全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2008, 34(8): 1444−1449 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

基金项目: 四川省烟草公司项目“四川优质白肋烟生产理论和技术研究与应用”。
作者简介: 史宏志(1963–), 男, 河南滑县人, 教授, 博士, 从事烟草栽培生理研究。E-mail: shihongzhi88@163.com
Received(收稿日期): 2008-01-07; Accepted(接受日期): 2008-03-28.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2008.01444
白肋烟自然群体和纯化群体生物碱的关系
史宏志1 赵永利1 谢子发2 陈志华2 刘国顺1 吴纯奎3 李 超1 鲁
喜梅1
(1河南农业大学 / 国家烟草栽培生理生化研究基地, 河南郑州 450002; 2 四川达州市烟草科研所, 四川达州 635000; 3 四川省烟草公
司, 四川成都 610052)
摘 要: 以白肋烟主栽品种达白 1 号和鄂烟 1 号为材料, 探索自然群体和去除烟碱转化株后的纯化群体混合样品和
单株样品生物碱含量及相互关系。结果表明, 在纯化群体中烟碱含量一般占总生物碱的 92%~95%, 新烟草碱含量高
于降烟碱含量居第 2位, 含量比例分别为 3.2%~5.0%和 1.6%~2.8%, 假木贼碱含量和比例最低。在含有大量转化株的
自然群体中烟碱含量降低, 降烟碱含量增高, 降烟碱含量高于新烟草碱。纯化群体中, 随着单株总生物碱含量的增加,
各生物碱含量均表现直线增加, 其相关系数由高到低依次为烟碱、新烟草碱、假木贼碱、降烟碱, 增长直线的斜率由
高到低依次为烟碱、新烟草碱、降烟碱、假木贼碱。在自然群体中, 总生物碱与烟碱和降烟碱的相关性减小, 与新烟
草碱和假木贼碱的相关性没有变化。在纯化群体中烟碱与降烟碱含量呈正相关, 但在自然群体中二者呈负相关或无
相关。新烟草碱与假木贼碱在两个群体中均显著正相关。
关键词: 生物碱; 烟碱; 降烟碱; 烟碱转化率; 转化株; 自然群体; 纯化群体; 关系
Relationship between Principle Alkaloid Contents in Natural and Purified
Populations of Burley Tobacco
SHI Hong-Zhi1, ZHAO Yong-Li1, XIE Zi-Fa2, CHEN Zhi-Hua2, LIU Guo-Shun1, WU Chun-Kui3, LI Chao1,
and LU Xi-Mei1
(1 National Research Center of Tobacco Cultivation, Physiology and Biochemistry / Henan Agricaltural University, Zhengzhou 450002, Henan;
2 Dazhou Tobacco Research Institute, Dazhou 635000, Sichuan; 3 Sichuan Tobacco Company, Chengdu 610052, Sichuan, China)
Abstract: In the natural population of burley tobacco, some plants have the ability converting nicotine to nornicotine due to gene
mutation, resulting in the abnormal increase of nornicotine content, which has negative effect on tobacco safety and flavor quality.
Burley tobacco hybrids Dabai 1 and Eyan 1 were used to investigate the relationship between principle alkaloid contents in bulk
and individual samples from natural and purified populations. The results showed that in the purified populations nicotine content
accounted for 92–95% of total alkaloid; the proportion of anatabine was higher than that of nornicotine, they were 3.2–5.0% and
1.6–2.8% respectively; the proportion of anabasine was the lowest. In the natural population contained large amount of converted
plants, the nicotine content decreased and the nornicotine content increased, and the nornicotine content was higher than anatabine
content. In the purified populations, as the increase of total alkaloids, all the principle individual alkaloids increased linearly, with
the order of correlation coefficients with total alkaloids as nicotine > anatabine or anabasine > nornicotine, and with the order of
slope for alkaloid increasing as nicotine > nornicotine > anatabine > anabasine. In natural populations, the correlation of total
alkaloid with nicotine and nornicotine decreased, and that with anabasine and anatabine did not change. The nicotine and nornico-
tine were positively correlated in purified populations, but negatively or not correlated in natural populations. Anatabine was sig-
nificantly and positively correlated with anabasine in both populations.
Keywords: Alkaloid; Nicotine; Nornicotine; Conversion rate; Converted plants; Natural population; Purified population;
Relationship
第 8期 史宏志等: 白肋烟自然群体和纯化群体生物碱的关系 1445


