煙草資源多元化開發利用潛能

張文姬，陳楨祿，鄒明民，潘曉英，袁清華，黃振瑞

（1.廣東省農業科學院作物研究所/廣東省農作物遺傳改良重點實驗室/廣東省煙草育種與綜合利用工程技術研究中心，廣東 廣州 510640；2.中國煙草總公司廣東省公司，廣東 廣州 510610）

煙草在植物分類學上屬雙子葉植物綱管花目茄科煙屬。煙草鮮葉化學成分組成復雜，主要包括葉綠素、蛋白質、淀粉、煙堿、有機酸、茄尼醇及香料等，均具有很高的應用價值［1］。不同地區煙葉化學成分差異較大，如云南地區鮮煙葉的高不飽和半乳糖、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰膽堿、大部分多酚類、氨基酸和多胺含量較高，而低不飽和半乳糖、三酰基甘油、帶有三羥基長鏈堿的糖基神經酰胺、酰化甾醇苷和一些有機酸則在河南地區鮮煙葉中含量普遍較高［2］。不同類型煙葉化學成分差異更明顯，以四川省調制后的上二棚煙葉包括烤煙、白肋煙、香料煙、馬里蘭煙、曬煙等為材料進行常規化學成分分析，各類型煙葉的糖堿比和氮堿比差異均很大，尤其是還原糖含量［3］。豐富的化學成分含量及多樣化，為煙草植物多元化高值化開發利用提供了物質基礎。

長久以來，對煙草的利用多是將煙葉用于卷煙工業，而我國作為世界煙草種植大國，近5 年每年煙葉平均產量約230 萬t（國家統計局最新數據），在卷煙生產過程中，其中約有1/4 的煙葉、煙末等下腳料得不到合理利用，常常掩埋或者焚燒處理，造成資源浪費和環境污染。近年來，在健康中國時代大背景下，卷煙工業的市場需求逐漸降低，對煙草種植、加工等傳統產業帶來巨大的沖擊。由于煙草的嚴格管控，據國家統計局數據顯示，近些年全國煙草的種植面積逐年下降，2016—2019 年煙葉種植面積依次為120.84 萬、113.06 萬、105.79 萬、102.66 萬hm2，不利于煙草行業整體的發展。因此，除了傳統卷煙工業外，煙草資源的多元化開發利用勢在必行。

我國目前對于煙草多用途開發利用方面的研究并不多，據文獻調查，除了傳統上用于有機肥外，近年來主要集中在藥用煙草等特色資源的選育、畜-沼-煙的循環利用、煙草生物新能源的開發、煙草植物藥用功能活性成分的提取利用及煙草轉基因工程的研究上。這可能與政策引領、資金、項目、人才等方面的支持力度不夠以及煙草廢棄資源的生產利用及處理環節管理審批嚴格有關。煙草多用途開發利用涉及分析化學、材料學、生物醫藥、結構生物學等各個領域。本文從農、工、醫等較為全面的針對煙草多元化開發利用和煙葉廢料的高值化加工等方面進行調查及分析，以推動煙草行業的健康可持續發展。

1 特色煙草品種資源是多元化開發利用的物質基礎

我國是世界上煙草種質資源保存數量最多、遺傳多樣性最為豐富的國家。截至2017 年底，我國保存煙草種質資源數量達5 767 份，居世界首位。豐富的煙草種質資源為多元化開發提供了儲備與保障。我國煙草資源雖然數量豐富，但其區域分布十分不均衡，主要集中在廣東、貴州、河南、湖北、山東、山西、四川和云南等省，占全國資源收集總數的67.2%，而甘肅、廣西、河北、江蘇等省的資源數量稀少，不到全國的1%［4］。廣東是我國栽培煙草較早的省份之一，在省內各地的生態環境下，經過人工栽培篩選，物競天擇，形成了一批獨特的廣東地方種質資源。例如，廣東省農業科學院作物研究所煙草研究室目前收集了煙草種質資源1 300 多份，其中特有煙草資源300 多份，在我國煙草資源的保護工作上具有重要的地位。該所是國家煙草專賣局重大專項“中國煙草種質資源平臺建設”項目的成員單位之一［5］，為煙草資源的多元化開發和高值化利用提供了可持續發展的優質資源和平臺。

