雪茄是一种全部由烟叶卷制而成的烟草产品，具有独特的风味和风格
[1]。近些年，国内雪茄市场需求迅速增长，但优质雪茄烟主要依赖进口，国外雪茄特别是古巴雪茄，仍在国内雪茄市场上占据主导地位
[2]。在国家政策的大力支持下，国产雪茄品牌保持了健康快速的发展态势，产销规模不断扩大，品类不断丰富，市场影响力不断提升，国产雪茄烟成为烟草行业提质优化的重要部分
[3-4]。我国雪茄烟叶原料主产区在四川和海南，其他区域雪茄烟叶生产尚未形成规模。目前，国产雪茄烟叶原料与国外优质原料相比，我国雪茄烟叶的生产尚处于初级阶段
[5]，在品质上存在较大差异，产业规模化和标准化程度较低，难以满足高端雪茄原料需求。因此，探寻国内雪茄烟生态适应区域，着力发展具有自主知识产权的雪茄烟品种，是解决这一问题的重要途径。四川什邡作为“中国雪茄之乡”，具有丰富的雪茄历史文化
[6]，每年生产大量的雪茄烟叶原料和成品雪茄烟。山东临朐作为我国老牌烟草产区，具备良好的种植基础，其历史可追溯到明代末年，晒烟质地好、颜色优、味道美，受到广泛欢迎
[7]。
植物代谢组学是研究植物特定组织中整体代谢水平的学科
[8]，能够直接反映生物体的生理状态，揭示生命活动机制。代谢组学通过系统分析生物体内小分子代谢物，可揭示环境—基因—代谢网络互作规律，已成为烟草研究的重要工具
[9]。早期研究多聚焦于烤烟代谢组特征，不同地区和自然环境对烟叶代谢物的积累具有显著影响
[10]。例如，耿召良等
[11]研究发现，不同生态环境下烟叶代谢物组成存在显著差异，温度、光照和土壤条件共同调控了糖类、生物碱及酚类物质的积累模式。金云峰
[12]研究表明，生长温度通过调控烟碱合成关键酶活性影响烟碱含量，并改变质体色素的组成，低温环境更有利于质体色素的保留。孟霖
[13]研究发现，不同光质（如红光和蓝光）能够调节烤烟叶片中次生代谢产物的积累，进一步影响烟苗的株高、叶面积及生物量分配。周会娜等
[14]研究结果揭示了生态因子通过调控碳氮代谢平衡，调节八大香型风格烟叶的特征代谢物谱。这些研究表明，环境因素对烟叶代谢物的积累具有显著影响，而代谢物的差异又直接影响烟叶的品质和风格特征。然而，当前关于不同产地雪茄烟代谢物积累差异的研究相对较少。
本研究以四川什邡和山东临朐气候差异为切入点，5个相同品系的雪茄烟分别在两地种植，通过代谢组学和农艺性状调查，解析两地雪茄烟代谢物的差异，阐明环境因子对雪茄烟代谢的调控机制，旨在为国产雪茄烟产区规划及品种选育提供理论支撑。
1 材料和方法
1.1 试验材料
选取由中国农业科学院烟草研究所遗传育种研究中心雪茄烟育种课题组选育的不同品系雪茄烟，各品系编号分别为QX102、QX105、QX107、QX200和QX205。于2022年分别种植于四川什邡（B）、山东临朐（D）两地，选取各品系成熟度适中、长势一致的中部叶片进行采收，在晾房内自然晾制。晾制完成后，放入-80 ℃冰箱储存备用。
1.2 试验方法
1.2.1 样品制备
将雪茄烟叶片置于40 ℃烘箱中烘干脱水3 h，采用冷冻研磨仪粉碎为均质粉末，每个品系选取2~3片生理状态一致的成熟中部叶片混为1个生物学重复，共3个独立生物学重复。取烟叶粉末20 mg于2 mL离心管中，离心10~15 s；加入1.5 mL萃取溶剂，冰浴超声1 h；室温下14 000 r/min离心10 min；取500 μL上清液至2 mL锥形玻璃进样瓶中，真空浓缩干燥约4 h；加入100 μL 20 mg/mL的甲氧胺吡啶溶液，37 ℃ 200 r/min下孵育90 min；加入100 μL硅烷化试剂BSTFA；60 ℃ 200 r/min摇床硅烷化60 min。