生物碱是烟草中重要一类化学成分, 生物碱的
含量和组成比例对白肋烟感官品质和安全性有重要
影响[1]。烟草生物碱包括主要生物碱和微量生物碱,
主要生物碱为烟碱、降烟碱、假木贼碱和新烟草碱
四种。普通烟草(N. tabacum)属于烟碱积累型, 在正
常情况下, 烟碱含量占总生物碱含量的 93%以上[2]。
由于烟碱直接影响烟叶的生理强度, 并对香味品质
有正面影响, 因此烟碱在总生物碱中较高的比例是
优质烟叶的重要特征。降烟碱含量一般不超过总生
物碱含量的 3%, 但在烟株群体中, 一些烟株会因为
基因突变而形成烟碱去甲基能力, 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称为转化株(converted plant)[3]。
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氧化、酰化和亚硝化反应,
分别生成麦斯明、含 1~8 个碳原子的酰基降烟碱和
N-亚硝基降烟碱(NNN)等[4-5]。麦斯明可使烟气具有
鼠臭味 [6], 酰基降烟碱的形成可使烟气的化学组成
发生改变, 对烟叶香味品质产生负面影响。研究表
明 , 随着烟碱转化程度的提高 , 白肋烟风格下降 ,
香气量变少, 香气质变劣, 口腔残留严重[7], 主要香
气物质含量降低[8]。NNN是烟叶和烟气中主要的烟
草特有亚硝胺(TSNA), 动物试验表明, NNN具有显
著的致癌活性[9]。随着降烟碱含量的升高, NNN含量
直线增加[2,10]。研究还表明[11], 降烟碱对人体有直接
的危害作用, 降烟碱可引起人体蛋白质异常糖基化
反应, 造成吸烟者血浆变性蛋白质的积累。降烟碱
还可与常用的甾醇类药物共价结合, 改变药效和产
生毒副作用。因此, 烟碱转化导致降烟碱含量增高
对烟叶品质和安全性都有重要影响。
白肋烟由于调制后烟叶为棕色, 无法从外观上
对转化型植株进行鉴别, 在栽培品种中烟碱转化问
题相当普遍[12-13], 本世纪以来引起国内外烟草界的
广泛关注。关于生物碱含量和组成比例, 以往均采
用群体混合样品研究, 缺乏对单株烟叶样品生物碱
含量的测定和对转化株的鉴别, 由于不同白肋烟混
合样品中转化型烟叶的比例和转化程度有较大差异,
造成样品间生物碱组成比例及相互之间关系的不一
致[14]。本试验测定和分析白肋烟主栽品种单株调制
后烟叶的生物碱含量, 研究自然群体和去除转化株
后的纯化群体生物碱组成比例和相互关系, 旨在为
深入认识生物碱合成机理及鉴别和清除生产上转化
株, 纯化烟株群体, 优化生物碱组成提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 品种和取样
选用我国白肋烟主栽品种达白 1号、鄂烟 1号、
TN90, 2007年在四川达州设置品种比较试验。单株
样品, 每个品种取 50 株挂牌编号, 每株取中上部调
制后烟叶 1~2片, 分株测定叶片的主要生物碱含量。
每株取 1片调制烟叶混合后组成自然群体混合样品;
根据转化株鉴定结果去除转化株烟叶后的混合样品
为纯化群体混合样品。
1.2 生物碱含量测定
采用气相色谱法测定生物碱, 样品在 60℃烘干
后粉碎, 每样品称取 100 mg, 用无水乙醚提取生物
碱, 内标为喹啉。气相色谱仪为Agilent-6890, 检测
器为FID, 按Burton等[11]的方法操作和设定参数。
1.3 转化株的鉴别
根据生物碱测定结果计算烟碱转化率。烟碱转
化率大于 3%的烟株为转化株, 低于 3%的烟株为正
常的非转化株。烟碱转化率＝[降烟碱含量/(烟碱含
量+ 降烟碱含量)]×100%
2 结果与分析
2.1 不同群体混合样品生物碱含量和组成比例
白肋烟达白 1 号和鄂烟 1 号所测群体中存在大
量转化株, 比例分别达 52%和 72%, 而TN90为 14%,
转化株相对较少, 且转化程度较低。由表 1可见, 在
达白 1 号和鄂烟 1 号的纯化群体中, 降烟碱含量低
于新烟草碱, 高于假木贼碱, 降烟碱占总生物碱的
比例分别为 2.81%和 1.80%, 新烟草碱所占比例分别
为 4.95%和 3.19%; 而在自然群体中, 两个品种的降
烟碱含量均居第 2 位, 降烟碱占总生物碱的比例分
别达到 20.59%和 11.20%, 远高于新烟草碱的 5.22%
和 3.59%。另外, 在自然群体中烟碱占总生物碱的比
例出现大幅度下降。TN90尽管自然群体的降烟碱含
量也高于纯化群体, 但由于群体中转化株较少, 两
个群体降烟碱含量均低于新烟草碱含量。因此群体
中转化株的比例和转化程度直接影响各生物碱的组
成比例。
2.2 不同群体单株样品总生物碱含量与各生物
碱含量的关系
2.2.1 纯化群体单株总生物碱与主要生物碱之间关
系 根据转化株鉴定结果, 选取非转化株研究总
生物碱含量与各生物碱含量的关系, 结果见图 1~图
3。由图可知, 随着总生物碱含量增加, 烟碱、新烟
1446 作 物 学 报 第 34卷