我國煙草在抗病、抗蟲、抗逆等方面取得了大量的研究成果。采用轉基因技術，將外源抗病基因hrpZPsg12、Bchi、TaPIM1及CaSn導入煙草，分別提高了煙草對煙草普通花葉病和馬鈴薯Y 病毒、真菌性病害、青枯病及南方根結線蟲的抗性；利用RNAi 技術下調病毒基因，獲得同時抗TMV和CMV 的轉基因煙草；將蘇云金桿菌毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因及外源凝集素基因等抗蟲基因導入煙草，獲得抗棉鈴蟲、金龜子、斜紋夜蛾幼蟲、蚜蟲及甜菜夜蛾的煙草；通過導入果聚糖合成酶基因6-SFT、棉花鋅指蛋白基因GhSAP1，提高了煙草對干旱和寒冷脅迫的抗性以及耐鹽能力［4］。廣東省農業科學院作物研究所選育的“塘蓬”是世界首個隱性基因控制的白粉病免疫曬紅煙品種，以及通過聚合優良性狀獲得對TMV 免疫兼抗PVY 與黑脛病的烤煙品種。值得關注的是，抗煙草青枯病育種研究工作取得重大進展，在種質資源青枯病抗性評價過程中，發現地方晾曬煙資源中GDSY-1 的抗病遺傳與普通煙草品種T.I.448A（美國發現抗源品種）攜帶的抗源不同，經檢測其為新抗源，且抗性優于美國抗源，具有較高的育種價值［6］。

藥用煙草的培育是煙草種質資源創制的新亮點。將紫蘇、羅勒、曼陀羅、薄荷、土人參、黃芪等藥用植物通過嫁接和有性雜交相結合的方法與煙草進行遠緣雜交，創制出含有藥用成分的新型煙草；將普通煙草龍煙2 號與曼陀羅進行屬間遠緣雜交，培育出含阿托品及莨菪烷的新型煙草；將煙草與羅勒進行科間遠緣雜交，培育出具有藥物香氣的煙草新種質［4］。

長期以來，煙草種質資源評價與收集同時進行，包括對煙株株型、株高、葉片相關性狀、節距、莖葉夾角、花相關性狀，生育期以及抗病性等性狀的鑒定評價。這些種質資源將成為今后開展新品種培育、遺傳理論研究和分子生物學研究的重要基礎。加大種質資源的收集和創新力度，拓展種質資源研究工作的廣度和深度，挖掘種質資源潛在的利用價值，為打好煙草行業的“種業翻身仗”貢獻力量。

2 現代煙草循環農業是煙草生態發展新模式

現代煙草循環農業利用煙草生產中的有機廢棄物，調整優化煙草產業結構，有利于提升煙葉品質、提高煙農收益和保護生態環境，是適宜的煙草農業發展范式及綠色、環保和可持續發展的體現。

