烟草综合利用及研究进展

王承福，赵 爽，葛永辉，丁根胜，李永青，黄新民，耿召良＊

（1．云南中医学院中药学院，云南昆明650500；2．贵州省烟草科学研究院，贵州贵阳550081）

烟草综合利用及研究进展

王承福1，赵 爽1，葛永辉2，丁根胜2，李永青2，黄新民2，耿召良2＊

（1．云南中医学院中药学院，云南昆明650500；2．贵州省烟草科学研究院，贵州贵阳550081）

为提高烟草的综合利用价值，促进烟草产业的健康持续发展，从烟草的药用价值、模式植物和生物农药等方面的研究进行综述，分析烟草在医药、农业及生物化学等方面的应用，为烟草综合利用提供新的思路。

烟草；药用价值；综合利用

烟草属于双子叶植物纲（Dicotyledoneae）管花目（Tubiflorae）茄科（Solanacea）烟草属（Nicotiana）一年生草本植物，是重要的经济作物。我国对烟草的利用方式比较单一，至今仍沿袭传统的生产模式，专用于制作卷烟、旱烟、水烟及雪茄烟等非生活必须嗜好品。烟草除主要用于卷烟作用外，还可从中提取多种化学成分应用于生产食品、饲料、医药以及农药等行业。因此，烟草的综合利用成为国内外烟草行业21世纪的重要研究方向［1］。烟草易于通过组织培养得到再生的转化烟株，有研究报道，利用转基因烟草可研制治疗癌症等疾病的生物药品和防治其他疾病的疫苗［2］。烟草具有烟草花叶病毒、炭疽病、白粉病、根结线虫病、烟草曲叶病毒、烟青虫、烟蚜等典型病虫害，其作为模式植物在非烟草领域研究中取得较多成果［3］。烟碱是烟草的主要成分，一直被认为是有害物质，随着对其研究的不断深入和发展，发现烟碱对帕金森氏综合症（Parkinson disease＇s，PD）和阿尔茨海默病（Alzheimer＇s disease，AD）具有一定预防和治疗作用［4－5］。烟碱在农业上的用途也十分广泛，可作为生物性农药及高效杀虫剂在生产中应用。

我国烟草种植面积及产量均居世界之首，在烟草的采收、加工过程中产生大量的废弃物，大部分被丢弃或焚烧，如何综合利用烟草成为烟草行业迫切解决的问题。为提高烟草的综合利用价值，促进烟草产业的健康持续发展，笔者从烟草的药用价值、模式植物和生物农药等方面的研究进行综述，旨在为烟草的综合利用提供思路。

1烟草的药用价值

1．1本草概述

历代本草和中医药文献均对烟草的药用价值有记载，《本草备要》记载烟草辛温有毒，治疗风寒湿痹、滞气停痰、山岚瘴雾；《滇南本草》记载烟草味辛、麻，性温，有大毒，治疗若毒疗疮、痈搭背、无名肿毒、一切热毒恶疮。中医认为，烟草辛温、有毒，具有祛风湿、开窍醒神、行气止痛、活血消肿等功效。历代医家对烟草的药用都有详尽的叙述。

1．2药用活性成分

近几十年来，国内外学者对烟草进行了大量的研究，烟草中所含的化合物比其他植物丰富，为新药的开发提供了基础，从烟草中寻找新的有效活性成分成为最近研究的热点。

1．2．1多酚类 烟草富含多酚类物质，对多种病毒和致病菌有较强的抑制和杀灭作用。在烟草中发现的酚类化合物包括单宁类（绿原酸及其异构体、咖啡酸等）、香豆素类（莨菪灵、莨菪亭、七叶亭等）、黄酮类（芸香糖苷、葡萄糖苷、鼠李糖苷、槲皮素－3－O－葡萄糖苷、山萘酚－3－O－芸香糖苷等）、花色素类（花色素－3－芸香糖苷、花葵素－3－芸香糖苷等）和简单酚衍生物等。其中，以绿原酸和芸香苷含量较高，占烟草中植物多酚含量的80%以上［6］。绿原酸有利胆、降压、抗菌、消炎及升高白细胞作用，对急性咽喉炎症及皮肤病有显著疗效［7］，还有望成为抗艾滋病毒（HIV）的先导化合物［8］。绿原酸也是一种有效的酸性抗氧化剂，其抗氧化能力强于咖啡酸，与羟苯酸、阿魏酸、丁香酸和丁基羟基甲苯的抗氧化性相当［9］。冷红琼等［10］利用香料烟叶提取出3个新的黄酮糖苷，在不同程度上有抗癌细胞的活性。香豆素是一类含有一个或几个苯丙素基本单元的天然化合物，具有抗艾滋病毒HIV、抗癌、抗炎、抗凝血以及对心血管影响等明显的生物学活性［11－14］，在烟草中也大量分布，王燕等［15］在红花大金元中部烟叶中提取到的东莨菪苷是自然界中重要的一种香豆素类化合物。

