煙草綜合利用及研究進(jìn)展

王承福，趙 爽，葛永輝，丁根勝，李永青，黃新民，耿召良＊

（1．云南中醫(yī)學(xué)院中藥學(xué)院，云南昆明650500；2．貴州省煙草科學(xué)研究院，貴州貴陽550081）

煙草綜合利用及研究進(jìn)展

王承福1，趙 爽1，葛永輝2，丁根勝2，李永青2，黃新民2，耿召良2＊

（1．云南中醫(yī)學(xué)院中藥學(xué)院，云南昆明650500；2．貴州省煙草科學(xué)研究院，貴州貴陽550081）

為提高煙草的綜合利用價值，促進(jìn)煙草產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，從煙草的藥用價值、模式植物和生物農(nóng)藥等方面的研究進(jìn)行綜述，分析煙草在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)及生物化學(xué)等方面的應(yīng)用，為煙草綜合利用提供新的思路。

煙草；藥用價值；綜合利用

煙草屬于雙子葉植物綱（Dicotyledoneae）管花目（Tubiflorae）茄科（Solanacea）煙草屬（Nicotiana）一年生草本植物，是重要的經(jīng)濟(jì)作物。我國對煙草的利用方式比較單一，至今仍沿襲傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，專用于制作卷煙、旱煙、水煙及雪茄煙等非生活必須嗜好品。煙草除主要用于卷煙作用外，還可從中提取多種化學(xué)成分應(yīng)用于生產(chǎn)食品、飼料、醫(yī)藥以及農(nóng)藥等行業(yè)。因此，煙草的綜合利用成為國內(nèi)外煙草行業(yè)21世紀(jì)的重要研究方向［1］。煙草易于通過組織培養(yǎng)得到再生的轉(zhuǎn)化煙株，有研究報道，利用轉(zhuǎn)基因煙草可研制治療癌癥等疾病的生物藥品和防治其他疾病的疫苗［2］。煙草具有煙草花葉病毒、炭疽病、白粉病、根結(jié)線蟲病、煙草曲葉病毒、煙青蟲、煙蚜等典型病蟲害，其作為模式植物在非煙草領(lǐng)域研究中取得較多成果［3］。煙堿是煙草的主要成分，一直被認(rèn)為是有害物質(zhì)，隨著對其研究的不斷深入和發(fā)展，發(fā)現(xiàn)煙堿對帕金森氏綜合癥（Parkinson disease＇s，PD）和阿爾茨海默?。ˋlzheimer＇s disease，AD）具有一定預(yù)防和治療作用［4－5］。煙堿在農(nóng)業(yè)上的用途也十分廣泛，可作為生物性農(nóng)藥及高效殺蟲劑在生產(chǎn)中應(yīng)用。

我國煙草種植面積及產(chǎn)量均居世界之首，在煙草的采收、加工過程中產(chǎn)生大量的廢棄物，大部分被丟棄或焚燒，如何綜合利用煙草成為煙草行業(yè)迫切解決的問題。為提高煙草的綜合利用價值，促進(jìn)煙草產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，筆者從煙草的藥用價值、模式植物和生物農(nóng)藥等方面的研究進(jìn)行綜述，旨在為煙草的綜合利用提供思路。

1煙草的藥用價值

1．1本草概述

歷代本草和中醫(yī)藥文獻(xiàn)均對煙草的藥用價值有記載，《本草備要》記載煙草辛溫有毒，治療風(fēng)寒濕痹、滯氣停痰、山嵐瘴霧；《滇南本草》記載煙草味辛、麻，性溫，有大毒，治療若毒療瘡、癰搭背、無名腫毒、一切熱毒惡瘡。中醫(yī)認(rèn)為，煙草辛溫、有毒，具有祛風(fēng)濕、開竅醒神、行氣止痛、活血消腫等功效。歷代醫(yī)家對煙草的藥用都有詳盡的敘述。

1．2藥用活性成分

近幾十年來，國內(nèi)外學(xué)者對煙草進(jìn)行了大量的研究，煙草中所含的化合物比其他植物豐富，為新藥的開發(fā)提供了基礎(chǔ)，從煙草中尋找新的有效活性成分成為最近研究的熱點。

