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作物杂志,2022, 第5期: 208–214 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2022.05.030

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

基于因子分析和聚类分析的烤烟游离氨基酸含量区域特征研究

贾国涛1(), 张俊岭1, 魏壮状1, 袁岐山1, 王宝林1, 王晓瑜2, 马胜涛1, 杨欣玲1, 张子颖1, 张世英1, 贾世伟1, 陈洋1(), 刘惠民2()   

  1. 1河南中烟工业有限责任公司,450000,河南郑州
    2中国烟草总公司郑州烟草研究院,450001,河南郑州
  • 收稿日期:2021-07-12 修回日期:2021-10-27 出版日期:2022-10-15 发布日期:2022-10-19
  • 通讯作者: 陈洋，主要从事烟草化学分析研究，E-mail：joybaolin@qq.com; 刘惠民为共同通信作者，主要从事烟草化学分析研究，E-mail：liuhuimin63@x263.net
  • 作者简介:贾国涛,主要从事烟叶原料研究,E-mail： aodibenz@126.com
  • 基金资助:
    河南中烟工业有限责任公司项目(2019410001340052)

Research on the Regional Characteristics of Contents of Free Amino Acids in Flue-Cured Tobacco Based on Factor Analysis and Cluster Analysis

Jia Guotao1(), Zhang Junling1, Wei Zhuangzhuang1, Yuan Qishan1, Wang Baolin1, Wang Xiaoyu2, Ma Shengtao1, Yang Xinling1, Zhang Ziying1, Zhang Shiying1, Jia Shiwei1, Chen Yang1(), Liu Huimin2()   

  1. 1China Tobacco Henan Industry Co., Ltd. Zhengzhou 450000, Henan, China
    2Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC, Zhengzhou 450001, Henan, China
  • Received:2021-07-12 Revised:2021-10-27 Online:2022-10-15 Published:2022-10-19

RichHTML

3

PDF (PC)

225

摘要：

以17个省份56个地区的168份烟叶样品为研究对象,分析烤烟游离氨基酸含量差异性及其相关性,通过因子分析和聚类分析对烤烟游离氨基酸含量进行区域特征研究。结果表明,烤烟游离氨基酸均值总量为12 054.52μg/g,范围为7559.54~23 460.83μg/g,其中脯氨酸含量最高。烤烟游离氨基酸大部分存在显著相关性,其中缬氨酸、丝氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸含量相关性不明显。因子1方差贡献率（58.74%）大于50%,因此认为,苏氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、组氨酸、色氨酸和精氨酸是烤烟的特征游离氨基酸。聚类分析将烤烟样品分为3个类群,第1类群以清香型产区为主,总量均值为12 861.4μg/g;第2类群以中间香型产区为主,总量均值为10 712.02μg/g;第3类群包括漯河和平顶山产区,总量均值为22 509.41μg/g,3个类群烤烟游离氨基酸总量均存在显著性差异。

关键词: 烤烟, 游离氨基酸, 相关性, 因子分析, 聚类分析

Abstract:

A total of 168 tobacco samples from 56 areas in 17 provinces were taken as materials, the differences and correlations of free amino acids in flue-cured tobacco were analyzed, and the regional characteristics of free amino acids were studied by factor analysis and cluster analysis. The results showed that, the mean total free amino acid was 12 054.52μg/g, ranging from 7559.54 to 23 460.83μg/g, with the highest content of Pro. Most of the free amino acids in flue-cured tobacco had significant correlations, but Val, Ser, Cys and Met were not significantly correlated. Variance contribution rate (58.74%) of factor 1 was higher than 50%, so it was considered that Thr, Asn, Glu, Gln, Leu, Tyr, Phe, Lys, His, Trp and Arg were the characteristic free amino acids of flue-cured tobacco. The samples from 56 regions were divided to three groups by cluster analysis. The first group was dominated by fragrant-scented producing areas, with an average value of 12 861.4μg/g; the second group was dominated by intermediate-scented producing areas, the average value was 10 712.02μg/g; the third group includes Luohe and Pingdingshan producing areas, and the average value was 22 509.41μg/g. There were significant differences in the total amount of free amino acids in flue-cured tobacco among the three groups.