1．2．2生物碱类 烟草生物碱是烟属含量很高的一类植物碱，目前已从烟草中分离、鉴定出40余种生物碱。烟叶中主要生物碱有烟碱、降烟碱、新烟草碱和假木贼碱，总生物碱含量在1%～9%，其中以烟碱含量最高，约占烟草总生物碱的95%。烟草生物碱的药用研究资料不多，主要集中在烟碱的提取和应用方面。近年来，随着烟碱研究的逐步深入，烟碱的药用价值也被发掘出来。烟碱一直被认为是烟草中的主要毒性物质，研究证实烟碱可以诱发人体慢性阻塞性疾病、动脉粥样硬化、心血管疾病和肺气肿及肺癌等疾病。严家川等［16－18］认为烟碱对学习记忆障碍具有治疗作用，并对认知功能具有改善作用。另有研究［4－5］认为，尼古丁（烟碱）可以预防并治疗阿尔茨海默病和帕金森氏综合症。White等［19－20］研究认为，使用烟碱贴剂后可缓解帕金森氏综合症和阿尔茨海默病的症状。烟碱或受体激动剂具有改善人体中枢神经系统退变疾病的症状，从而对神经系统具有保护作用［21］，烟碱可以减弱KA诱导大鼠产生的癫痫发作，包括湿狗样抖动及脑损伤程度［22］。烟碱还具有抗炎、杀菌作用，在治疗淋巴结炎、中耳炎、腮腺炎、急性胃肠炎、牙痛、疥疮、毒蛇咬伤、防蚂蝗咬伤、蜈蚣咬伤、泄泻、疔疮、烂脚丫、滴虫性阴道炎、皮肤肛门瘙痒和肛周炎等病方面均有良好的效果［2331］。Rudra等［32－33］研究表明，吸烟对溃疡性结肠炎症状有一定的缓解作用，但结肠切除率与吸烟没有明显差异，症状缓解率也没有明显差异［34］。

1．2．3茄尼醇 茄尼醇是一种不饱和聚异戊二烯醇，在烟叶中含量最高，是目前研究的热点之一，具有抗菌、消炎、抗溃疡和治疗心血管疾病等作用，是合成辅酶Q10、维生素K、抗癌增效剂SDB等的药用中间体原料。由于茄尼醇链长，合成步骤多，因而目前无法进行工业化合成，主要从植物中提取而来［3537］。现代研究表明，茄尼醇具有脂质抗氧化作用和消除集体自由基的功能。马玉兰等［38］研究表明茄尼醇对微粒体的脂质过氧化有一定的抑制作用，对D－半乳糖诱导的衰老模型具有明显的效果。陈保汉等［39］从废弃的烟草叶中提取纯化的茄尼醇对被测菌株中的革兰阴性菌菌（大肠埃希氏菌和铜绿假单胞菌）和革兰阳性菌（金黄色葡萄球菌和草分枝杆菌）具有明显的抗菌活性，而对于枯草杆菌和环状芽孢杆菌活性较弱。

1．2．4挥发油 挥发油又称精油，是植物中普遍存在的一类具有芳香气味的油状液体的总称，各种不同成分组成的挥发油具有广泛的生物活性，如在发汗、解表、止咳、平喘、祛风、镇痛、杀菌等方面具有药用功效。烟草精油在生物活性方面研究较少，Stojanovic等［40］对Otlja烟草精油和超临界萃取物进行抑菌实验，发现烟草精油对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌的抑菌效果强于萃取物；其课题组对Yaka和Prilep烟草精油抑菌研究发现，Yaka精油抑菌效果与对照品相当。

1．2．5烟酸和烟酰胺类 烟酸（又名尼古丁酸）由烟碱氧化得到，与氨反应得烟酰胺。烟酸和烟酰胺是B族维生素（维生素PP俗称Vb5或抗癞皮病维生素），是人体不可缺少的组成成分，参与机体的氧化还原作用，促进新陈代谢过程［41］。烟酸具有扩张脑脊髓血管、促肾充血作用以及缓解末梢血管痉挛作用。烟酰胺是辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的组成部分，用于治疗糙皮病、口角炎、肝脏疾病及日光性皮炎。以烟酸为原料合成具有治疗中枢性呼吸衰竭及循环系统衰竭、高血脂症、冠心病、中风等心血管性疾病的药物，在临床运用越来越多［42］。