1．2．1多酚類 煙草富含多酚類物質(zhì)，對多種病毒和致病菌有較強(qiáng)的抑制和殺滅作用。在煙草中發(fā)現(xiàn)的酚類化合物包括單寧類（綠原酸及其異構(gòu)體、咖啡酸等）、香豆素類（莨菪靈、莨菪亭、七葉亭等）、黃酮類（蕓香糖苷、葡萄糖苷、鼠李糖苷、槲皮素－3－O－葡萄糖苷、山萘酚－3－O－蕓香糖苷等）、花色素類（花色素－3－蕓香糖苷、花葵素－3－蕓香糖苷等）和簡單酚衍生物等。其中，以綠原酸和蕓香苷含量較高，占煙草中植物多酚含量的80%以上［6］。綠原酸有利膽、降壓、抗菌、消炎及升高白細(xì)胞作用，對急性咽喉炎癥及皮膚病有顯著療效［7］，還有望成為抗艾滋病毒（HIV）的先導(dǎo)化合物［8］。綠原酸也是一種有效的酸性抗氧化劑，其抗氧化能力強(qiáng)于咖啡酸，與羥苯酸、阿魏酸、丁香酸和丁基羥基甲苯的抗氧化性相當(dāng)［9］。冷紅瓊等［10］利用香料煙葉提取出3個新的黃酮糖苷，在不同程度上有抗癌細(xì)胞的活性。香豆素是一類含有一個或幾個苯丙素基本單元的天然化合物，具有抗艾滋病毒HIV、抗癌、抗炎、抗凝血以及對心血管影響等明顯的生物學(xué)活性［11－14］，在煙草中也大量分布，王燕等［15］在紅花大金元中部煙葉中提取到的東莨菪苷是自然界中重要的一種香豆素類化合物。

1．2．2生物堿類 煙草生物堿是煙屬含量很高的一類植物堿，目前已從煙草中分離、鑒定出40余種生物堿。煙葉中主要生物堿有煙堿、降煙堿、新煙草堿和假木賊堿，總生物堿含量在1%～9%，其中以煙堿含量最高，約占煙草總生物堿的95%。煙草生物堿的藥用研究資料不多，主要集中在煙堿的提取和應(yīng)用方面。近年來，隨著煙堿研究的逐步深入，煙堿的藥用價值也被發(fā)掘出來。煙堿一直被認(rèn)為是煙草中的主要毒性物質(zhì)，研究證實煙堿可以誘發(fā)人體慢性阻塞性疾病、動脈粥樣硬化、心血管疾病和肺氣腫及肺癌等疾病。嚴(yán)家川等［16－18］認(rèn)為煙堿對學(xué)習(xí)記憶障礙具有治療作用，并對認(rèn)知功能具有改善作用。另有研究［4－5］認(rèn)為，尼古?。焿A）可以預(yù)防并治療阿爾茨海默病和帕金森氏綜合癥。White等［19－20］研究認(rèn)為，使用煙堿貼劑后可緩解帕金森氏綜合癥和阿爾茨海默病的癥狀。煙堿或受體激動劑具有改善人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)退變疾病的癥狀，從而對神經(jīng)系統(tǒng)具有保護(hù)作用［21］，煙堿可以減弱KA誘導(dǎo)大鼠產(chǎn)生的癲癇發(fā)作，包括濕狗樣抖動及腦損傷程度［22］。煙堿還具有抗炎、殺菌作用，在治療淋巴結(jié)炎、中耳炎、腮腺炎、急性胃腸炎、牙痛、疥瘡、毒蛇咬傷、防螞蝗咬傷、蜈蚣咬傷、泄瀉、疔瘡、爛腳丫、滴蟲性陰道炎、皮膚肛門瘙癢和肛周炎等病方面均有良好的效果［2331］。Rudra等［32－33］研究表明，吸煙對潰瘍性結(jié)腸炎癥狀有一定的緩解作用，但結(jié)腸切除率與吸煙沒有明顯差異，癥狀緩解率也沒有明顯差異［34］。

