烟草中蛋白质与烟草品质的研究进展

烟草中蛋白质与烟草品质的研究进展
摘要：本文综述了烟叶中蛋白质对烟草品质的影响，归纳了影响烟叶中蛋白质含量的因素。

简要介绍了蛋白质的提取测定方法。

烟叶中蛋白质的降解和生成的产物都极大地影响烟叶的吸食口感和品质。

本文总结了近年关于烟草中蛋白质方面的研究成果，为烟草品质的提高提供参考。

关键词：烟草；蛋白质；影响因素
1．前言
烟叶品质好坏不仅直接影响烟草产品的质量和效益，而且对烟草经济的发展起着举足轻重的作用。

国内外科研工作者通过分子生物学的方法对烟叶的香气风格以及烟碱等有害物质的代谢调控进行了大量研究。

目前有关蛋白质组学在这方面的研究并不多见。

烟叶的致香物质是烟叶内在品质的根本内容之一，烟叶的香气风格很大程度上受生态环境因素影响。

不同产区具有不同风格特色烟，其蛋白质表达存在很大差异。

以往对香气风格形成机理的研究主要集中在常规化学成分和致香物质等方面[1]，浓香型特色烟和清香型特色烟叶片在蛋白质表达不同到导致形成不同香气风格烟叶[2]。

在清香型高表达的蛋白质主要参与叶绿体发育、色素代谢和光合作用等过程，而与糖代谢相关的蛋白质在浓香型特色烟高表达。

2. 烟草中蛋白质的提取分离
烟草根系既是水分和养分吸收的主要器官，又是烟碱等重要次生代谢物质合成的主要场所，与烟株发育和烟叶产量、品质密切相关。

研究烟草特殊生长环境下或某个发育时期根系蛋白质的表达情况，对于及时了解烟草生长发育过程中某些代谢途径具有重要意义。

然而烟草根系中蛋白质含量相对较低，并且含有大量的多糖、多酚、蛋白酶、酯类、醛类和其它次生代谢物质，为根系蛋白质的提取增加了一定的难度。

蛋白质组学是随着蛋白质研究技术的快速发展而发展起来的。

其中最常用的分离技术是蛋白质双向电(Two-dimensionalelectrophoresis，2-DE)，而蛋白质的提取和样品制备对双向电泳的分辨率和重复性起着举足轻重的作用[3]。

目前蛋白质的提取方法很多，但由于不同植物具有特异的生理生化特性，蛋白质的最适提取方法差异较大，甚至同一植物不同组织的最适提取方法也不尽相
同。

烟草是叶用作物，烟叶的产量和品质是广大烟农追求的终极目标。

烟叶蛋白质提取和分离方法的确立为产量和品质相关研究奠定了基础。

3. 植烟环境对烟草中蛋白质含量影响
烟草在生长发育过程中会受到各种生物和非生物胁迫，如干旱、洪涝、盐碱、高温、低温、病虫草害、机械损伤等等，这些逆境条件会对烟草的正常生长发育产生不利影响，进而导致烟叶产量降低，品质下降。

蛋白质是基因功能的最终执行者，是细胞增殖、分化、衰老和凋亡等所有生命活动的直接体现者，它具有表达时间、表达量的差异，而且对外界的环境刺激可以能动地产生反应，逆境条件下烟草蛋白质的种类和表达量发生显著改变，形成各种内在调控机制，以适应或者抵御环境条件的改变。

3.1 生态环境
我国各地区生态气候条件差异显著，各地所产烟叶质量各有特色。

如云南主产清香型烟叶，贵州烟叶常为中间香型，而湖南桂阳属于浓香型烟叶产地。

生态因子中气候因素是引起烤烟内含物存在地域分布差异和产量高低的重要生态环境因素之一，直接影响烤烟产量和质量的主要气候因素有光照、温度和降水等因子。

国内学者在气候因子与烟叶质量的相关关系方面已经做过大量研究。

光照因子方面，研究表明烤烟生长最合适的光照条件是：大田生长期日照在40%左右，日照时数大于500h，此光照条件下烟叶中蛋白质含量最合适，烟叶品质最佳[4]；烟叶中的蛋白质含量与其在旺长期和成熟期的日照时数的相关性最高；增加蓝光比例可促使比叶重和干鲜比增加，叶片加厚，叶绿素含量增加，降低净光合速率，使叶片总氮、蛋白质、氨基酸含量提高，使氮代谢增强，碳氮比降低。

温度因子方面，日本春野试验所研究结果表明，在昼温相同的条件下，随着夜晚温度增加，烟叶中非蛋白氮含量增加，烟叶燃烧时的臭羽毛气味增加，品质下降[5]。

除了光照，温度，水分也对烤烟内在品质影响起重要作用。

随着全球气候不断变暖，使得烟草种植环境发生变化，而如何适应气候的变化，在自然气候上提升烤烟潜在的生产力，结合目前已有的报告研究因地制宜开发具有地域特色的烟叶成为当今烟草领域的一个重要内容。

3.2 氮素
氮素对烟株生长发育和烟叶品质形成发挥着举足轻重的作用，氮素营养一直是烤烟栽培研究中的热点问题。

施肥时间、施氮水平和氮素形态等均会造成烟叶中蛋白质表达和调控的差异，进而影响烟碱合成等重要代谢过程。

梁景霞以翠碧一号烟草为试材，采用比较蛋白质组学的方法对低氮与高氮两种供氮水平下的烟草根系蛋白、叶片蛋白进行了系统分析[6]，在蛋白质水平上较为准确和直观地了解了烟草根系、叶片在低氮胁迫下蛋白质表达的种类及丰度变化。

