我國(guó)煙草資源西柏三烯二醇含量分析

付秋娟，劉艷華，杜詠梅，王愛華，劉新民

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，植物功能成分研究中心，青島嶗山區(qū)科苑經(jīng)四路11號(hào) 266101

西柏三烯二醇是煙草腺毛分泌物中最重要的二萜烯類化學(xué)成分，屬于類西柏烷化合物，是煙草香味成分的重要前體物[1-4]。西柏三烯二醇使煙草具烤香味、稍甜草藥香味、可可香味，含量較高時(shí)產(chǎn)生輕微的花香韻，較低時(shí)產(chǎn)生淡薄的粉香韻[1,3]。西柏三烯二醇還具有抗腫瘤、神經(jīng)保護(hù)劑、抑菌、殺蟲等多種生物活性，在醫(yī)藥、植物源農(nóng)藥領(lǐng)域具有較好的開發(fā)前景[4-9]。

據(jù)資料報(bào)道[1-2]，紅花煙草中一般均含有西柏三烯二醇。向章敏等[10]對(duì)我國(guó)6個(gè)地區(qū)11個(gè)曬晾煙品種的西柏烷二萜醇含量進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)不同晾曬煙類型、品種及部位間西柏烷二萜醇含量均存在較大差異，王冬等[11]通過7個(gè)品種（系）烤煙西柏三烯二醇代謝差異研究發(fā)現(xiàn)，高香氣烤煙品系8306西柏三烯二醇含量明顯高于其他品種。我國(guó)煙草資源豐富，目前，對(duì)不同類型、不同品種煙草腺毛分泌西柏三烯二醇含量的系統(tǒng)研究還未見報(bào)道。煙草西柏三烯醇類物質(zhì)含量在葉位間存在差異，但不同研究者對(duì)其分布規(guī)律的研究結(jié)論并不相同[1,3,10,12]。

本研究以我國(guó)煙草種質(zhì)資源核心代表種質(zhì)為材料，系統(tǒng)分析煙草西柏三烯二醇在不同器官、葉位以及不同類型、品種間含量差異。一方面，為選育富含煙草西柏三烯二醇煙草品種提供研究基礎(chǔ)，另一方面，為尋找富含西柏三烯二醇的煙草資源，深度開發(fā)煙草西柏三烯二醇在卷煙加香及醫(yī)藥、植物源農(nóng)藥方向的綜合利用價(jià)值提供研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 煙草材料

本研究所用煙草種質(zhì)材料均由中國(guó)煙草種質(zhì)資源中期庫(kù)提供。根據(jù)不同研究目的進(jìn)行的材料選擇如下：

1.1.1 煙草不同器官、葉位西柏三烯二醇含量分析

選擇香料煙品種沙姆遜（Samsun）為研究對(duì)象，于2016年在山東諸城市賈悅鎮(zhèn)西洛莊煙草試驗(yàn)站種植。盛花期，選取生長(zhǎng)一致的3個(gè)植株，分別將花、果、莖、葉分開，其中，莖取其外皮（去掉木質(zhì)部部分），葉片從第一花枝往下數(shù)1～6片作為上部葉、7～12片作為中部葉、13～19作為下部葉。所取以上材料分別進(jìn)行冷凍干燥，粉碎，過60目篩， 4℃保存，待測(cè)。

1.1.2 不同類型煙花西柏三烯二醇含量分析

以煙草種質(zhì)資源中期庫(kù)烤煙、曬煙、香料煙、雪茄煙、白肋煙代表種質(zhì)為研究材料，以上類型代表種質(zhì)數(shù)量分別為238份、238份、31份、19份、14份，共540份。2015-2016年，將煙草材料種植于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所即墨試驗(yàn)基地，按當(dāng)?shù)乜緹熢耘喾绞竭M(jìn)行種植，每份材料種植1行，每行25株，隨機(jī)排列。第一青果期，每份材料選擇代表煙株10株，每株采集生長(zhǎng)一致接近開放的煙草花蕾2-3朵，混合，冷凍干燥，粉碎，過60目篩，4℃保存，待測(cè)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

超高效液相色譜儀（Waters ACQUITY UPLC H-class，美國(guó)Waters公司）；WD-12水浴氮吹儀（杭州奧盛）；KQ-500DA型數(shù)控超聲波清洗器（昆山舒美）；TDZ 5-WS臺(tái)式低速離心機(jī)（湖南湘儀）；ALPHA 1-4/LD plus凍干機(jī)（德國(guó)CHRIST）。