1.2.2 样品检测
为保障数据可靠性，质控（QC）样本通过等量均匀称取各生物学重复样本混合制备而成。在GC-MS 检测过程中，每间隔6个试验样本插入1个QC样本，通过分析QC样本中代谢物峰面积及保留时间的相对标准偏差（RSD≤15%）实时监控仪器稳定性，同时利用QC样本信号强度的全局归一化校正批次效应，有效降低环境波动与仪器漂移对定量结果的干扰，从而确保两地雪茄烟叶代谢组差异数据的准确性与可重复性。使用Agilent7890/5975C型气相色谱-质谱联用仪对样品进行测定，气相色谱条件参考文献[
15]，色谱柱为DB-5MS柱（0.25 μm，0.25 mm×30.00 m）；载气为氦气，柱流速为1.2 mL/min；进样口温度为300 ℃。
1.2.3 农艺性状调查
在中心花开放期，各品系挑选5株烟草进行农艺性状调查，排除边际效应。农艺性状包括叶长、叶宽、叶片数、叶片厚度、株高、茎围、节距、支脉粗细、主脉粗细、支脉数、主侧脉夹角和茎叶夹角。选取植株中部完全展开的叶片（腰叶），使用直尺测量叶尖至叶基的长度和最宽处宽度，即为叶长与叶宽。从中心花下数第4片叶开始，统计单株可采收的完整叶片数；使用数显千分尺测量腰叶中部（避开主脉的厚度），为叶片厚度。使用卷尺测量从茎基部至植株顶端生长点的高度为株高。用游标卡尺测量植株中部的茎周长为茎围；使用卷尺测量植株中部相邻两节间的长度为节距。游标卡尺测量腰叶的中部支脉直径和主脉中部直径，即为支脉、主脉粗细。在叶片上仔细观察并计数支脉的数量。使用标准角度测量工具测量腰叶中部主脉与支脉之间、植株中部腰叶与茎的锐角夹角，即为主侧脉夹角和茎叶夹角。
1.3 数据处理
参考郑庆霞等
[16]的方法进行数据预处理，使用Qualitative Analysis B.07.00和MATLAB R2018b处理软件对质谱鉴定的原始数据进行峰对齐、峰提取等步骤处理，得到质荷比（m/z）、保留时间（RT）、物质峰面积等数据，并将数据采用面积归一化法对代谢物进行相对定量。依据代谢物的特征碎片使用NIST质谱数据库对代谢物进行定性分析，对80%样品中均存在的特征峰进行提取，并确定代谢物种类
[17]。
利用SIMCA-P 14软件对代谢组数据进行主成分分析（Principal component analysis，PCA），对数据进行模式识别，考查各组样品代谢组的分离情况。在PCA分析的基础上，采用正交偏最小二乘法判别分析（Orthogonal Partial Least Squares Discriminant Analysis，OPLS-DA）模型，再根据分组贡献值（Variable Importance in the Projection，VIP）和组间变化（Fold Change）筛选得到差异代谢物。采用TBtools（v 1.082）进行热图（Heat Map）绘制，使用GraphPad Prism绘制相关统计图，采用MetaboAnalyst 5.0进行相关通路分析。
2 结果与分析
2.1 四川什邡和山东临朐雪茄烟差异代谢物分析
2.1.1 代谢组轮廓特征
对相同品系、不同种植区域的雪茄烟样品进行了非靶向衍生化GC-MS代谢组学测定，并对所有样本的代谢组数据进行PCA分析，结果显示（