研究结果共鉴定出21个差异表达蛋白质，涉及蛋白质代谢和降解、碳代谢、抗性与环境互作光合反应、信号转导等不同的功能组群，从而在蛋白表达水平上更深入地解析了烟草对低氮环境的多代谢途径响应机制。

4. 烟叶品质相关蛋白质研究
我国根据从古自今所栽培的各种烟草的品种特性、栽培条件、调制方法、主要用途，主要分为以下6类：晾晒烟，烤烟，白肋烟，香料烟，雪茄烟，黄花烟我国烟草产量主要以烤烟为主，占烟叶总产量的80%以上，烤烟的品种有很多，如NC系列、K326、RG11、红花大金元等。

很多烟草科技工作者对我国不同品种烤烟进行过化学分析研究。

刘荣森等[7]对常见烤烟品种K317、G80、NC82、KG11云烟85、云烟87、翠碧1号、红花大金元中蛋白质进行测定，发现不同品种烤烟蛋白质含量均存在一定的差异，其中云烟87蛋白质含量最低，为 5.75%，8个烤烟品种烟碱含量的平均值为2.03%，变异系数28.77%，蛋白质含量的平均值为7.30%，变异系数为16.51%。

各品种的产量在品种间、品种地点间变异均达到1%，呈极显著水平。

大量研究表明，不同品种间烤烟中蛋白质含量有一定的差异，烟叶叶片上不同位置蛋白含量水平差异不显著，但中部叶>下部叶>上部叶，大部分品种维持在7%-10%左右，除个别品种含量超过或者低于最适最适水平，较低的如云烟87，含量较高的如云烟85和PVH19。

蔡永占利用比较蛋白质组学的方法，对云南省的昆明市和丽江市两个不同气候环境的生态试验点团棵期烤烟品种云烟87 的叶片蛋白质表达情况进行了研究[8]，鉴定出33个差异表达的蛋白质，蛋白质合成，矿质代谢相关的差异蛋白在昆明点的烟草叶片中表达较高，增强光合效率相关的蛋白质在丽江点的烟草叶片中表达较高。

该结果与昆明点平均降水量显著低于丽江点的气候特点一致，说
明昆明点的烟草为了适应干旱的环境条件，合成较多的相关蛋白来调适各种代谢途径，加强矿质代谢，维持烟株的正常生长发育。

5. 结语
随着越来越多的生物全基因组测序工作的完成，烟草中蛋白质研究突飞猛进的发展，为进一步揭示生物体生长发育及响应外界环境因子的关键代谢途径的分子机制提供了蛋白质水平的证据，更加贴近了人们对生命现象和生命活动本质的认识。

在我国烟草质量和工业需求相比，依然存在一定的差距，基本表现为烟叶体内各种化学物质成分不协调，香气量不足等问题。

然而，烤烟中总氮和蛋白质水平与以上两个问题有着直接的联系。

如何控制烤烟中蛋白质的含量与其他化学物质间的协调将是衡量烤烟蛋白质含量的一个重要标准。

烤烟中蛋白质含量受到品种、气候、施肥量、烘烤、陈化时间长短等诸多因素的影响，而烤烟中蛋白质的降解主要集中在烘烤过程中的变黄阶段，这些蛋白降解产物可与还原性糖类发生美拉德反应，产生的致香物质提高了烟草的吸食口感和香气量，同时烤烟蛋白燃烧时产生碱性物质与水溶性糖燃烧时产生的酸性物质共同影响烟叶吃味，因此，要控制糖与蛋白质比例关系，使烤烟的吸食口感达到最佳，然而烤烟蛋白质的燃烧与焦油的产生极显著相关，综上，控制烤烟中蛋白质含量的“度”尤为重要。

从烤烟品种的改良，种植条件改善，亦或是烘烤参数的调整，人工添加微生物菌剂或是水解酶类，烤烟品质提升都是一项具有系统性和复杂性的工程
参考文献
[1] 唐远驹，试论特色烟叶的形成和开发[J]，中国烟草科学，2004，25(1)：10-13。

[2] 崔红，不同生态区烟草叶片蛋白质组学的比较[J]，生态学报，2008，28(10)：4874-4880。

[3] 刘伟霞，适用于小麦叶片蛋白质组分析的样品制备方法[J]，中国农业科学，2007，40(10)：2169-2176。

[4]谢晏芬，气候因子对烤烟质量的影响[J]，西南农业学报，2006（19）：531-534。

[5]张家智，云烟优质适产的气候条件分析[J]，中国农业气象，2005，21（2）：7-21。

[6]梁景霞，烟草种质ISSR标记及对氮素响应的生理遗传与差异蛋白质组学研究
[D]，福州：福建农林大学，2008。

[7]刘荣森，不同烤烟品种游离氨基酸、蛋白质、烟碱含量的差异研究[J]，河南农业科学，2010（10）：32-35。

[8]蔡永占，不同气候环境中团棵期烟草叶片蛋白质组学分析[J]，中国农业科学，2013，46(4)：859-870。