畜-沼-煙循環模式是煙草綠色生產的基本循環鏈條。劉刈等［7］針對煙草廢棄物含有煙堿和病原物以及木質素含量較高的特點，提出了煙草生產沼氣的制約因素及優化模式，并認為廢棄煙葉發酵前的預處理非常重要，需要降低煙堿的含量和軟化原材料硬度。封衛平等［8］在此基礎上，將廢棄鮮煙葉切碎處理和漚堆發酵后，能夠改善沼氣發生環境，加快產氣速度，提高產氣量，避免了隨意丟棄廢煙葉造成的病蟲害傳播和資源的浪費，也為現代煙草循環農業的鏈條提供了合理的利用途徑。Li 等［9］首次對4 個煙草品種（Yunyan85、Yunyan 99、Yunyan 114、Guiyan 2）秸稈的生物甲烷生產性能和特性進行研究，其中Yunyan114 累積甲烷產量最高，為130.2 mL/g，木質素含量低于其他煙草品種，并提出了廣泛適用于煙草秸稈的厭氧消化模式Gompertz 模型。陳素云［10］依據農業生態系統“整體、協調、循環、再生”的原理，通過分析合理布局產業機構，把育苗工場、密集烤房、養殖場、沼氣廠、有機肥等互相提供資源、消納廢物的農業生產規劃集中到基地園區單元內，進一步提高利用效率和資源配置最優，并經過一些列評價指標包括農民素質、收入結構、政府組織、獎勵機制、利潤分配等方面，在貴州畢節秀水設計并示范了現代煙草循環農業園，采用有機煙葉-有機牧草、有機玉米-有機牧草兩年輪作的種植制度，施用有機肥，采用生物方式殺蟲；牧草和玉米秸稈作為畜牧業中的飼料，產生的牲畜糞便供應大型沼氣廠，沼氣廠的沼氣用作密集烤房和育苗工場的能源；沼渣、廢棄煙桿和煙葉等用作有機肥的原料，沼液直接還田，有機肥供應作物生長，最終形成種養加相結合的產業鏈條和物質循環利用的生產系統。盡管各地都在不斷探索，但煙農煙企協調度不高，收益分配制度不完善，系統構建和運行機制上仍有待進一步完善。

3 煙草廢棄秸稈是新能源生物材料的新來源

植物類廢棄物如稻草、藻類、秸稈、樹葉等是碳基電極材料的碳來源之一，這些原料碳化后具有高度多孔性、比表面積大、導電性能良好以及孔徑分布寬等特點，植物廢棄物新能源碳基電極材料的開發也有助于緩解化石燃料枯竭帶來的能源危機［11］。煙稈作為煙草生產過程中的一種廢棄物，可用于制備多孔碳材料，作為制備鋰離子電池負極材料，實現煙草在新能源生物材料方面的高值化利用。

目前，煙草基活性炭材料在電化學超級電容器方面有了初步研究。陳輝等［12］應用新疆產地煙草，通過一步水熱法熱解得到煙草基多孔碳，并通過堿化獲得煙草基活性炭。該煙草基活性炭具有較高的比表面積（1 297.6 m2/g）和大孔容（0.52 cm3/g），在0.5 A/g 電流下比電容可達148 F/g，兩電極體系下具有120 F/g 的比電容值，在1 A/g 下經過9 000 次循環后，容量沒有損失，在超級電容器中具有高電容和良好的循環穩定性。在此基礎上，廣東省農業科學院作物研究所煙草研究室與暨南大學合作，首次利用自主育成品種81-26 煙草秸稈為碳源，KOH 為活化劑，硫脲為摻雜劑，制備了一種超高比表面積的N、S 共摻雜活性炭材料，成功應用于超級電容器，其優勢體現在：KOH 在400～600 ℃與碳發生反應生成K2CO3、K和H2；當溫度超過700 ℃，其他額外反應將會陸續發生，刻蝕碳表面而產生更多中孔結構（K2CO3→K2O+CO2，CO2+C→2CO，K2CO3+2C→2K+3CO，C+K2O→2K+CO）；當溫度升至800 ℃，K 蒸氣會進入更深層的碳骨架，活性炭進一步被刻蝕而產生更多微中孔結構。因此得到的煙稈基多孔碳材料具有極大的比表面積（3 733 m2/g），并且摻雜N、S 元素后在1 A/g 電流密度下表現出優越的比電容值（422.5 F/g）。與其他活性炭相比，在相同活化劑作用下，該研究的煙稈基多孔碳材料具有更高的比表面積和較優異的電化學性能［13］。使用煙草廢棄物生產的活性炭作為電極制造的對稱超級電容器裝置中，在300 W/kg 的功率密度下提供高達10.4 Wh/kg 的高能量密度，以及優異的長期循環穩定性（92.8%，5 000 次循環后初始電容保持率的百分比）［14］。后續研究顯示，不同的煙草品種通過同樣的活化作用，生成的活性炭性能具有明顯差異，這方面還需要開展系列研究。作為高性能超級電容器電極材料的候選材料，煙稈活性炭的優化是將煙草生物質廢物轉化為新能源材料高值化利用的重要方向之一。

