烟草及其有效成分在多领域中的应用与研究进展

张思孟

摘 要：茄科烟草属植物原产于美洲、大洋洲及南太平洋的某些岛屿，目前已确定的烟草属植物约为67种。烟叶是烟草工业中重要的原料，因此烟草作为一种重要的经济作物仍在世界各地广泛种植，烟草全株可做农业杀虫剂，药用可做麻醉、发汗、镇静和催眠剂。在李莹等人“烟草中主要生物活性成分的研究进展”一文中表明烟草的活性成分主要有茄尼醇、烟碱、绿原酸、芦丁、功能蛋白、活性多糖等。

关键词：烟草;种植面积;有效成分

引言

我国烟草种植历史悠久，烟草资源种类十分丰富。近年来，烟草除了用于生产卷烟、斗烟、雪茄烟之外，在其他领域的应用报道逐渐增多。烟草中多种有效成分的挖掘应用与深入研究，使烟草对人类的贡献越来越大。本文对烟草在多领域的应用与研究进展进行了综述，归纳总结了其不同的应用价值，旨在为烟草的进一步研究提供科学依据。

1烟草中生物活性成分的类型

烟叶中的化学成分是多种多样和极为复杂的，可分为有机成分和无机成分。无机成分包括水和矿物质，有机成分可分为：碳水化合物、生物碱类、芳香族化合物、萜类化合物等。目前已在烟草中发现的生物活性成分主要有烟碱、茄尼醇、功能蛋白、活性多糖、绿原酸、芦丁等。

2生物技术领域的应用

烟草是典型的基因工程模式植物，1982年Chilton通过农杆菌转化法培育出世界上第一例转基因烟草，这种转基因烟草能抵抗卡那霉素，从此烟草由于其生长周期短、相似度高等特点开启了生命技术领域的研究。转基因烟草研究主要包括优化烟草的抗病、抗虫、抗逆等性状以及基因功能的研究。至今为止已将烟草花叶病毒（TMV）、马铃薯Y病毒（PVY）、黄瓜花叶病毒（CMV）、苜蓿花叶病毒（AMV）及烟草脆裂病毒（TRV）的外壳蛋白基因、几丁质酶基因、抗菌肽基因、苏云金芽孢杆菌杀虫蛋白基因（Bt）、蛋白酶抑制基因等上百种外源基因转入烟草获得表达。陈建权等将天山雪莲中的9硬脂酰-ACP脱饱和酶基因SiSAD转入到烟草中，经低温处理后发现其抗寒性明显高于野生型烟草。张生翾等运用农杆菌介导法将抗霜霉病哈密瓜中的AT2基因转化到烟草中，对转基因烟草进行抗病性鉴定，结果表明转入AT2基因后，烟草对赤星病等真菌性病害的抗性显著增强。

3生物农药的开发

植物源杀虫剂是从植物的根、茎、叶、花或者种子中提取具备杀虫活性的有效成分，进一步加工而成。烟草植株中含有大量烟碱，烟碱能够抑制乙酰胆碱酯酶的活性，对寄生虫的乙酰胆碱受体有很强的亲和性，使乙酰胆碱不能正常传导、阻断神经、窒息死亡。利用烟碱生产的植物源农药对农业常见害虫具有薰蒸、胃毒、触杀等功能，因其具有高效、低残留、对环境安全等特点，已被应用于粮食作物、经济作物以及牧草等领域的病虫害防治。20世纪80年代中期德国Bayer公司开发出第一种新烟碱类杀虫剂-吡虫啉，是目前全球市场占有率最高的杀虫剂之一，以吡虫啉为代表的新烟碱类杀虫剂因杀虫活性高、杀虫谱广、对哺乳动物和水生动物毒性低、成为新农药创制的重要热点，此后相继开发出烯啶虫胺、啶虫脒、噻虫嗪、噻虫啉、啶虫脒和呋虫胺一系列烟碱类杀虫剂。

