烟碱向降烟碱转化对烟叶麦斯明和TSNA含量的影响

时间：2022-02-15 15:17:22 浏览量：次

图1 叶片和主脉烟碱转化百分率与麦斯明含量的关系

图2叶片降烟碱含量与麦斯明含量的关系

图3不同烟碱转化能力烟株的叶片和主脉的TSNA含量

图4白肋烟叶片和主脉的降烟碱与NNN含量的关系

   摘要
    以白肋烟TN90为材料，研究了非转化株、低转化株及高转化株烟叶样品的烟碱转化程度及降烟碱含量与烟叶麦斯明和烟草特有亚硝胺（TSNA）含量的关系。结果表明，随着烟株烟碱转化能力的提高和烟叶降烟碱含量的增加，叶片和主脉的麦斯明含量呈线性增加。当烟碱转化率超过20%时，麦斯明含量超过了假木贼碱的含量。
    普通烟草（N.tabacumL.）属于烟碱积累型植物，烟碱含量占其总生物碱含量的93%以上，降烟碱含量一般不超过总生物碱含量的3.5%。但在栽培品种的烟株群体中，一些烟株因基因突变而具有烟碱去甲基能力，导致烟碱含量显著降低，降烟碱含量相应增加，这种具有烟碱向降烟碱转化能力的烟株被称为转化株(converter)。白肋烟群体中一般含有15%～20%的转化株，其中约一半转化株的烟碱转化率在20%以上。烟碱转化是由显性基因控制，并具有加性效应。转化基因编码形成烟碱去甲基酶，可催化烟碱向降烟碱的转化。具有烟碱转化能力的烟株在绿叶中即可开始烟碱转化，收获前转化程度较低，调制过程的前3个星期也可发生烟碱转化，变黄末期以后转化较少。
    与烟碱相比，降烟碱具有较大的不稳定性，在烟叶调制和陈化过程中易发生变化形成一系列降烟碱的衍生物，主要反应包括降烟碱的氧化形成麦斯明(myosmine)，酰化反应生成一系列含有1～8个碳原子酰基的酰化降烟碱，以及亚硝化反应形成N-亚硝基降烟碱 (NNN)。麦斯明和酰化降烟碱的产生可直接改变烟叶和烟气化学成分的组成和含量，对烟叶的香味、品质产生不利影响。从群体中去除转化株是降低烟叶和卷烟中TSNA含量及提高和改善烟叶香味、品质的有效途径。
    烟叶降烟碱含量与麦斯明的关系目前尚无报道。在烟碱向降烟碱转化与烟叶TSNA形成关系的研究方面，Shi等人选择了30株具有不同降烟碱含量的烟株（降烟碱含量为0.05%～3.0%），分别测定了烟草叶片的NNN含量，发现降烟碱与NNN含量呈正比，但烟碱转化与其他TSNA含量的关系尚不明确，而且缺乏叶片和主脉之间的比较。本试验在对同一品种不同烟株的烟碱转化能力进行早期鉴定的基础上，系统研究了具有不同烟碱转化能力的烟株（混合样品和单株样品）降烟碱含量与麦斯明和TSNA含量的关系。

   材料与方法
    试验于2002年在美国Virginia Tech试验农场进行。供试品种白肋烟TN90，按规范化进行育苗、移栽和田间管理。在烟苗移栽后3周，选取600株挂牌烟株，每株取中部叶1片，进行化学诱导，使具有烟碱转化能力的烟株在早期显现烟碱转化的性状之后，测定每株的烟碱和降烟碱含量及评价烟株的烟碱转化能力。早期对转化株烟碱转化的诱导按Shi等人的方法进行，摘取烟叶后，喷施2-氯乙基磷酸水溶液后保湿晾制，待烟叶变黄后，测定烟叶的烟碱和降烟碱含量，烟碱转化率用百分数表示，即降烟碱含量占烟碱和降烟碱含量之和的百分比，由下式计算：
    烟碱转化率＝[降烟碱含量/（烟碱含量+降烟碱含量）]×100%
    根据烟碱转化率，将烟株分为非转化株（烟碱转化率小于5%）、低转化株(烟碱转化率为5%～20%)和高转化株(烟碱转化率大于20%)。
    烟株成熟后，整株烟在普通晾房晾制，调制完毕，先分单株取样，然后按非转化株、低转化株和高转化株3类分别取样后混合，每份样品均分成叶片（含支脉）和主脉两部分。
    生物碱采用气相色谱法测定。样品经烘干后粉碎，称取100mg，用甲基丁醚提取生物碱。气相色谱仪为Agilent-6890，在早期转化株鉴别时，检测器为FID,调制后烟叶样品测定中，检测器为NPD。具体操作和参数设定按Burton等人的方法进行。