1.3 實(shí)驗(yàn)試劑

α、β-西柏三烯二醇（實(shí)驗(yàn)室制備，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推薦方法（GC-FID）測(cè)定其純度為95%）；乙腈（色譜純，MERCK公司）；乙腈、乙酸乙酯（分析純，國(guó)藥）；水為超純水。

1.4 檢測(cè)方法

西柏三烯二醇檢測(cè)采用付秋娟[13]等的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙草不同器官及葉位西柏三烯二醇含量分析

由圖1看出，煙草花中西柏三烯二醇含量均高于其他器官，煙草葉片、莖（外皮）、果實(shí)西柏三烯二醇含量差異不大。

圖1 沙姆遜（Samsun）香料煙盛花期不同器官的西柏三烯二醇含量Fig.1 Contents of cembratrien-diol in different organs of Samsun spiced tobacco at flowering period

圖2 沙姆遜（Samsun）香料煙盛花期不同葉位西柏三烯二醇含量Fig.2 Contents of cembratrien-diol in different leaf positions of Samsun spiced tobacco at flowering period

由圖2看出，在煙草同一生長(zhǎng)時(shí)期，隨葉位升高，煙草葉片西柏三烯二醇含量呈升高趨勢(shì)，其中上部葉與中部葉二者含量差異較小，但明顯高于下部葉。西柏三烯二醇含量在不同器官、葉位間的分布差異，可能與煙草的生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)，生長(zhǎng)旺盛的葉位和器官，腺毛密度較高，分泌能力較強(qiáng)，西柏三烯二醇含量高。

2.2 不同類型煙花西柏三烯二醇含量分析

2.2.1 不同類型煙花西柏三烯二醇組成及含量特征

根據(jù)分析結(jié)果，540份煙草代表種質(zhì)均檢測(cè)到了西柏三烯二醇，說明西柏三烯二醇普遍存在于栽培煙草中。由表1看出，各類型煙草西柏三烯二醇存在較大變異。

由表2看出，不同煙草類型其α、β-西柏三烯二醇及其總量差異規(guī)律是一致的，均表現(xiàn)為烤煙中α、β-西柏三烯二醇及其總量最高，其他類型差異不顯著。不同類型煙草α與β-西柏三烯二醇比值也存在顯著差異，其中，烤煙、香料煙、雪茄煙比值顯著高于白肋煙、曬煙。

表1 不同類型煙花西柏三烯二醇含量變異特征Tab.1 Variation characteristic of content of cembratrien-diol in different tobacco types

表2 不同類型煙花西柏三烯二醇含量差異（LSD）Tab.2 Multiple comparisons for contents of cembratrien-diol flowers in different tobacco types

2.2.2 煙草西柏三烯二醇高效資源篩選

根據(jù)代表樣品分析結(jié)果，我國(guó)煙草資源尤其是地方種質(zhì)西柏三烯二醇含量豐富，代表種質(zhì)高效資源篩選結(jié)果見表3。

由表3看出，根據(jù)540份代表煙草種質(zhì)西柏三烯二醇測(cè)定結(jié)果，9份種質(zhì)西柏三烯二醇含量大于2.5%，包括2份烤煙（桃柳子和V2），6份曬煙（織金黑吊把、松川、江蘇新沂白種、軟骨煙、大都青梗、柳葉老煙）以及1份香料煙（BasmaLlolina）。另外，19份種質(zhì)西柏三烯二醇含量在2.0%～2.5%，其中11份為烤煙。

2.3 主要烤煙栽培品種西柏三烯二醇組成與含量分析

由表4看出，11份主要烤煙栽培品種均檢測(cè)到西柏三烯二醇，其中，紅大西柏三烯二醇含量最高，達(dá)2.09%，是K326品種（1.2%）的1.7倍。

表3 富含西柏三烯二醇的煙草種質(zhì)Tab.3 Tobacco germplasm resources with high content of cembratrien-diol

表4 主要烤煙栽培品種煙花西柏三烯二醇檢測(cè)結(jié)果Tab.4 Results of content of cembratrien-diol in flower of main flue-cured tobacco