4 煙草資源在農業綠色防控領域的新優勢

植物作為天然化合物的寶庫，其產生的次生代謝產物超過40 萬種，其中的大多數化學物質如萜烯類、生物堿、類黃酮、甾體類、酚類、獨特的氨基酸和多糖等均具有殺蟲或抗菌活性，為植物源農藥開發提供了充足的原料來源。植物源農藥中殺蟲活性成分因具有自然降解、無殘留、低毒等優勢，受到研究者廣泛關注，煙草因含有獨特的生物堿成分，自古就有殺蟲滅菌的記載。在綠色防控領域，煙草的應用也較早。早期民間傳統將煙葉或者煙梗用水煮開后，加上肥皂水或石灰水可用以消殺蔬菜、果樹、茶葉、棉花等作物上的蚜蟲、葉跳蟬、白粉虱、菜青蟲、薊馬、卷葉蟲等多種害蟲。

前期研究顯示，煙草在生物綠色農藥生產中起主要作用的組分是煙堿，能夠作用于昆蟲神經系統中的煙堿型乙酰膽堿受體，表現出極強大的親和力，因此煙堿具有廣譜抗蟲性，對同翅目、鱗翅目、等翅目、蛛型綱和水生蚤類等蟲類均有殺滅或毒害作用［15］。近年來，科學家逐漸發現煙草中的其他生物堿和非生物堿物質如假木賊堿、丹寧酸、皂苷、還原糖、類黃酮和三萜化合物也具有很強的抗蟲或驅蟲效應［16-17］，煙草中新發現的西柏烷類化合物如西柏三烯二醇還具有很好的抗真菌［18-19］、抗細菌［20］和抗病毒［21-22］活性。煙草葉片中還含有一種應激反應下產生的凝集素的成分，對鱗翅目昆蟲腸中存在的酶的蛋白水解降解具有很強的抵抗力，從而對鱗翅目幼蟲具有明顯的毒性作用，凝集素既可以幫助煙草植物自身抵御毛蟲，并可開發利用作為殺蟲劑的活性成分［23］。煙油也具有廣泛的殺滅害蟲作用，在高溫真空設備中，當煙葉被加熱到482 ℃時會產生生物油物質，該物質能夠殺滅11 種真菌、科羅拉多甲蟲以及目前常見的對化學殺蟲劑有耐藥性的害蟲，即便從中去除煙堿成分，生物油仍能有效地殺滅害蟲［24-25］。研究認為，這種殺蟲劑所具備的抑制一部分而非全部微生物的能力使其可以成為新型選擇性殺蟲劑。此外，田間實驗也合理地通過煙草-作物種植模式，發揮了煙草有效防控病、蟲、草害的作用，例如，煙草-葡萄間作模式可以有效控制葡萄根瘤蚜的危害［26］；煙-稻輪作能改良土壤養分、減輕煙稻病、蟲、草害和提高煙稻產質量，是實現煙稻雙豐收、減少化學農藥使用和解決煙糧爭地矛盾的重要模式［27］。