    结果与分析

    1.烟碱向降烟碱转化对烟叶麦斯明含量的影响
    降烟碱氧化脱氢可直接生成麦斯明。在正常情况下，烟叶麦斯明含量较低，一般不超过100μg/g，远低于烟叶中的4种主要生物碱。图1表明，烟叶麦斯明含量受烟碱向降烟碱转化的影响，烟叶烟碱转化程度与麦斯明含量呈正比，随着烟碱转化率的增加，烟叶叶片和主脉的麦斯明含量直线上升。叶片的麦斯明含量高于主脉，且随着烟碱转化程度的提高，叶片和主脉中麦斯明含量的差距逐渐加大。进一步分析发现，烟叶的降烟碱与麦斯明含量有较大的关系（见图2）。通过比较不同烟叶样品的各种生物碱绝对含量可以看出，在烟叶的烟碱转化率超过20%或者降烟碱含量达到1.0%时，麦斯明含量可超过假木贼碱，成为位于烟碱、降烟碱和新烟草碱之后含量较高的生物碱，这对烟叶化学和感官品质可产生较大的影响。
    2.烟碱向降烟碱转化对叶片和主脉TSNA含量的影响
    烟草特有亚硝胺主要有4种：NNN、4-(甲基亚硝胺基)-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）、N-亚硝基新烟草碱（NAT）、N-亚硝基假木贼碱（NAB），它们分别可由降烟碱、烟碱、新烟草碱和假木贼碱发生亚硝化反应而形成。降烟碱作为NNN的主要前体物，其含量高低直接影响NNN的形成。通过烟草转化株的早期鉴定，将烟草植株分为非转化株、低转化株和高转化株3组，分别测定调制后烟样的TSNA含量。如图3所示，NNN含量随着烟碱转化能力的提高而大幅度增加，表明烟碱向降烟碱转化导致降烟碱含量升高，同时促进了NNN的形成和总TSNA含量的提高。叶片和主脉中表现出相同的趋势，但主脉的TSNA含量远高于叶片（约3～10倍），这与主脉中亚硝酸含量较高有关。
    试验中对具有不同烟碱转化能力的个体烟株的降烟碱含量和TSNA含量进行了测定，以进一步研究烟叶的降烟碱含量与NNN之间的关系。图4表明，不同烟株的烟碱转化能力差异极大，因而降烟碱含量变幅较大，叶片的降烟碱含量从0.10%到3.60%，主脉的降烟碱含量从0.02%到0.91%。降烟碱含量与NNN含量成正比，随着降烟碱含量的增加，NNN含量直线增加。叶片和主脉表现出相同的变化趋势，但主脉中降烟碱含量与NNN含量的回归直线斜率较大，表明主脉的NNN形成对降烟碱含量更为敏感，降烟碱含量的增加有利于NNN的形成和积累。
    3.烟碱向降烟碱转化对TSNA组成比例的影响
    试验表明，具有不同烟碱转化能力的烟株之间，以及叶片和主脉之间，TSNA的组成比例有一定差异。在非转化株中，叶片的NNN和NAT比例较接近，均约占总TSNA的40%左右，NNK约占10%～15%，NAB的含量最低。随着烟叶烟碱转化能力的提高和降烟碱含量的增加，NNN占总TSNA的比例持续增加。在高转化株中，NNN的比例可达总TSNA含量的90%。在主脉中，NNN所占的比例也随烟碱转化程度的提高而增加，但TSNA的组成特点与叶片有所不同。主脉的NNK含量和比例高于NAT，而叶片的NNK比例远低于NAT。在非转化株中，主脉的NNK和NNN比例较为接近，均约占总TSNA的40%左右。

结语

一些烟株由于基因突变具有烟碱去甲基的能力，导致调制后烟叶烟碱含量降低、降烟碱含量增高，对烟叶化学成分的组成和含量造成很大影响。本试验结果表明，随着烟碱转化程度的提高和降烟碱含量的增加，叶片和主脉的麦斯明含量和NNN含量显著增加，由于二者分别对烟叶的香味、品质有明显的负面影响，因此，烟草群体中烟碱转化株的出现和积累对烟叶品质和可用性的提高极为不利，在烟草育种、良种繁育和烟草生产中有效地鉴别和去除转化株，净化烟草群体，优化生物碱等化学成分的组成是实现烟叶提质减害的重要途径。

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