1．2．3茄尼醇 茄尼醇是一種不飽和聚異戊二烯醇，在煙葉中含量最高，是目前研究的熱點之一，具有抗菌、消炎、抗?jié)兒椭委熜难芗膊〉茸饔?，是合成輔酶Q10、維生素K、抗癌增效劑SDB等的藥用中間體原料。由于茄尼醇鏈長，合成步驟多，因而目前無法進(jìn)行工業(yè)化合成，主要從植物中提取而來［3537］?，F(xiàn)代研究表明，茄尼醇具有脂質(zhì)抗氧化作用和消除集體自由基的功能。馬玉蘭等［38］研究表明茄尼醇對微粒體的脂質(zhì)過氧化有一定的抑制作用，對D－半乳糖誘導(dǎo)的衰老模型具有明顯的效果。陳保漢等［39］從廢棄的煙草葉中提取純化的茄尼醇對被測菌株中的革蘭陰性菌菌（大腸埃希氏菌和銅綠假單胞菌）和革蘭陽性菌（金黃色葡萄球菌和草分枝桿菌）具有明顯的抗菌活性，而對于枯草桿菌和環(huán)狀芽孢桿菌活性較弱。

1．2．4揮發(fā)油 揮發(fā)油又稱精油，是植物中普遍存在的一類具有芳香氣味的油狀液體的總稱，各種不同成分組成的揮發(fā)油具有廣泛的生物活性，如在發(fā)汗、解表、止咳、平喘、祛風(fēng)、鎮(zhèn)痛、殺菌等方面具有藥用功效。煙草精油在生物活性方面研究較少，Stojanovic等［40］對Otlja煙草精油和超臨界萃取物進(jìn)行抑菌實驗，發(fā)現(xiàn)煙草精油對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和綠膿桿菌的抑菌效果強(qiáng)于萃取物；其課題組對Yaka和Prilep煙草精油抑菌研究發(fā)現(xiàn)，Yaka精油抑菌效果與對照品相當(dāng)。

1．2．5煙酸和煙酰胺類 煙酸（又名尼古丁酸）由煙堿氧化得到，與氨反應(yīng)得煙酰胺。煙酸和煙酰胺是B族維生素（維生素PP俗稱Vb5或抗癩皮病維生素），是人體不可缺少的組成成分，參與機(jī)體的氧化還原作用，促進(jìn)新陳代謝過程［41］。煙酸具有擴(kuò)張腦脊髓血管、促腎充血作用以及緩解末梢血管痙攣作用。煙酰胺是輔酶Ⅰ和輔酶Ⅱ的組成部分，用于治療糙皮病、口角炎、肝臟疾病及日光性皮炎。以煙酸為原料合成具有治療中樞性呼吸衰竭及循環(huán)系統(tǒng)衰竭、高血脂癥、冠心病、中風(fēng)等心血管性疾病的藥物，在臨床運(yùn)用越來越多［42］。

1．2．6煙草蛋白 煙草蛋白除了有蛋白質(zhì)的基本功能外，還有許多特殊功能。煙葉中蛋白可分為可溶性蛋白和不溶性蛋白。據(jù)報道，美國學(xué)者從新鮮煙葉中分離得到FⅠ蛋白和FⅡ蛋白［43］。FⅠ蛋白對肝病引起的腦功能障礙、降低血清膽固醇和動脈粥樣硬化有一定的治療作用［44］。硒是人體必需的微量元素，與人體健康密切關(guān)系，在預(yù)防心血管疾病、抗氧化、抗衰老、抗病毒、防癌、保護(hù)視力、免疫調(diào)節(jié)以及某些疾病病因?qū)W研究等方面有重要作用［45］。利用煙葉對無機(jī)硒的代謝作用得到蛋白質(zhì)態(tài)的硒。對煙草噴施亞硒酸鈉能顯著提高煙葉中蛋白質(zhì)硒的含量［46］。有研究報道，蛋白質(zhì)態(tài)的硒與亞硒酸鈉等無機(jī)硒相比，煙葉硒蛋白具有低毒高效特性，因而煙葉硒蛋白可作為新的硒補(bǔ)充劑治療相關(guān)疾病。

2模式植物

隨著生命科學(xué)的發(fā)展，煙草作為模式植物在植物生命科學(xué)研究中，尤其是完成擬南芥等植物的基因組測序后，研究熱點轉(zhuǎn)移到基因的功能研究。煙草是典型的基因工程模式植物，在醫(yī)藥基因工程方面的研究和利用中，轉(zhuǎn)基因煙草更是取得了其他植物難以比擬的成就，已經(jīng)成功地作為生物反應(yīng)器應(yīng)用于多種藥用蛋白、抗體以及疫苗的生產(chǎn)［3］。此外，煙草的病蟲害十分典型，利用轉(zhuǎn)基因工程方法篩選出具有抗性的植株使煙草綜合價值得到提升，但該項研究目前還處在初級階段，有待進(jìn)一步開發(fā)利用。

