賀文俊， 何 佳， 孫志浩， 楊鐵釗

(河南農(nóng)業(yè)大學， 河南 鄭州 450002)

多酚類物質(zhì)是一類廣泛存在于植物體內(nèi)的重要次生代謝物質(zhì)。最初，人們研究的植物多酚主要為單寧。根據(jù)單寧的結(jié)構(gòu)可分為水解單寧(hydrolysable tannin)和縮合單寧(condensed tannin)[1]。HASLAM[2]對應地將植物多酚分為聚棓酸脂和聚黃烷醇類兩大基本類型。研究發(fā)現(xiàn)，多酚對調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育、基因的誘導和表達、信號的傳導都有影響[3-4]。

在煙草中，多酚類物質(zhì)主要的存在形式是葡萄糖苷和酯，約為干葉重的0.5%～2.5%[5]，其中，綠原酸、蕓香苷和莨菪亭是煙葉中主要的多酚類物質(zhì)。在烤煙中，綠原酸的含量較高，約占總酚含量的75%～95%[6]。煙草中多酚類物質(zhì)合成的途徑一般可分為3個：莽草酸途徑、乙酸一丙二酸途徑和乙酸一甲輕戊酸途徑。其中，莽草酸途徑是煙草多酚代謝的主要途徑。經(jīng)莽草酸途徑形成的苯丙氨酸在苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂酸-4-羥基化酶(C4H)和多酚氧化酶(PPO)連續(xù)催化作用下可形成咖啡酸、阿魏酸、芥子酸等酚類中間產(chǎn)物。在4-香豆酸輔酶A連接酶(4CL)及其他酶的作用下，該中間產(chǎn)物又可進一步轉(zhuǎn)化為香豆素、綠原酸及莨菪亭等，也可形成CoA酯。CoA酯在肉桂酰輔酶A還原酶(CCR)及查爾酮合成酶(CHS)等多種酶的作用下進一步轉(zhuǎn)化為木質(zhì)素和各種黃酮類物質(zhì)[7]。這些多酚類物質(zhì)在煙草中的主要合成部位是煙葉，其次莖也能合成少量的綠原酸，但關(guān)于酚類物質(zhì)能否在根部合成還有待研究[8]。煙草多酚類物質(zhì)含量在煙株中的分布有一定規(guī)律性，即隨著葉位增高，多酚類化合物含量逐漸增加[9]；在同一片葉中，從葉尖到葉基多酚類化合物含量逐漸減少[8]。這可能與合成多酚類物質(zhì)的部位有關(guān)。

多酚類物質(zhì)在煙草生長發(fā)育過程中起重要作用，并且對煙葉色澤、煙氣吃味和生理強度都有影響，是衡量煙葉品質(zhì)的重要指標之一[10]。有研究表明，煙草多酚類物質(zhì)與煙草制品等級呈正相關(guān)[11]。多酚類物質(zhì)是煙草重要的香氣前體物，與煙葉香氣類型和香氣量密切相關(guān)。周小紅等[12]研究發(fā)現(xiàn)，不同香型煙區(qū)的煙葉中，其綠原酸、莨菪亭、蕓香苷和多酚總量均存在顯著差異。常愛霞等[13]研究發(fā)現(xiàn)，煙葉中多酚類物質(zhì)含量較高有利于其風格指向清香型。此外，煙草多酚類物質(zhì)還被證實具有抗病毒作用和增強抗逆性的作用。閻新甫等[14]研究發(fā)現(xiàn)，煙草能產(chǎn)生多酚類物質(zhì)以適應不利環(huán)境條件的變化。

近幾年，國內(nèi)外對煙草多酚的性質(zhì)、測定方法及煙草多酚對煙草品質(zhì)的影響進行了系統(tǒng)的研究，但對煙草生長過程中多酚類物質(zhì)代謝影響因素的研究還不夠深入。鑒于此，對影響煙草多酚類物質(zhì)代謝的遺傳因素、生態(tài)因素、施氮水平及農(nóng)藝措施進行綜述，以期為調(diào)控煙草多酚類物質(zhì)，進而提高烤煙品質(zhì)和開發(fā)特色煙葉提供參考。

1遺傳因素

品種作為遺傳因素對煙草多酚類物質(zhì)代謝有重要影響。李亞培等[15]研究發(fā)現(xiàn)，不同時期(葉齡40 d、葉齡60 d和烤后煙)K326、紅花大金元及NC89等7個烤煙品種的多酚類物質(zhì)(總酚、蕓香苷及綠原酸)的含量變化呈動態(tài)差異。劉陽等[16]研究結(jié)果表明，中煙100、云煙85、云煙87和NC89等4個烤煙品種間多酚類物質(zhì)含量存在差異；云煙85和云煙87的主要多酚類物質(zhì)含量均無顯著差異。這可能與其具有相同親本有關(guān)。WILLIAMSON等[9]研究發(fā)現(xiàn)，多酚類物質(zhì)含量高的品種其后代的多酚類物質(zhì)含量也高。由此說明，多酚類物質(zhì)的含量受基因型控制并具有遺傳性。由于不同品種煙草的基因型不同，其多酚代謝相關(guān)酶活性及其基因表達量也不同，所以多酚水平存在差異。不同品種間基因型差異越大，多酚類物質(zhì)含量的差異也越大。因此，品種在很大程度上決定著煙葉多酚類物質(zhì)的代謝及含量。