Key words: Flue-cured tobacco, Free amino acid, Correlation, Factor analysis, Cluster analysis

表1

烤烟材料产地信息

编号
Number		 产地
Origin		 编号
Number		 产地
Origin		 编号
Number		 产地
Origin
N01 云南玉溪 N20 重庆武隆 N39 河南许昌
N02 云南昆明 N21 湖北恩施 N40 河南平顶山
N03 云南大理 N22 湖北宜昌 N41 河南漯河
N04 云南曲靖 N23 湖北襄阳 N42 河南驻马店
N05 云南红河 N24 湖南郴州 N43 河南南阳
N06 云南普洱 N25 湖南永州 N44 河南洛阳
N07 云南文山 N26 湖南湘西 N45 河南三门峡
N08 云南保山 N27 湖南长沙 N46 陕西安康
N09 云南临沧 N28 湖南邵阳 N47 陕西商洛
N10 云南昭通 N29 广东韶关 N48 陕西汉中
N11 四川凉山 N30 广西百色 N49 陕西宝鸡
N12 四川泸州 N31 广西贺州 N50 陕西延安
N13 四川宜宾 N32 安徽宣城 N51 山东潍坊
N14 贵州黔西南 N33 江西赣州 N52 山东临沂
N15 贵州遵义 N34 江西抚州 N53 辽宁丹东
N16 贵州毕节 N35 江西吉安 N54 吉林长春
N17 贵州黔南 N36 福建三明 N55 黑龙江牡丹江
N18 贵州铜仁 N37 福建龙岩 N56 黑龙江哈尔滨
N19 重庆巫山 N38 福建南平

表2

烤烟游离氨基酸含量描述统计

指标
Index		 均值
Average (μg/g)		 范围
Range (μg/g)		 标准差
SD		 变异系数
CV (%)
Asp 210.37 94.88~651.07 95.60 45.44
Thr 48.51 22.26~124.80 17.67 36.42
Ser 299.90 200.74~501.82 64.87 21.63
Asn 777.29 284.67~4062.87 590.29 75.94
Glu 189.25 91.91~682.77 96.67 51.08
Gln 532.25 129.34~2055.97 321.40 60.38
Gly 23.90 13.16~42.08 6.14 25.69
Ala 498.92 330.52~735.05 86.48 17.33
Val 416.42 309.54~563.13 55.61 13.35
Cys 64.42 35.93~166.37 23.29 36.15
Met 4.49 1.70~12.93 2.17 48.33
Ile 6.47 3.42~11.54 1.83 28.34
Leu 13.31 6.73~36.50 5.48 41.16
Tyr 49.44 22.90~122.39 16.16 32.68
Phe 135.06 65.12~647.80 84.91 62.87
4-Gaba 152.44 62.77~327.51 56.85 37.29
Lys 23.73 10.01~109.39 15.20 64.04
His 99.00 39.23~369.80 50.67 51.18
Trp 138.54 30.36~478.09 67.97 49.06
Arg 28.54 9.55~92.56 12.79 44.82
Pro 8342.26 4856.57~14 718.19 1942.49 23.28
总量Total 12 054.52 7559.54~23 460.83 2906.63 24.11

图1

烤烟游离氨基酸相关性分析 “*”、“**”和“***”分别表示在0.05、0.01和0.001水平上的显著相关

图2

不同区域烤烟游离氨基酸含量的热图分析

表3

主成分分析的特征值与方差贡献率

因子
Factor		 特征值
Eigenvalue		 贡献率
Contribution (%)		 累积贡献率
Cumulative contribution (%)
1 12.34 58.74 58.74
2 2.33 11.09 69.83
3 1.43 6.81 76.65
4 1.18 5.63 82.27
5 0.95 4.54 86.81
6 0.72 3.45 90.26
7 0.63 2.98 93.24
8 0.34 1.62 94.86
9 0.27 1.30 96.16
10 0.18 0.85 97.01
11 0.14 0.66 97.67
12 0.11 0.52 98.19
13 0.09 0.45 98.64
14 0.07 0.34 98.97
15 0.06 0.28 99.25
16 0.04 0.21 99.46
17 0.03 0.16 99.62
18 0.03 0.15 99.77
19 0.02 0.11 99.87
20 0.02 0.08 99.95
21 0.01 0.05 100.00