1．2．6烟草蛋白 烟草蛋白除了有蛋白质的基本功能外，还有许多特殊功能。烟叶中蛋白可分为可溶性蛋白和不溶性蛋白。据报道，美国学者从新鲜烟叶中分离得到FⅠ蛋白和FⅡ蛋白［43］。FⅠ蛋白对肝病引起的脑功能障碍、降低血清胆固醇和动脉粥样硬化有一定的治疗作用［44］。硒是人体必需的微量元素，与人体健康密切关系，在预防心血管疾病、抗氧化、抗衰老、抗病毒、防癌、保护视力、免疫调节以及某些疾病病因学研究等方面有重要作用［45］。利用烟叶对无机硒的代谢作用得到蛋白质态的硒。对烟草喷施亚硒酸钠能显著提高烟叶中蛋白质硒的含量［46］。有研究报道，蛋白质态的硒与亚硒酸钠等无机硒相比，烟叶硒蛋白具有低毒高效特性，因而烟叶硒蛋白可作为新的硒补充剂治疗相关疾病。

2模式植物

随着生命科学的发展，烟草作为模式植物在植物生命科学研究中，尤其是完成拟南芥等植物的基因组测序后，研究热点转移到基因的功能研究。烟草是典型的基因工程模式植物，在医药基因工程方面的研究和利用中，转基因烟草更是取得了其他植物难以比拟的成就，已经成功地作为生物反应器应用于多种药用蛋白、抗体以及疫苗的生产［3］。此外，烟草的病虫害十分典型，利用转基因工程方法筛选出具有抗性的植株使烟草综合价值得到提升，但该项研究目前还处在初级阶段，有待进一步开发利用。

2．1抗性

2．1．1抗虫性 自1987年首次报道了将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白导入烟草植株内，成功获得了抗烟天蛾的转基因烟株，植物抗虫基因有了很大的发展。利用Bt毒素基因在叶绿体中表达无需修饰，张中林等［47］将目的基因与水稻叶绿体基因的启动子和终止子构成表达盒，连同烟草叶绿体基因组同源片段和标记基因仪器构成叶绿体转化体pTRS8，再生植株对谷实夜蛾Heliothis zea 3龄幼虫具有较强的毒杀作用，并能显著抑制幼虫蜕皮和生长发育。随着转基因抗虫烟草研究的深入，将继续为烟草筛选外源抗虫基因以及其他农作物在抗虫植株的筛选奠定基础。

2．1．2抗逆性 钾元素是烟草的重要元素，对烟草生理生化、品质和抗逆性具有重要的作用。钾以离子的形式存在于植物中，钾能提高酶的活性、促进光合作用和光合产物的运输，在脂肪代谢及蛋白质代谢中具有重要功能。钾离子通道是允许钾离子特异性的通透质膜的离子通道，是植物钾离子吸收的重要途径之一［48－49］。施卫明等［50］利用根瘤农杆菌已成功地把KAT1和AKT1导入拟南芥和野生型烟草，并获得转基因植株及其纯合株系，发现转基因植株的吸钾速率和对钾的累积能力都比对照明显提高。研究证明转钾离子通道基因烟草不仅可以提高植物体对钾的吸收利用率，使烟草的品质和产量得到较大幅度的提高，而且对烟草的抗旱性、抗寒性、抗病性和耐盐碱性等抗逆能力也有很大提高。目前对烟草转钾离子通道基因研究不多，希望将来通过分子手段对相关抗逆性基因克隆和分析，利用转基因技术将目标基因导入烟草，改良烟草的胁迫抗性［51］。

2．2生物制品

随着分子生物学技术与重组DNA的发展，利用植物表达系统作为药用蛋白（如抗体、疫苗等）的“分子加工厂”，通过各种基因工程手段生产出药用蛋白高水平、高活性表达、价格低廉、易于运输及保存的生物制品。自1989年Hiatt等［52］第一次在烟草中成功表达了能够正确组装并具有功能的免疫球蛋白以来，烟草作为生物反应器较其他植物具有不可比拟的优点。烟草由于其安全、环保、转基因技术体系成熟，已成为生产药用蛋白的理想载体，并生产出一系列的药用蛋白（如抗体、疫苗等）。

2．2．1抗体研究 自1989年Hiatt等［52］首次报道在植物中进行抗体基因的表达研究以来，短短20余年这类研究已日益深入。吴有强等［53］认为，小分子抗体更适于植物抗病和基础理论研究，并以抗乙脑病毒单克隆抗体重链可变区为目的基因，在烟草中建立表达工程抗体的植物表达系统，试验结果证实植物表达的抗体可以具有较为理想的生物活性。2003年Hilary Koprowski研究小组已经成功地利用烟草表达人源抗狂犬病毒克隆抗体，但蛋白产量低，随后科研人员将人源抗狂犬病毒抗体的基因进行修饰，使其得到高效表达［54－55］。