2生態(tài)因素

2.1溫度

煙草是一種喜溫作物，對外界溫度變化的響應較為敏感。溫度作為重要的生態(tài)因素，對煙草多酚類化合物的代謝有較大影響。楊慧芹等[11]研究表明，在移栽-團棵期，煙葉在較低溫度(16℃)處理下多酚總量較高；而在團棵-現(xiàn)蕾期，較高溫度(25℃)處理下更有利于多酚總量的維持。說明，在煙草的不同生長時期多酚積累的最適溫度存在差異。這是因為在不同生長時期，不同溫度對多酚物質(zhì)代謝關(guān)鍵酶活性和基因表達的影響不同。張剛等[17]研究表明，在較低溫度(均溫18.5 ℃)處理下，煙葉多酚類物質(zhì)代謝相關(guān)基因PAL、C4H和4CL等表達量增加，其代謝關(guān)鍵酶PAL、C4H、4CL和CHI的活性提高，有利于多酚類物質(zhì)積累。該研究還發(fā)現(xiàn)，在處理過程(60 d)中，多酚類物質(zhì)含量、代謝相關(guān)酶活性和基因表達均呈先降低后上升趨勢，且在較低溫度下(均溫18.5℃)PAL、C4H、4CL等酶活性和基因表達量均高于其他處理，與楊慧芹等[11]研究結(jié)果存在差異。此外，低溫脅迫對多酚類物質(zhì)代謝具有顯著影響。楊慧芹等[18]研究煙草多酚類物質(zhì)代謝對低溫脅迫的響應發(fā)現(xiàn)，在低溫脅迫下(4℃)，PAL、C4H、PPO、POD和CAD酶活性均不同程度地提高，總酚含量持續(xù)下降，木質(zhì)素含量提高。但試驗材料和低溫處理的溫度不同也可能導致植物體內(nèi)總酚含量增加，同時抑制PAL、PPO和POD的活性[19]。

2.2光照

光作為植物生長重要的能量來源和信號因子，可以通過光質(zhì)、光強等影響植物生長和次生代謝。彭東等[20]研究表明，在較強的光照處理下，煙葉多酚類物質(zhì)含量及關(guān)鍵酶活性均較高，當光照強度為自然光的44%時，多酚類物質(zhì)合成受阻，與鄭明等[21]研究結(jié)果相似。說明，在一定的光照強度范圍內(nèi)，多酚含量與光強呈正相關(guān)關(guān)系。適當增加光強有利于提高多酚類物質(zhì)的含量。但也有研究表明，當光照強度不斷降低，煙葉內(nèi)多酚類物質(zhì)含量逐漸升高[22]。這可能是試驗過程中采用不同的光照強度或品種所致。此外，不同光質(zhì)對多酚類物質(zhì)代謝也有影響。楊利云等[23]研究發(fā)現(xiàn)，與白光處理相比，藍、紫光顯著地提高煙葉內(nèi)綠原酸、蕓香苷和莨菪亭的含量，其與藍、紫光增強PAL活性及降低POD活性有一定關(guān)系。另有研究表明，UV-B輻射有利于植物多酚類物質(zhì)合成和PAL活性提高[24]?？赡苁且驗樽贤夤馀c紫光、藍光的波長相近且部分重疊。多酚類物質(zhì)含量在不同海拔間存在差異，可能與不同海拔紫外線輻射強弱有關(guān)。但也有研究表明，在自然光的基礎上增強UV-B，可增加上部煙葉多酚類物質(zhì)積累，但會抑制中部葉多酚類物質(zhì)的合成[25]。光質(zhì)對煙草多酚類物質(zhì)代謝的影響是一個極其復雜的過程，還需進一步系統(tǒng)研究。