2．1抗性

2．1．1抗蟲性 自1987年首次報道了將蘇云金芽孢桿菌的Bt毒蛋白導(dǎo)入煙草植株內(nèi)，成功獲得了抗煙天蛾的轉(zhuǎn)基因煙株，植物抗蟲基因有了很大的發(fā)展。利用Bt毒素基因在葉綠體中表達(dá)無需修飾，張中林等［47］將目的基因與水稻葉綠體基因的啟動子和終止子構(gòu)成表達(dá)盒，連同煙草葉綠體基因組同源片段和標(biāo)記基因儀器構(gòu)成葉綠體轉(zhuǎn)化體pTRS8，再生植株對谷實夜蛾Heliothis zea 3齡幼蟲具有較強(qiáng)的毒殺作用，并能顯著抑制幼蟲蛻皮和生長發(fā)育。隨著轉(zhuǎn)基因抗蟲煙草研究的深入，將繼續(xù)為煙草篩選外源抗蟲基因以及其他農(nóng)作物在抗蟲植株的篩選奠定基礎(chǔ)。

2．1．2抗逆性 鉀元素是煙草的重要元素，對煙草生理生化、品質(zhì)和抗逆性具有重要的作用。鉀以離子的形式存在于植物中，鉀能提高酶的活性、促進(jìn)光合作用和光合產(chǎn)物的運(yùn)輸，在脂肪代謝及蛋白質(zhì)代謝中具有重要功能。鉀離子通道是允許鉀離子特異性的通透質(zhì)膜的離子通道，是植物鉀離子吸收的重要途徑之一［48－49］。施衛(wèi)明等［50］利用根瘤農(nóng)桿菌已成功地把KAT1和AKT1導(dǎo)入擬南芥和野生型煙草，并獲得轉(zhuǎn)基因植株及其純合株系，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株的吸鉀速率和對鉀的累積能力都比對照明顯提高。研究證明轉(zhuǎn)鉀離子通道基因煙草不僅可以提高植物體對鉀的吸收利用率，使煙草的品質(zhì)和產(chǎn)量得到較大幅度的提高，而且對煙草的抗旱性、抗寒性、抗病性和耐鹽堿性等抗逆能力也有很大提高。目前對煙草轉(zhuǎn)鉀離子通道基因研究不多，希望將來通過分子手段對相關(guān)抗逆性基因克隆和分析，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將目標(biāo)基因?qū)霟煵?，改良煙草的脅迫抗性［51］。

2．2生物制品

隨著分子生物學(xué)技術(shù)與重組DNA的發(fā)展，利用植物表達(dá)系統(tǒng)作為藥用蛋白（如抗體、疫苗等）的“分子加工廠”，通過各種基因工程手段生產(chǎn)出藥用蛋白高水平、高活性表達(dá)、價格低廉、易于運(yùn)輸及保存的生物制品。自1989年Hiatt等［52］第一次在煙草中成功表達(dá)了能夠正確組裝并具有功能的免疫球蛋白以來，煙草作為生物反應(yīng)器較其他植物具有不可比擬的優(yōu)點。煙草由于其安全、環(huán)保、轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系成熟，已成為生產(chǎn)藥用蛋白的理想載體，并生產(chǎn)出一系列的藥用蛋白（如抗體、疫苗等）。

2．2．1抗體研究 自1989年Hiatt等［52］首次報道在植物中進(jìn)行抗體基因的表達(dá)研究以來，短短20余年這類研究已日益深入。吳有強(qiáng)等［53］認(rèn)為，小分子抗體更適于植物抗病和基礎(chǔ)理論研究，并以抗乙腦病毒單克隆抗體重鏈可變區(qū)為目的基因，在煙草中建立表達(dá)工程抗體的植物表達(dá)系統(tǒng)，試驗結(jié)果證實植物表達(dá)的抗體可以具有較為理想的生物活性。2003年Hilary Koprowski研究小組已經(jīng)成功地利用煙草表達(dá)人源抗狂犬病毒克隆抗體，但蛋白產(chǎn)量低，隨后科研人員將人源抗狂犬病毒抗體的基因進(jìn)行修飾，使其得到高效表達(dá)［54－55］。