表 1 白肋烟自然群体和纯化群体烟叶混合样品生物碱含量和组成差异
Table 1 Differences in alkaloid contents and proportions in bulk leaf samples from natural and purified populations of burley tobacco(%)
生物碱平均含量 Average alkaloid contents

总生物碱比例 Total alkaloid proportions
品种
Variety
群体
Population 烟碱
Nic
降烟碱
NNic
新烟草碱
Anat
假木贼碱
Anab
烟碱
Nic
降烟碱
NNic
新烟草碱
Anat
假木贼碱
Anab
纯化群体 PP 4.97 0.15 0.27 0.025 91.8 2.81 4.95 0.46 达白 1号 Dabai 1
自然群体 NP 4.02 1.12 0.28 0.026 73.73 20.59 5.22 0.47

纯化群体 PP 7.82 0.15 0.26 0.036 94.6 1.8 3.19 0.44 鄂烟 1号 Eyan 1
自然群体 NP 7.35 0.96 0.31 0.04 84.9 11.2 3.59 0.46

纯化群体 PP 7.74 0.13 0.30 0.04 94.22 1.58 3.69 0.48 TN90
自然群体 NP 7.61 0.19 0.31 0.05 93.35 2.39 3.75 0.58
PP: purified population; NP: natural population; Nic: nicotine; NNic: nornicotine; Anat: anatabine; Anab: anabasine.

草碱、降烟碱和假木贼碱含量均表现直线增加, 但
不同生物碱与总生物碱之间相关性有一定差异, 总
生物碱与烟碱相关性最高, 其次与假木贼碱、新烟
草碱, 降烟碱相关性相对较小, 各品种表现相同的
趋势, 相关系数见表 2。随着生物碱含量增加, 各生
物碱增加的斜率也不尽相同, 烟碱的斜率最大, 其
他依次为新烟草碱、降烟碱和假木贼碱, 斜率的大
小与各生物碱的含量有关, 含量水平越低, 其斜率
也越小 , 因此 , 随着生物碱含量的提高 , 不同生物
碱之间的绝对差值越大。



图 1 达白 1号非转化株单株叶片总生物碱与主要
生物碱之间的关系
Fig. 1 Relationship between total alkaloid and principle alka-
loid contents in purified population of Dabai 1

2.2.2 自然群体单株样品总生物碱与主要生物碱之
间关系 在自然群体中由于不同程度地存在转化
株, 造成生物碱含量比例变化, 总生物碱与各生物
碱之间的关系也相应改变。图 4 和图 5 表明, 随着
总生物碱含量的增加, 烟碱含量和降烟碱含量虽然
呈上升趋势, 但线性关系减弱, 特别是降烟碱含量
分布散乱。相关分析表明, 达白 1 号烟碱和降烟碱
与总生物碱的相关系数(r)分别为 0.607 和 0.369, 后
者未达到显著水平。同样鄂烟 1 号降烟碱与总生物
碱含量之间的直线关系也不显著。在自然群体中总
生物碱与新烟草碱和假木贼碱含量仍呈显著的直线
关系(表 2), 说明总生物碱与二者的关系与烟碱转化
无关。



图 2 鄂烟 1号非转化株单株叶片总生物碱与主要
生物碱之间的关系
Fig. 2 Relationship between total alkaloid and principle alka-
loid contents in purified population of Eyan 1



图 3 TN90非转化株单株叶片总生物碱与主要生物碱之间的关系
Fig. 3 Relationship between total alkaloid and principle alka-
loid contents in purified population of TN90