2．2．2疫苗研究 传统疫苗在预防疾病的传播过程中发挥重要作用，但其生产成本高、接种方式复杂及存在潜在的安全性问题。现今，大量的疫苗类蛋白质已经在烟草植株中产生。美国Large Scale Biological Corp．公司的研究人员从淋巴肿瘤患者身上获得肿瘤基因导入烟草野生种的细胞组织中生产出适合不同病人的癌症治疗疫苗。通过这种方式生产的癌症治疗疫苗，可以为大规模生产适合不同病人情况的个性化医药提供借鉴［56］。此外，研究发现，用烟草作为载体生产动物疫苗安全性比传统的微生物和动物细胞反应器高，也大大降低疫苗的生产成本，同时也可促进烟草业未来的综合发展。

3生物农药

植物源农药因其具有对环境友好、对非靶标生物安全、不易产生抗药性、作用方式特异、促进作物生长并提高抗病性、种类多及开发途径多等特点［57］，成为国内外新农药研发的热点之一。烟草全身是宝，烟草全株都含有烟碱，利用烟草灭虫，安全无公害，成本低廉，杀虫力强。烟碱杀虫剂因具有蒸熏、胃毒、杀卵、触杀功能及迅速降解无残留等特点广泛用于粮食、油料、蔬菜、水果、牧草等农作物的杀虫剂。烟碱类杀虫剂的作用机制主要是通过选择性控制昆虫神经系统烟碱型乙酰胆碱酶受体，阻断昆虫中枢神经系统的正常传导，从而导致害虫出现麻痹进而死亡。自20世纪80年代中期由德国拜耳作物科学公司开发出的第一个烟碱类杀虫剂—吡虫啉，并且逐渐成为植物性杀虫剂中产量最大、最主要的药剂之一。

表 烟草废弃物的其他利用途径Table Other utilization ways of tobacco wastes

4其他用途

作为烟草生产大国，我国每年烟草种植面积达100万hm2，生产烟叶175万t［58］，其中约25%的烟叶、烟末等下脚料被废弃，不能用于卷烟生产。废弃烟草的资源化利用引起了国内外研究的广泛关注，除上文提到的提取一些药用成分用于治疗疾病和提取烟碱用于生产生物农药外，国内外研究人员对烟草的利用途径越来越广泛（表），使烟草的综合利用价值越来越高。

5小结

我国是烟草大国，烟草在采收、运输和加工过程中会产生大量的废弃物，烟草的综合利用成为21世纪的研究热点之一。烟草废弃物的种类多，可根据不同的部位、种类和等级分别处理达到综合利用。随着全球的禁烟呼声越来越强烈，烟草的发展方向也面临着各种选择，自古烟草就作为一味中草药运用于临床，因此，可致力于烟草在临床上的药用研究，大力开发烟草的药用价值，为人类的健康事业作出贡献。同时，烟草在基因工程研究方面的利用比较成熟，可利用烟草生产出更多生物制品，这将成为烟草最前沿的课题。因此，合理开发、综合利用烟草，提取其有效成分，为医药、农业、生物化学等方面提供原材料，提高烟草的经济效益和社会效益。

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（责任编辑：姜 萍）

Progress in Comprehensive Utilization of Tobacco

WANG Chengfu1，ZHAO Shuang1，GE Yonghui2，DING Gensheng2，LI Yongqing2，HUANG Xinmin2，GENG Zhaoliang2＊
（1．College of Traditional Chinese Medicine，Yunnan University of TCM，Kunming，Yunnan650500；2．Guizhou Academy of Tobacco Sciences，Guiyang，Guizhou550081，China）

To enhance the comprehensive utilization value of tobacco，and promote the sustainable and healthy development of tobacco industry，an overview was conducted from aspects of medicinal value of tobacco，model plant and biopesticide，and the application of tobacco in medicine，agriculture and biochemistry was analyzed as well．All above could provide new ideas for comprehensive utilization of tobacco．

tobacco；medicinal value；comprehensive utilization

S572

A

1001－3601（2016）11－0459－0037－05

2016－06－15；2016－11－02修回

贵州省烟草专卖局（公司）重点科技计划项目“贵州烟叶中性致香物质研究”（2013－07）

王承福（1990－），男，在读硕士，研究方向：中药资源与开发研究。E－mail：694803167＠qq．com

＊通讯作者：耿召良（1978－），男，研究员，博士，从事烟草化学研究。E－mail：zhaolianggeng＠gmail．com