3药用价值

3.1多酚类物质

酚类物质是植物次生代谢的主要产物，烟草中的酚类物质包括单宁类、黄酮类、花色素类和简单酚衍生物。这些多酚类物质对烟草的生长发育、抗逆性、调制色泽、香气质等方面有重要影响。其中绿原酸、芸香苷是最主要的多酚类物质，含量可达总酚量的80%以上。有研究表明，在烟草生长过程中，这两种主要的酚类物质含量随着叶龄的增加而增大，在烟株不同部位的含量表现为上部叶>中部叶>下部叶。高等级的烟叶中多酚含量较高，绿原酸、芸香苷的含量也较高。绿原酸的化学名称是3-O-咖啡基-D-奎尼酸，属单宁类，具有多种生物活性，是一种有效的酸性抗氧化剂。目前，绿原酸在医药、食品中得到广泛应用，研究表明它具有抗菌、消炎利胆、治愈创伤的作用，具有较强的抑制突变的能力和抗肿瘤的作用。在抗艾滋病、胃溃疡的研究中具有一定的效果。芸香苷也叫做芦丁，是由己糖或戊糖与多酚槲皮素组成的黄酮类化合物，芸香苷具有消炎、止咳、抗病毒的作用，同时能够维持血管的抵抗力，医学上己经开始用作治疗脑溢血、动脉硬化等心脑血管类疾病。

3.2茄尼醇

烟草是茄尼醇含量最为丰富的植物，茄尼醇化学名称为9-聚异戊二烯伯醇，白色或淡黄色的粉末，是合成维生素K2和辅酶Q10的医药中间体，同时也是抗过敏药物和抗癌药物的合成原料。由于茄尼醇是长链半萜烯醇化合物，其合成难度大，目前主要通过烟叶来生产。杜咏梅等通过对不同产区的266份烤烟进行提取测定，发现其总茄尼醇含量为0.21%～3.48%，游离茄尼醇含量为0.10%～2.19%。应用茄尼醇还可以合成治疗心脑血管疾病的药物以及泛醌类物质。

3.3烟草精油

烟草精油是从烟草中提取的具有烟草特征香气的一类化合物，其主要成分为萜烯类、醛类、挥发性酸类、酯类、芳香环类等。烟草中精油含量极低，烟叶中约为0.1%左右，目前烟草精油主要作为增香剂反添加于烟草中弥补降焦处理而损失的香味，关于烟草精油其他方面的应用研究较少。Stojanovic等研究发现烟草精油对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌有一定的抑制作用。张春涛等通过超临界萃取气相色谱-串联质谱法对烟草精油的化学成分进行分析，共分离鉴定出共60多种化学成分。

3.4烟草蛋白

烟草中的蛋白质含量十分丰富，如白肋烟其蛋白质含量高达20.48%。烟草中的蛋白质包含两类，一类为可溶性蛋白，另一类为不可溶性蛋白，其中可溶性蛋白是由叶绿体蛋白和其他可溶性蛋白质的复合物组成。FⅠ蛋白对肝病引起的脑功能障碍、降低血清胆固醇有一定的治疗作用。烟草中蛋白质是烟株生长发育过程中的重要物质基础，成熟烟叶中蛋白质含量的高低严重影响烟草的品质。烟草蛋白除了具有这些基本功能外，还可作为原料生产蛋白食品、功能性食品、医药学研究辅助材料等。例如，有研究者认为烟叶蛋白所含的氨基酸种类丰富，可制成人造奶油。硒是人体的重要微量元素之一，补充硒蛋白可减少人體因缺硒造成的多种疾病，烟叶中的硒蛋白已被制成多种保健食品用以提高人体的免疫力。

4肥料能源的开发应用

烟草在生产过程中产生大量烟草秸秆，既不适用做饲料，也不能直接还田，因此研制烟草秸秆生物有机肥是近年来的研究方向。施河丽等采用烟草秸秆生物有机肥对土壤进行改良，通过试验证明施用有机肥1 500～3 000kg·hm-2改良土壤效果较好。烟草秸秆还可以替代煤、石油、天然气等不可再生资源作为能源物质，崔志军等、郭仕平等对烟草秸秆气化代替煤炭烘烤烟叶进行了研究，发现此方法既可节约煤炭资源，同时也提高烘烤烟叶的品质。烟草秸秆中半纤维素、木质素含量较高，灰分含量较低，经过特殊工艺处理可制成活性炭。柏松等通过自制工艺生产烟草活性炭，电镜结果显示，活性炭存在丰富的孔隙结构，具有较好的吸附能力。

结语

烟草活性物质的研究对进一步开发利用烟草奠定了坚实的基础，烟碱和烟草茄尼醇作为重要的药物中间体已实现工业化生产和应用，烟株、烟叶及其提取物、烟草秸秆等将为医药、农业、生物化学、能源等方面提供原材料，为人类的生产、生活、研究作出巨大贡献。

参考文献：

[1]王志德.中国烟草种质资源目录[M].北京：中国农业科学技术出版社，2018.

[2]闫新甫.转基因植物[M].北京：科学出版社，2003.