸含量在成熟期有不同程度的增加，可能是因为这两种有机酸不是代谢的中间产物，其性质较为稳定，植株在干旱胁迫下可通过积累草酸和丙二酸进行调节^[48]。刘张栋等^[49]曾研究发现，不同光合类型的石斛属植物中柠檬酸含量均很低，且干旱胁迫几乎不影响柠檬酸的积累，而烟草也是 C3 植物，与 C3 型石斛植物的光合机理一致，植物在遭遇干旱胁迫后，会引起各种代谢物质的变化，雪茄烟叶中柠檬酸含量变化趋势则与上述研究结果十分相似。

3.4 不同保水剂对雪茄烟叶化学成分的影响

保水剂在一定条件下可以增加上等烟比例，协调烟叶化学成分，提高烟叶产质量^[37]。本试验结果表明，施加保水剂能显著提高总糖、还原糖和钾含量，略微降低总氮、烟碱、淀粉和氯含量，提升两糖比、氮碱比、钾氯比等比值，使烟叶中各种化学成分趋于协调均衡，并能提高烟叶燃烧性。这一结论与刘世亮等^[50]和刘毅等^[51]的研究结果一致。说明保水剂的合理使用对促进雪茄烟旺盛生长，提高烟叶产质量与协调烟草香气作用显著。

4 结论

综上所述，保水剂具有保水保肥、缓解旱情，协调水肥合理供应，满足烟株生长发育和产质量形成的功效。生产中，可根据当地土壤及气候条件，并加强保水剂对烟草增质增香机理与应用技术研究，提出更为科学的配施方案，为优质烟叶生产和烟农增收提供决策。本研究发现，不同保水剂由于材料组成和结构的不同，其保水保肥性能和作用机制有所不同。不同处理相比较以 T2 处理最为显著， TS-PAA 保水剂和 SAP 保水剂以施用量为 4 g·株^-1 时，沃特保水剂以施用量为 6 g·株^-1 时对次生代谢物质积累和质量改善作用效果最佳。

参考文献