3施氮水平

氮是煙草生長必需的營養(yǎng)元素，不僅影響煙草的生長發(fā)育，而且對烤煙品質(zhì)的形成有重要作用[26]。李飛等[27]研究表明，多酚含量與氮代謝呈顯著負相關(guān)。說明多酚作為次生代謝產(chǎn)物，受到氮素和氮代謝的調(diào)控。王愛華等[28]研究表明，高施氮量處理(67.5 kg/hm2)提高了上部葉的PAL、PPO活性和總酚、綠原酸、類黃酮的含量，與TSO等[29]的研究結(jié)果一致。張渝婕等[30]研究發(fā)現(xiàn)，在低氮條件下(45 kg/hm2)，上部葉的綠原酸、蕓香苷和莨菪亭含量高于其他處理(60 kg/hm2、75 kg/hm2)。STRISSEL等[31]研究表明，在較高施氮水平下，PAL酶活性降低，黃酮類化合物含量減少。這可能是由于試驗所用材料或者氮素施用比例不同所致。由于生態(tài)的差異，各地區(qū)氮素施用比例存在明顯差異，從而影響多酚類物質(zhì)含量和關(guān)鍵酶活性。還有研究表明，在煙草生長前期，較低施氮水平上調(diào)了煙草多酚類物質(zhì)含量、關(guān)鍵酶活性和基因表達量，而在生長后期則相反[32]。因此，關(guān)于增加施氮量對煙草多酚類物質(zhì)含量和關(guān)鍵酶活性的影響還需進一步研究。此外，不同氮素形態(tài)及其配比對烤煙多酚類物質(zhì)含量也有較大影響。孟翔東等[33]研究發(fā)現(xiàn)，適當增加硝態(tài)氮比例能明顯提高綠原酸、蕓香苷等多酚類物質(zhì)的含量，與SHEEN等[34]研究結(jié)果基本一致。無論是硝態(tài)氮還是銨態(tài)氮，對煙草生長發(fā)育均有一定影響。因此，要根據(jù)不同生態(tài)條件合理掌握不同氮素形態(tài)的比例[35]。

4農(nóng)藝措施

打頂是煙草生長過程中重要的技術(shù)措施，其改變了煙株的源庫關(guān)系，因此，對煙草次生代謝等多個生物過程有重要影響。張永安等[36]研究表明，打頂后一段時間內(nèi)，中上部煙葉多酚含量均有較大提高，并且隨著時間的推移，上部葉多酚積累速率大于中部葉，與袁衛(wèi)瑜等[37]研究結(jié)果相似。袁衛(wèi)瑜等研究發(fā)現(xiàn)，在打頂后一段時間內(nèi)，PAL活性持續(xù)增加，且上部葉增加速率大于中部葉，而PPO活性均降低，且上部葉下降速率大于中部葉。說明，打頂后中上部煙葉多酚代謝關(guān)鍵酶活性發(fā)生了不同程度的變化，所以其多酚類物質(zhì)積累速率也不同。此外，打頂時期不同，對多酚類物質(zhì)的代謝和煙葉品質(zhì)也有很大的影響。張永安等[38]研究結(jié)果表明，從現(xiàn)蕾期、蕾葉平行期、30%中心花開放期至盛花期，隨著打頂時期的適當推移，能不斷提高煙葉多酚類物質(zhì)含量，并且在30%中心花開放期打頂，上部葉多酚類物含量達最高。楊銀菊等[39]研究發(fā)現(xiàn)，苗期打頂相比同期未打頂處理，綠原酸等多酚類物質(zhì)含量顯著降低，而PPO和PAL活性提高；現(xiàn)蕾后打頂，多酚類物質(zhì)含量顯著升高，PPO活性降低，PAL活性提高。因此，打頂調(diào)控煙葉多酚類物質(zhì)代謝與打頂時期有重要關(guān)系。過早或過晚打頂都不利于煙葉多酚類物質(zhì)代謝和品質(zhì)的形成。此外，打頂后煙葉多酚類物質(zhì)含量與PPO活性顯著相關(guān)。在現(xiàn)蕾期后打頂，煙葉多酚類物質(zhì)提高，可能主要是因為PPO活性降低，導致多酚類物質(zhì)降解速率低于其合成速率。

5小結(jié)

煙草是我國重要的經(jīng)濟作物?，F(xiàn)階段，如何生產(chǎn)特色優(yōu)質(zhì)煙葉，提高煙草制品品質(zhì)已成為迫切需要解決的難題。煙草多酚類物質(zhì)對煙草生長發(fā)育及品質(zhì)均有重要影響。因此，研究其影響因素、代謝途徑有重要意義。雖然煙草中多酚類物質(zhì)合成的主要基因已經(jīng)大部分被鑒定，但對其調(diào)節(jié)機制尚未清楚，仍需要進行深入研究。對影響多酚類物質(zhì)代謝因素的研究還不夠深入，大部分研究只停留在對煙草多酚類化合物含量以及相關(guān)酶活性的影響方面，對相關(guān)酶基因的表達以及其表達與酶活性變化關(guān)系的研究尚少。關(guān)于一些植物生長調(diào)節(jié)劑對煙草的最佳作用時期、最適濃度及機制也需要進一步研究。多酚代謝與調(diào)控是一個復雜的過程，今后可從轉(zhuǎn)基因或者代謝通路的效率方面進行深入研究，以調(diào)控目標多酚類物質(zhì)的含量。最后，可建立一套完善的數(shù)據(jù)庫，綜合各個因素對多酚代謝的影響，探索不同煙區(qū)多酚物質(zhì)積累的最適宜條件，為特色煙葉的生產(chǎn)提供全面的數(shù)據(jù)支撐。隨著分子生物學的不斷發(fā)展，將逐步加深對多酚類代謝及其調(diào)控機制的了解，從而改善煙草的品質(zhì)。