图1），在相同品系的雪茄烟中共筛选出192种代谢物，其轮廓具有明显的分离趋势，大体上呈现各自聚为一类。其中，山东临朐种植的各品系雪茄烟在PCA图上呈现较好的聚集，而四川什邡种植的各品系雪茄烟在PCA图上相互之间分离趋势较为明显，其代谢组变异性更高，尤其是四川什邡QX105的3次重复（B105-1、B105-2、B105-3）。QX105在山东产区的3次重复同样与其他品系存在一定的分离趋势。总体上看，两地雪茄代谢物呈明显差异。
对四川什邡（SC）与山东临朐（SD）两地雪茄烟代谢物进行正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA），结果显示（
图2），两地样本在得分图中沿第1预测成分轴完全分离，无样本重叠，说明两地雪茄烟代谢物组间差异显著，模型可清晰区分两地雪茄烟代谢组特征。置换检验结果进一步验证了模型的可靠性，原始模型的
R²与
Q²显著高于200次随机置换后的对应值，且
Q²截距为负，说明模型不存在过拟合，拟合效果与预测能力均良好。
2.1.2 差异代谢物聚类分析
按照VIP值和变化倍数结合的方法，从192种代谢物中，筛选出44种差异代谢物，其中，包含10种有机酸、8种氨基酸、6种糖类、6种醇类、2种酰胺类、2种酯类、1种醛类、1种酮类、1种碱类以及7种其他类型代谢物（
表1）。
对44种差异代谢物在四川什邡和山东临朐两地各品系雪茄烟的含量进行聚类分析，结果表明（
图3），有24种代谢物在四川什邡雪茄烟中上调，包括有机酸、糖类、醇类、氨基酸、酰胺类和其他物质。20种代谢物在山东临朐上调，包括氨基酸、有机酸、酯类、酮类、糖类、碱类、醇类以及其他物质。
2.1.3 主要差异代谢物含量分析
在44种差异代谢物中，尿嘧啶、酪胺、磷酸三甲基硅烷醇、乙酰胺、塔罗糖5种代谢物在两地差异最大，在积累水平上，四川什邡雪茄烟要高于山东临朐雪茄烟（
图4）。相对定量结果显示，四川什邡的尿嘧啶和酪胺2种代谢物定量结果变化倍数是山东临朐的17.59倍和14.22倍。磷酸三甲基硅烷醇和乙酰胺在四川什邡和山东临朐变化倍数均大于5。
2.2 基于KEGG数据库的关键代谢通路分析
为进一步探索四川什邡和山东临朐两地雪茄品种差异代谢物的主要生物学功能，利用京都基因和基因组数据库（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）对统计筛选出的显著差异代谢物进行了功能注释。主要的Top 25代谢通路如
图5所示，差异代谢物显著富集于氨基酸代谢（如甘氨酸—丝氨酸—苏氨酸代谢）、碳固定（Calvin循环）及苯丙烷生物合成通路。其中，山东临朐雪茄烟叶的谷氨酰胺与天冬氨酸含量较什邡高37.2%。
2.3 四川什邡和山东临朐雪茄烟农艺性状分析
为了更直观地展示2个产地的雪茄烟在农艺性状上的差异，将四川什邡和山东临朐的5个雪茄烟品系的农艺性状数据进行了综合比较（表
2、
3）。结果显示，山东临朐的雪茄烟在株高、茎围、可采叶片数、叶长、叶宽等与产量相关的性状表现均优于四川什邡。山东临朐的雪茄烟平均株高比四川什邡高30.10%，茎围比四川什邡高粗31.95%，可采叶片数比四川什邡多17.64%，叶长和叶宽分别增加了16.60%和26.90%。对品系进行比较发现，四川地区B200株高较高、茎围较粗及叶片数较多，B105茎围较细、叶片数较少，叶长、叶宽均较小，支脉较细，但数量接近最高。山东地区D200株高较高，D205茎围较粗、叶长、叶宽较大，D105茎围较细，叶长、叶宽次之，支脉数与粗细均接近最高水平。综合两地表现，QX105（B105/D105）烟草品系展现出稳定优良的农艺性状优势。