表4

主成分分析的载荷矩阵

指标
Index		 载荷向量Load vector 特征向量Feature vector
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
Asp 0.48 0.50 0.05 -0.25 -0.34 0.14 0.33 0.04 -0.23 -0.35
Thr 0.93 0.08 0.12 0.11 0.03 0.26 0.05 0.10 0.10 0.04
Ser 0.02 0.44 0.78 0.12 0.29 0.01 0.29 0.65 0.11 0.30
Asn 0.93 -0.01 -0.03 -0.23 -0.12 0.27 -0.01 -0.03 -0.21 -0.12
Glu 0.89 -0.01 0.05 0.02 -0.31 0.25 0.00 0.04 0.02 -0.31
Gln 0.95 0.01 0.14 -0.04 0.05 0.27 0.01 0.12 -0.04 0.05
Gly 0.82 -0.03 0.06 0.36 -0.09 0.23 -0.02 0.05 0.33 -0.09
Ala 0.70 -0.20 -0.07 0.45 0.22 0.20 -0.13 -0.05 0.41 0.22
Val -0.13 0.81 0.27 0.29 -0.12 -0.04 0.53 0.22 0.27 -0.12
Cys 0.34 0.71 -0.07 -0.33 0.10 0.10 0.46 -0.06 -0.30 0.10
Met 0.16 0.42 -0.49 -0.12 0.64 0.04 0.28 -0.41 -0.11 0.66
Ile 0.68 0.44 -0.37 0.29 -0.02 0.19 0.29 -0.31 0.27 -0.02
Leu 0.88 -0.15 -0.25 0.26 0.01 0.25 -0.10 -0.21 0.24 0.01
Tyr 0.90 0.07 0.12 -0.05 -0.05 0.26 0.04 0.10 -0.05 -0.05
Phe 0.93 -0.03 -0.07 -0.24 -0.09 0.26 -0.02 -0.06 -0.23 -0.10
4-Gaba 0.87 0.04 -0.05 0.37 0.01 0.25 0.02 -0.04 0.34 0.01
Lys 0.94 -0.02 -0.03 -0.24 0.04 0.27 -0.01 -0.03 -0.23 0.04
His 0.95 -0.21 0.07 -0.15 0.05 0.27 -0.14 0.05 -0.14 0.06
Trp 0.89 -0.25 0.12 -0.04 0.02 0.25 -0.16 0.10 -0.03 0.02
Arg 0.90 0.08 -0.09 -0.20 0.08 0.26 0.05 -0.07 -0.18 0.08
Pro 0.54 -0.41 0.45 -0.17 0.36 0.15 -0.27 0.38 -0.15 0.36