5 煙草植物及其藥用成分在疾病治療上的新發現

隨著藥理學的發展，許多天然植物成分的生物活性被鑒定出來，部分已在臨床上運用在人類目前使用的臨床藥物中，大約有25%來源于天然植物［28］，如獲得諾貝爾獎的我國科學家屠呦呦研發的抗瘧疾藥物青蒿素［29］、用于治療習慣性支氣管哮喘和預防哮喘發作的擬腎上腺素藥麻黃堿［30］、用于治療多種癌癥的抗癌化療藥物紫杉醇［31］、治療心血管疾病的藥物銀杏內酯［32］等。煙草植物本身也是出色的特色藥用資源，我國醫書《中華本草》記錄了煙草的醫藥作用，即煙草功效行氣止痛、燥濕、消腫、解毒殺蟲，主治食滯飽脹、氣結疼痛、關節痹痛、癰疽、疔瘡、疥癬、濕疹、毒蛇咬傷，扭挫傷。《全國中草藥匯編》明確顯示，煙草具有消腫、解毒、殺蟲等功效，主要用于疔瘡腫毒、頭癬、白癬、禿瘡、毒蛇咬傷等癥，還可治療項疽、背癰、風痰、鶴膝等病。吸煙確實給人類帶來了很多危害，更多是因為香煙煙氣中的致癌物質，如焦油、一氧化碳和亞硝胺等，但是煙草植物作為一種歷史悠久的特色藥用植物，其藥用成分和醫用價值不能因此而被忽略。

煙草植物藥用成分主要包括生物堿類、酚類、有機酸類、萜烯類等。近年來關于煙草藥用成分尤其是煙堿和茄尼醇的提取，發展較為迅速，其提取范圍、提取方案以及產品純度，均得到明顯提升，主要是利用廢棄煙草或者煙稈等，通過萃取、蒸餾、色譜等方式提取。傳統的煙堿提取方法，主要有水蒸氣蒸餾法、溶劑萃取法、離子交換法，而新興的提取方法主要有超聲輔助提取法、微波輔助提取法以及超臨界CO2萃取法［33］；提取茄尼醇的傳統方法主要有超臨界萃取、超聲波提取、微波萃取以及溶劑浸取等方法，而高純度茄尼醇的提取則是極具潛力的分子印跡法，提取的純度高，可用于生物活性和醫藥開發領域［34］。除此之外，煙草中鑒定到的其他有益藥用組分的提取及純化還不成熟，還沒有得到普遍應用，但是其藥用成分的巨大潛力，將首先促進煙草廢棄物在醫藥領域的高值化利用。

生物堿類是一種含氮化合物，在抗腫瘤、抗微生物及抗炎鎮痛等方面功效顯著［35］。煙堿是煙草中含量最高也最受關注的生物堿類物質，也是吸煙者的主要成癮物質，約占煙草重量的5%。煙草生物堿還包括少量的降煙堿、假木賊堿、新煙草堿等［36］。煙堿主要在保護神經退行性疾病如阿爾茲海默癥和帕金森癥以及緩解炎癥性疾病如潰瘍性結腸炎、敗血癥、類風濕關節炎等方面發揮重要作用［37］。

煙草酚類物質中，蘆丁、芹菜素和槲皮素等是煙草中突出的類黃酮醫藥成分，其中發酵前煙葉的蘆丁含量達1.5%～2%［38］，是重要的抗氧化劑、細胞保護劑、血管保護劑、抗癌劑、神經保護劑和心臟保護劑［39］。其他多酚類如香豆素類（莨菪靈、莨菪亭、七葉亭等）、黃酮類（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），也具有廣泛的藥用生物學活性。煙草中酚酸類物質綠原酸、阿魏酸和咖啡酸等具有廣泛藥理活性的物質也存在煙草植物中，其中綠原酸含量較高，占總酚含量的75%～95%，占煙草含量的0.2%～5.4%，與金銀花的綠原酸含量相當，是一種具有多種生物活性的膳食多酚，具有抗氧化、抗菌、保肝、保護心臟、抗炎、退熱、保護神經、抗肥胖、抗病毒、抗微生物、抗高血壓、自由基清除劑和中樞神經系統刺激劑等保健作用［40］。