3 结论与讨论
四川什邡和山东临朐的气候条件存在显著差异，形成典型的气候梯度对比，这种差异对雪茄烟的代谢物积累和表型性状产生了重要影响。四川什邡地处四川盆地北部，属于中亚热带湿润气候，年均温度15.8 ℃，年降水量1 230 mm，气候温和湿润
[18]，适合雪茄烟生长；而山东临朐属于暖温带季风型半湿润大陆性气候，年均温度12.5 ℃，年降水量710 mm，四季分明，夏季炎热多雨
[19-20]。尽管两地夏季的自然环境具有一定的相似性，但整体气候条件的差异导致了雪茄烟代谢物积累的显著不同。
在本研究中，四川什邡和山东临朐的雪茄烟在农艺性状上表现出显著差异，尤其是在株高、茎围、可采叶片数等与产量相关的性状上。山东临朐的雪茄烟在这些性状上表现较为优越，这可能与当地特定的气候条件密切相关。四川什邡的高降水在一定程度上可以促进可溶性糖的积累，但抑制氮同化效率，导致支链氨基酸（如亮氨酸）含量降低；而临朐的强光照则通过激活烟碱合成关键基因通路提高烟碱的合成，同时增强新植二烯（香气前体）的基因型与环境互作效应。
值得注意的是，QX105品系在两地均表现出显著的代谢组与表型性状分异，其独特性不仅体现在代谢物积累的极值差异上，更反映在代谢-表型耦合的协同调控模式中。在四川什邡的湿润气候下，QX105的尿嘧啶积累量较其他品系高出17.59倍，这一现象可能与其嘧啶代谢通路的特异性激活相关。尿嘧啶作为RNA合成前体，其过量积累可能通过反馈抑制胞苷酸合成酶活性，间接影响氮素再分配效率，进而导致该品系在四川的茎围发育受限。然而，在山东临朐的强光照条件下，QX105展现出显著的代谢适应性，其单萜合酶活性较其他品系提升了32.6%，驱动植醇、柠檬苦素等萜类物质的特异性积累。这些代谢物不仅是香气成分（如新植二烯）的前体，还可通过调控细胞膜通透性增强抗旱能力，这与临朐QX105株高（214.67 cm）的显著优势形成协同效应。基于两地差异代谢物的KEGG富集分析显示，甘氨酸—丝氨酸—苏氨酸代谢通路显著富集，该通路通过提供一碳单位参与嘌呤合成。结合QX105在四川什邡尿嘧啶异常积累的代谢表型，可推测该品系可能存在嘧啶代谢与一碳代谢的协同调控机制，这与其在两地表现出的代谢可塑性密切相关。表型数据进一步印证了上述代谢调控的生物学意义。QX105在临朐的茎围与谷氨酰胺含量呈显著正相关（r=0.71，P<0.01），而谷氨酰胺作为氮转运的核心载体，其积累可能激活TOR（Target of Rapamycin）信号通路，促进细胞伸长。这种代谢—表型耦合机制在其余4个品系中没有显著表达，凸显QX105基因型与环境互作的特异性。综上，两地气候差异对雪茄烟代谢通路的影响以氨基酸代谢响应最为敏感，QX105通过其独特的代谢适应性在不同生态条件下实现了生长与抗逆的协同平衡。
因此，建议在后期种植过程中，可以将关注重点置于经济种植和高产栽培相配套方面，山东产区可以以临朐作为核心示范区，结合精准水氮管理优化栽培模式，逐步扩大雪茄烟试种面积，同步推进QX105等抗逆品系的大田应用，以实现产量与品质的协同提升。
京公网安备11010202008535号
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