3 討論

3.1 煙草西柏三烯二醇在煙株中的分布

煙草葉片、葉脈、莖及花器官都被有腺毛，有關(guān)煙草葉片西柏三烯二醇研究報(bào)道較多[1-3]，很少有研究者關(guān)注煙花西柏三烯二醇含量。本研究發(fā)現(xiàn)，煙花西柏三烯二醇含量高于其他器官，與劉翠翠[12]的研究結(jié)果一致，這可能與煙花為生殖器官，生長(zhǎng)代謝旺盛、葉肉細(xì)胞分裂能力強(qiáng)、腺毛密度大、腺毛分泌力強(qiáng)有關(guān)。煙花中西柏三烯二醇含量豐富，利用煙花分析不同類型、品種西柏三烯二醇含量特征，相對(duì)于葉片，有如下優(yōu)點(diǎn)：一是煙花生長(zhǎng)時(shí)期一致性更容易掌握，二是煙花體積較小，樣品前處理簡(jiǎn)單，可以更容易通過增加取樣煙株，提高取樣的代表性，三是可以為煙花大田廢棄物的高附加值開發(fā)利用提供研究基礎(chǔ)。

本研究結(jié)果表明，煙草葉片西柏三烯二醇在部位間的含量表現(xiàn)為上部葉＞中部葉＞下部葉，與劉翠翠[12]、Court等[14]的研究結(jié)果一致，與向章敏等[10]的研究結(jié)果存在差異，向章敏等[10]可能采集的是不同部位的成熟煙葉，西柏三烯二醇存在于煙葉表面，由于煙葉成熟期雨水等原因，上部煙葉表面西柏三烯二醇被沖刷或光照分解較多，從而造成上部葉西柏三烯二醇含量低于中部葉。

3.2 代表香料煙品種西柏三烯二醇含量特征

由于香料煙具有濃郁芳香和純凈吃味的品質(zhì)特點(diǎn)，在煙草制品中有著特殊的應(yīng)用價(jià)值。芳香型香料煙品種巴斯瑪及吃味型品種沙姆遜是我國(guó)目前主要栽培品種。根據(jù)本研究結(jié)果，芳香型品種巴斯瑪西柏三烯二醇含量高達(dá)2.67%，吃味型品種沙姆遜西柏三烯二醇含量卻相對(duì)較低，為0.68%。因此，西柏三烯二醇含量可能是香料煙不同品種香氣及吃味品質(zhì)差異的重要化學(xué)成分基礎(chǔ)。當(dāng)然，香料煙順—冷杉醇、蔗糖酯的差異對(duì)香料煙香吃味品質(zhì)也有重要影響[1]。

3.3 主栽烤煙品種西柏三烯二醇含量特征

根據(jù)11份主要栽培品種分析結(jié)果，紅大品種西柏三烯二醇含量最高，紅大品種因其清香型風(fēng)格突出，香氣質(zhì)好，香氣量足，而備受工業(yè)青睞。因此，較高的西柏三烯二醇含量可能是其質(zhì)量風(fēng)格的重要化學(xué)成分基礎(chǔ)。

3.4 煙草西柏三烯二醇資源利用

煙花是煙草西柏三烯二醇含量最豐富的器官。生產(chǎn)中，可充分利用大田廢棄煙花，提取煙草西柏三烯二醇，提取物一方面可以用于煙草制品加香，另一方面，還可以利用西柏三烯二醇在抗腫瘤、神經(jīng)保護(hù)劑、抑菌方面的生物活性，深度開發(fā)其作為先導(dǎo)化合物在醫(yī)藥、植物源農(nóng)藥方面的應(yīng)用價(jià)值，拓展煙草的新用途，提高煙草種植的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

本研究分析了我國(guó)不同類型煙草西柏三烯二醇含量現(xiàn)狀，篩選了富含西柏三烯二醇的煙草資源，為高香氣煙草種質(zhì)選育提供了研究基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

我國(guó)煙草資源西柏三烯二醇含量豐富，煙花是煙草西柏三烯二醇含量最豐富的器官。一般栽培煙草種質(zhì)均含有西柏三烯二醇，烤煙中西柏三烯二醇含量最高，其他類型差異不顯著，不同類型煙草α與β-西柏三烯二醇異構(gòu)體的比值也存在差異。煙草西柏三烯二醇組成及含量差異是不同品種香吃味品質(zhì)差異的重要化學(xué)成分基礎(chǔ)。本研究可為高香氣煙草品種選育及煙草西柏三烯二醇資源的高附加值開發(fā)利用提供研究基礎(chǔ)。