煙草中含量最多的抗氧化有機酸是檸檬酸和蘋果酸，含量約占煙葉干重的2%～5%，具有抑菌消炎、抗血小板聚集和保護心肌細胞及調節機體免疫等作用［41］。此外，煙草中還含有少量抗壞血酸等保健成分。

萜類是煙草精油的主要成分之一，茄尼醇是煙草中萜烯類的代表性物質，研究顯示在煙草種質中含量最為豐富（干重約占1%～4%）。茄尼醇具有很強的自由基吸收能力和抗氧化活性，具有抗菌、抗腫瘤、抗炎和抗潰瘍等生物活性，是合成輔酶Q10、維生素K2 和抗癌劑協同劑N-茄尼基-N 等泛醌類藥物的關鍵醫用中間體［42］。此外，煙草精油成分中的α-、β-紫羅蘭酮，除了具有紫羅蘭香氣使人感到愉悅之外，也能帶來健康效應，如減輕高脂飲食引起的骨骼肌消耗，防止紫外照射引起的皮膚光老化，以及抵抗乳腺癌、肺癌和白血病等［43］。

近年來，隨著代謝組學的普及，煙草植物中其他具有藥理活性的代謝物如維生素E、維生素K1、東莨菪素、麥斯明、Feruloyltyramine 等逐漸得到鑒定［44］。值得一提的是，煙草中的煙酸和煙酰胺，雖然含量不高，其屬于維生素B 族，是人體不可缺少的組成成分，參與機體的氧化還原作用，促進新陳代謝，在臨床上已有諸多應用［45］。此外，植物多糖、植物多肽及甾醇類在醫藥領域也具有重要的生物學功能，如植物多糖能有效調節人體內血脂和血糖的平衡、調節免疫活性、抗癌、激活細胞抗氧化活性［46］，植物多肽類小分子具有抗氧化、抗病毒、調節代謝綜合征尤其是降血壓的作用［47］，植物甾醇類具有降膽固醇的作用［48］。煙草中含有豐富的糖類（占干重的25%～50%）和蛋白質（幼苗期干重26%～29%，成熟期干重12%～15%），以及植物甾醇類如β-谷甾醇、豆甾醇、菜子甾醇等。因此，煙草是未來藥物開發優選的植物資源之一。

6 煙草轉基因工程是植物生物反應器的領跑者

將植物用于藥用的歷史可以追溯到數千年前，但植物基因工程生產所需的生物藥物還不足50 年。通過基因工程，植物可以用來生產藥理學上有活性的疫苗、激素、細胞因子、哺乳動物抗體、血液產品替代品和各種其他治療制劑［49］。與微生物發酵、哺乳動物細胞或轉基因動物生產系統相比，植物源藥物制備不受人類疾病和哺乳動物病毒載體的影響，還可以在田間大量生長，儲存更為便利［28］，因此轉基因植物藥物生產具有安全、商業化大量生產及節約成本的前景優勢，可能成為多種新型新藥的重要生產體系。煙草廠家也有較大的潛力以比傳統方法更低的成本大規模生產藥品。

迄今為止，除了擬南芥、番茄、馬鈴薯、大豆、苜蓿、玉米、水稻和小麥，煙草是主要的用于生產人類治療劑的作物［49］。通過利用轉基因植物病毒如煙草花葉病毒或者花椰菜花葉病毒等農桿菌介導法或者基因槍法，外源蛋白不僅可以在核基因組中表達，而且在葉綠體基因組中也很容易表達。帶有外源基因的煙草可以通過大田或溫室栽培或體外懸浮細胞培養兩種方式用于生產，尤其重要的是可以在1 周內快速制備疫苗和單克隆抗體等，用于臨床試驗或進行個性化治療［50］。