表5

不同区域烤烟游离氨基酸的主成分得分

产地
Origin		 主成分得分
Principal component score		 F综合得分
F comprehensive
score		 排序
Rank
Z1 Z2 Z3 Z4 Z5
N01 0.26 -1.09 0.76 0.25 0.19 0.12 24
N02 1.95 0.18 1.89 0.47 -0.86 1.48 12
N03 -2.08 1.35 3.92 0.36 0.42 -0.88 29
N04 0.31 1.46 1.24 0.68 -0.13 0.53 22
N05 -1.49 0.32 1.45 -0.07 -0.81 -0.90 31
N06 3.71 0.87 2.14 1.15 -0.58 2.83 4
N07 -1.10 -0.24 0.02 -0.76 1.35 -0.75 28
N08 -1.62 -0.40 2.15 -0.52 0.44 -0.99 32
N09 1.23 1.50 1.70 0.14 1.32 1.24 17
N10 -1.66 -1.96 0.87 -0.59 0.87 -1.30 40
N11 -2.05 -0.99 0.47 -0.72 -0.09 -1.53 42
N12 0.91 0.28 0.85 0.87 -0.51 0.75 19
N13 1.73 0.26 -0.33 2.63 -1.11 1.29 15
N14 -2.33 0.05 0.21 0.16 0.10 -1.54 43
N15 -0.38 -0.83 -0.20 0.19 -0.88 -0.41 27
N16 -1.82 0.16 0.87 -0.03 1.37 -1.07 34
N17 -2.66 -0.72 0.60 -0.46 -0.66 -1.91 46
N18 3.54 2.30 -2.53 2.16 2.50 2.76 5
N19 -2.48 -0.55 1.34 -0.03 0.93 -1.60 44
N20 1.58 -0.86 1.32 0.22 -0.51 1.05 18
N21 -1.84 -0.33 -0.27 0.56 -0.13 -1.28 39
N22 0.55 0.23 1.85 0.43 0.85 0.62 20
N23 -1.56 -0.38 -0.81 -0.62 0.10 -1.20 37
N24 -1.48 -0.57 -0.67 -0.77 0.30 -1.16 35
N25 -3.26 0.50 -1.92 -0.60 -0.57 -2.36 50
N26 2.54 1.07 -0.90 1.43 0.31 1.89 8
N27 -3.95 0.54 -1.57 -0.42 0.07 -2.75 54
N28 -3.56 -0.31 -0.68 -0.32 -0.27 -2.54 52
N29 -4.15 -0.20 -0.87 -1.10 -1.38 -3.05 55
N30 3.10 0.23 0.19 -1.59 -3.18 1.87 9
N31 -2.67 -0.37 -1.41 -1.19 1.45 -1.97 48
N32 0.31 -1.00 -0.88 0.82 -1.30 0.00 25
N33 -2.25 -0.81 -0.66 -0.30 -0.53 -1.72 45
N34 -3.52 -0.46 -0.84 -0.08 -0.87 -2.56 53
N35 -4.27 -0.74 -1.13 0.19 -0.58 -3.09 56
N36 -1.62 1.35 0.57 1.06 -1.59 -0.89 30
N37 -2.84 0.36 -0.88 -0.51 -0.09 -1.98 49
N38 -3.56 0.84 -1.21 -0.08 -0.29 -2.42 51
N39 2.36 -2.01 -1.31 -1.16 1.85 1.26 16
N40 8.52 -2.64 0.19 -0.83 0.97 5.44 2
N41 17.45 -1.03 -0.47 -2.79 -0.85 11.41 1
N42 -1.89 -1.90 -0.02 0.59 0.21 -1.47 41
N43 -1.33 -1.08 -0.66 0.10 0.39 -1.06 33
N44 3.84 1.64 -1.18 2.60 -0.75 2.84 3
N45 2.26 -0.37 -0.19 -0.20 0.75 1.49 11
N46 0.24 -0.79 0.00 -0.34 -1.46 -0.04 26
N47 -1.32 -2.36 -0.46 -0.42 0.49 -1.23 38
N48 2.20 -0.80 -0.19 1.34 0.08 1.46 13
N49 -1.68 -0.34 0.15 -0.27 -0.32 -1.20 36
N50 -2.65 -0.73 0.84 -1.94 0.63 -1.91 47
N51 3.18 -2.30 -1.62 2.42 -0.53 1.86 10
N52 2.97 -0.95 -0.32 1.13 1.19 2.00 7
N53 -0.52 5.21 -0.62 -1.11 0.14 0.20 23
N54 1.53 1.95 0.83 -0.03 1.18 1.41 14
N55 0.52 1.80 -0.60 0.24 0.60 0.58 21
N56 2.83 5.64 -1.01 -2.35 -0.21 2.39 6

图3

不同区域烤烟游离氨基酸含量聚类分析

表6

3个类群烤烟游离氨基酸含量分析

指标
Index		 第1类群
Group 1		 第2类群
Group 2		 第3类群
Group 3
Asp 258.81±116.31a 167.71±41.42b 268.92±155.03a
Thr 58.56±8.76a 36.78±7.99c 103.85±29.62a
Ser 315.06±65.23a 290.96±64.56a 252.12±9.56a
Asn 968.90±294.05b 465.13±115.11c 3160.34±1276.37a
Glu 231.61±65.16b 134.63±28.64c 500.14±258.28a
Gln 680.37±148.50b 333.72±113.49c 1732.86±456.95a
Gly 27.82±4.82b 19.74±2.45c 39.31±0.81a
Ala 551.52±78.11a 447.42±54.11b 640.24±9.85a
Val 432.59±51.96a 409.13±54.18a 331.86±26.45b
Cys 72.99±31.46a 55.89±8.03b 89.31±3.82a
Met 4.88±2.60a 4.16±1.78a 4.64±1.94a
Ile 7.56±1.71a 5.38±0.98a 9.82±1.88a
Leu 15.59±4.28b 10.24±1.71c 31.96±6.42a
Tyr 57.32±8.62b 39.71±8.47c 101.02±30.22a
Phe 159.77±36.02b 92.68±16.38c 474.22±245.48a
4-Gaba 192.13±39.99b 112.53±26.18c 274.74±74.62a
Lys 28.27±6.55b 15.85±3.11c 87.39±31.11a
His 115.69±20.49b 71.94±18.46c 304.54±92.30a
Trp 161.94±38.18b 103.97±36.10c 376.26±144.02a
Arg 32.86±6.31b 21.87±6.31c 76.75±22.36a
Pro 8487.14±1779.65b 7872.57±1541.97b 13 649.12±1511.89a
总量
Total		 12 861.40±1923.95b 10 712.02±1755.95c 22 509.41±1345.51a
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