2．2．2疫苗研究 傳統(tǒng)疫苗在預(yù)防疾病的傳播過程中發(fā)揮重要作用，但其生產(chǎn)成本高、接種方式復(fù)雜及存在潛在的安全性問題?，F(xiàn)今，大量的疫苗類蛋白質(zhì)已經(jīng)在煙草植株中產(chǎn)生。美國Large Scale Biological Corp．公司的研究人員從淋巴腫瘤患者身上獲得腫瘤基因?qū)霟煵菀吧N的細(xì)胞組織中生產(chǎn)出適合不同病人的癌癥治療疫苗。通過這種方式生產(chǎn)的癌癥治療疫苗，可以為大規(guī)模生產(chǎn)適合不同病人情況的個性化醫(yī)藥提供借鑒［56］。此外，研究發(fā)現(xiàn)，用煙草作為載體生產(chǎn)動物疫苗安全性比傳統(tǒng)的微生物和動物細(xì)胞反應(yīng)器高，也大大降低疫苗的生產(chǎn)成本，同時也可促進(jìn)煙草業(yè)未來的綜合發(fā)展。

3生物農(nóng)藥

植物源農(nóng)藥因其具有對環(huán)境友好、對非靶標(biāo)生物安全、不易產(chǎn)生抗藥性、作用方式特異、促進(jìn)作物生長并提高抗病性、種類多及開發(fā)途徑多等特點［57］，成為國內(nèi)外新農(nóng)藥研發(fā)的熱點之一。煙草全身是寶，煙草全株都含有煙堿，利用煙草滅蟲，安全無公害，成本低廉，殺蟲力強(qiáng)。煙堿殺蟲劑因具有蒸熏、胃毒、殺卵、觸殺功能及迅速降解無殘留等特點廣泛用于糧食、油料、蔬菜、水果、牧草等農(nóng)作物的殺蟲劑。煙堿類殺蟲劑的作用機(jī)制主要是通過選擇性控制昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)煙堿型乙酰膽堿酶受體，阻斷昆蟲中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常傳導(dǎo)，從而導(dǎo)致害蟲出現(xiàn)麻痹進(jìn)而死亡。自20世紀(jì)80年代中期由德國拜耳作物科學(xué)公司開發(fā)出的第一個煙堿類殺蟲劑—吡蟲啉，并且逐漸成為植物性殺蟲劑中產(chǎn)量最大、最主要的藥劑之一。

表 煙草廢棄物的其他利用途徑Table Other utilization ways of tobacco wastes

4其他用途

作為煙草生產(chǎn)大國，我國每年煙草種植面積達(dá)100萬hm2，生產(chǎn)煙葉175萬t［58］，其中約25%的煙葉、煙末等下腳料被廢棄，不能用于卷煙生產(chǎn)。廢棄煙草的資源化利用引起了國內(nèi)外研究的廣泛關(guān)注，除上文提到的提取一些藥用成分用于治療疾病和提取煙堿用于生產(chǎn)生物農(nóng)藥外，國內(nèi)外研究人員對煙草的利用途徑越來越廣泛（表），使煙草的綜合利用價值越來越高。

5小結(jié)

我國是煙草大國，煙草在采收、運(yùn)輸和加工過程中會產(chǎn)生大量的廢棄物，煙草的綜合利用成為21世紀(jì)的研究熱點之一。煙草廢棄物的種類多，可根據(jù)不同的部位、種類和等級分別處理達(dá)到綜合利用。隨著全球的禁煙呼聲越來越強(qiáng)烈，煙草的發(fā)展方向也面臨著各種選擇，自古煙草就作為一味中草藥運(yùn)用于臨床，因此，可致力于煙草在臨床上的藥用研究，大力開發(fā)煙草的藥用價值，為人類的健康事業(yè)作出貢獻(xiàn)。同時，煙草在基因工程研究方面的利用比較成熟，可利用煙草生產(chǎn)出更多生物制品，這將成為煙草最前沿的課題。因此，合理開發(fā)、綜合利用煙草，提取其有效成分，為醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、生物化學(xué)等方面提供原材料，提高煙草的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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（責(zé)任編輯：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

貴州省煙草專賣局（公司）重點科技計劃項目“貴州煙葉中性致香物質(zhì)研究”（2013－07）

王承福（1990－），男，在讀碩士，研究方向：中藥資源與開發(fā)研究。E－mail：694803167＠qq．com

＊通訊作者：耿召良（1978－），男，研究員，博士，從事煙草化學(xué)研究。E－mail：zhaolianggeng＠gmail．com