第一株轉基因植物是煙草，而生產出第一個藥用蛋白的植物也是煙草，1986 年在煙草中首次表達成功人類第一個生長因子，之后4 年內又在煙草中證明了植物具有正確組裝多亞基糖蛋白即人類免疫球蛋白IgG 的能力，隨后轉基因煙草中合成表達了口蹄疫病毒疫苗、鏈球菌抗體、乙肝疫苗、人表皮生長因子、人β 干擾素、人血清白蛋白等醫藥制劑［49］。首例將納入臨床試驗的植物源抗體是在2015 年在轉基因煙草中表達的人類HIV 病毒的單克隆抗體（2G12），該抗體在德國用于臨床一期實驗，暫未發現明顯的安全問題［51］。美國Mapp 公司利用轉基因煙草表達的3種抗埃博拉病毒的人鼠嵌合單克隆抗體mAbs 進行“雞尾酒”療法，2014 年利用該法ZMapp 治愈了全部18 只感染埃博拉病毒的恒河猴；在尚未開展臨床試驗的情況下，同年在利比里亞治愈了2 名感染病毒的美國醫療援助人員，為抗埃博拉藥物研發帶來了希望，也為煙草生產生物醫藥制劑帶來了廣闊前景［52-54］。近幾年我國學者在轉基因煙草上也獲得了新突破，Fu 等［55］基于馬鈴薯病毒載體（pgR107），通過農桿菌介導方法，在本氏煙草（Nicotiana benthamiana）上轉化生產了在糖代謝和脂肪酸代謝中起關鍵作用的肝臟激素合成纖維細胞生長因子21（FGF21），積累量高達450 μg/g 鮮重，且在脂肪細胞水平驗證了其刺激葡萄糖攝取的活性。Feng 等［56］應用類似的系統，在本氏煙草轉化表達了促進表皮細胞增殖、遷移、分化和傷口修復的角質形成細胞生長因子1（KGF1），KGF1 在農桿菌感染植物的葉子中積累量高達530 μg/g 鮮重。KGF1 具有生物活性，可以促進NIH/3T3 細胞的增殖，并顯著促進Ⅱ型糖尿病大鼠傷口的愈合。韋正乙等［57］構建了人表皮生長因子基因的煙草葉綠體轉化表達載體pWX-Nt02，其表達量達23.16～25.77 ng/g（鮮重），細胞增殖實驗也證明煙草表達的重組人表皮生長因子具有很好的生物活性。雖然研發技術日漸成熟，植物來源的生物制藥應符合與其他生產系統相同的安全和性能標準，純化技術占植物生物制藥生產成本的大部分，其純度、產量、有效性和安全性仍需要較多的數據評估。盡管如此，煙草作為生物反應器，在未來的基因工程中將發揮關鍵作用。

7 煙草植物在飼料和食品上體現新價值

煙草廢棄物可以制作飼料。煙莖中的蛋白質（平均＞21.71%）和糖分（36.06%～41.15%）均較豐富，尤其是纖維質量好，纖維素含量達38%～45%，加之礦物質元素如鉀、鈣、鎂、鐵、硼、錳等含量豐富，易于加工成營養較全面的良好飼料［58］。此外，煙草飼料還具有防蟲治病的作用，對牲畜飼料具有較高的價值。張春喜等［59］調查結果顯示，云南省建水縣將棄煙青貯加工（煙堿降低到0.019%以下）截短，加米糠、食鹽等喂豬后，在檢測無毒安全的前提下，豬肉品質得到顯著提高，肉質細嫩，且每頭豬比對照組增重顯著（約20%）。對患有蛔蟲病的雞群，在飼料中加入2%煙草粉，每天上下午各喂1 次，連續7 d，就可以消除雞蛔蟲［60］。2021 年意大利的一項最新研究顯示，為降低奶牛的飼養成本，應用含有低煙堿的煙草品種Solaris，將其全株綠色成熟植物體切碎用植物乳桿菌發酵后，添加在基礎飼料中飼喂荷斯坦小母牛，飼喂45 d 后，小母牛的身體狀況、糞便稠度、運動能力或繁殖性狀等方面沒有檢測到差異［61］。可見，煙草飼料化具有成本低、見效快、方便操作、易于推廣的特點，但是煙草飼喂動物后肉質或者蛋奶的安全性檢測方面還比較欠缺，需要全方位的質量評估。

煙草蛋白質營養豐富，在植物界排序中，煙草居于榜首，煙草提取的蛋白成分可應用于制備無毒、天然的營養食品添加劑，制成各種營養食品。研究發現，煙草是唯一一種可以以純結晶形式獲得Fraction-1-蛋白質的植物，該蛋白沒有味道或氣味，無色且無過敏性，并具有可降低膽固醇的最佳氨基酸組成比例；其功能特性（如溶解性、穩定性、發泡、膠凝和乳化能力）優于蛋清、酪蛋白和大豆蛋白，可能是營養和功能最好的食品蛋白；該蛋白還被推薦用于各種醫療用途（例如用于腎透析患者和作為嬰兒的人工牛奶）。來自煙草的Fraction-2-蛋白質也具有良好的特性，可添加到湯和飲料中提高營養質量，豐富人類食物［62］。這些研究曾經被Leaf Protein International（LPI）機構大量試點運營和開發，但最終因資金枯竭而終止。可見，煙草植物營養資源的挖掘與可持續發展，需要配套項目的強力支撐。

8 展望

隨著全球禁煙的呼聲越來越強烈，煙草行業的發展面臨著前所未有的機遇與挑戰。加之傳統卷煙工業帶來的資源浪費和環境污染，煙草資源的多元化開發勢在必行。煙草本身作為一種藥用植物，更是為煙草資源的高值化利用提供了可持續發揮的空間。

為將廢棄煙草、“有害煙草”轉變為功能煙草、健康煙草，建議從以下幾個方面，尤其在生物醫藥健康領域，發揮出煙草特色的舉足輕重的作用。（1）開展煙草植物有效活性成分如萜烯類、酚酸類、有機酸類等物質的提取和分離純化，及后期的生物活性的驗證；開展煙草新的代謝物質成分的結構分析、結構鑒定和活性檢測；開展煙草有益活性成分合成機制的研究，提高產量等。（2）積極推進煙草作為生物反應器生產生物制劑。煙草作為植物生物反應器合成表達了口蹄疫病毒疫苗、鏈球菌抗體、乙肝疫苗、人表皮生長因子、人β 干擾素、人血清白蛋白等醫藥制劑，不過極少量在臨床上進行分析，其純度、產量、有效性和安全性仍需要較多的數據評估；開展利用基因編輯技術，利用煙草提高或者合成表達各行業所需的日化、保健、醫療等綠色材料，并進行系統性的效用評估。（3）積極開發煙草活性成分對醫藥健康領域的貢獻，開展煙草活性成分如煙堿、茄尼醇、綠原酸、蘆丁等不同提取物在代謝綜合征、神經退行性疾病、心血管疾病、皮膚炎癥等人類疾病方面的干預作用；開發利用煙草種籽油在高血脂、心血管疾病方面的有益作用并進行安全評價；開發醫用煙草油抗病毒、抗真菌、麻醉和除臭等方面的功效等。

為加快推進煙草資源的多元化開發利用和煙草行業的轉型升級，我們進一步建議制定煙草廢棄資源標準管理規范或者政策法規，統一處理或者回收，進行資源的調配，發揮煙草廢棄資源的多用途利用。卷煙工業、生物醫藥行業、材料行業、信息學等領域統籌協作，建立合作平臺，開展交叉學科的融合與碰撞，從科技和人文兩方面，從全局和多角度迅速推進煙草資源的綜合利用。對于涉及到多行業多方向，著力解決緊缺人才和專業技術人才缺失難題，建議出臺人才優惠政策，實現人才效益和經濟效益雙贏，以期在“健康中國、綠色中國、美麗中國”的新時代背景下，充分發揮煙草資源的有益作用，將其多元化開發利用的潛能變為現實。