第 8期 史宏志等: 白肋烟自然群体和纯化群体生物碱的关系 1447


表 2 白肋烟两种群体单株样品生物碱之间的相关系数
Table 2 Correlation coefficients between the contents of individual alkaloids in two burley tobacco populations
群体
Population
品种
Variety
降烟碱
Nic
新烟草碱
Nnic
假木贼碱
Anab
总生物碱
Total
烟碱 Nic 0.661* 0.940** 0.921** 0.999**
降烟碱 NNic 0.572* 0.630* 0.714*
新烟草碱 Anat 0.954** 0.959**
达白 1号
Dabai 1
假木贼碱 Anab 0.932**
烟碱 Nic 0.550* 0.911** 0.953** 0.999**
降烟碱 NNic 0.420 0.579* 0.608*
新烟草碱 Anat 0.961** 0.936**
鄂烟 1号
Eyan 1
假木贼碱 Anab 0.956**
烟碱 Nic 0.521* 0.853* 0.894** 0.999**
降烟碱 NNic 0.640* 0.582* 0.601*
新烟草碱 Anat 0.938** 0.886*
纯化群体
PP
TN90
假木贼碱 Anab 0.912**

烟碱 Nic –0.562* 0.421 0.481 0.607*
降烟碱 NNic 0.44 0.352 0.369
新烟草碱 Anat 0.929** 0.921**
达白 1号
Dabai 1
假木贼碱 Anab 0.911**
烟碱 Nic 0.034 0.511* 0.771* 0.931**
降烟碱 NNic 0.463 0.552* 0.438
新烟草碱 Anat 0.708* 0.859*
自然群体
NP
鄂烟 1号
Eyan 1
假木贼碱 Anab 0.921**
*: significant at 0.5 probability level; **: significant at 0.01 probability level. Abbreviations as in Table 1.



图 4 达白 1号自然群体单株样品总生物碱与主要
生物碱之间的关系
Fig. 4 Relationship between total alkaloid and principle alka-
loid contents in natural population of Dabai 1

2.3 不同群体单株样品生物碱之间的相互关系
不同品种纯化群体和自然群体单株烟叶样品的
生物碱含量相关系数如表 2。在纯化群体中, 烟碱与
新烟草碱和假木贼碱的相关性较高, 达极显著, 烟
碱与降烟碱含量相关系数相对较小, 但也呈显著正
相关。降烟碱与新烟草碱和假木贼碱一般呈显著正
相关, 假木贼碱和新烟草碱呈极显著正相关。


图 5 鄂烟 1号自然群体单株样品总生物碱与主要
生物碱之间的关系
Fig. 5 Relationship between total alkaloid and principle alka-
loid contents in natural population of Eyan 1

达白 1 号和鄂烟 1 号自然群体中由于存在大量
转化株, 烟碱含量与其他生物碱之间的关系发生较
大变化, 达白 1 号的烟碱和降烟碱含量呈现显著的
负相关, 这是因为随着转化株烟碱转化程度的增加,
烟碱和降烟碱呈相反变化。烟碱与新烟草碱和假木
贼碱呈正相关, 但相关系数较小, 且烟碱转化株比
例较高的达白 1 号的相关系数小于转化株比例较低
1448 作 物 学 报 第 34卷

的鄂烟 1号。新烟草碱与假木贼碱的相关性较高, 且
不受群体的影响, 在自然群体中依然表现显著的正
相关。
3 讨论
我国白肋烟普遍存在烟碱转化问题, 由于我国
在白肋烟育种和制种过程中, 尚无转化株鉴别程序,
并缺乏烟碱转化率的限制性标准, 因此多数品种群
体中存在大量转化株 [13,16], 限制了烟叶质量和安全
性的提高, 急需进行纯化和改良, 目前在这方面已
取得了积极进展[17]。
不同群体单株样品生物碱之间的相互关系存在
一定差异, 在由非转化株组成的纯化群体中, 随着
总生物碱含量增加, 烟碱、新烟草碱、降烟碱和假
木贼碱含量均表现直线增加, 相关系数较高, 但在
存在大量转化株的自然群体中, 总生物碱与烟碱和
降烟碱的相关性减小, 与新烟草碱和假木贼碱的相
关性没有影响, 表明二者稳定性较高。在纯化群体
中烟碱和降烟碱含量呈正相关, 但在存在较多转化
株的自然群体中烟碱与降烟碱呈负相关或无相关 ,
这是因为转化株的烟碱和降烟碱含量呈相反趋势变
化。在纯化群体中, 随总生物碱含量的增加, 烟碱、
新烟草碱、降烟碱和假木贼碱增加的斜率依次降低,
表明烟株生物碱合成能力越高, 越有利于烟碱的合
成, 由于几种生物碱需要共同的前体物烟酸提供吡
啶环, 生物碱合成能力的提高, 将使更大比例的吡
啶环用于烟碱的合成。
目前判断转化株的标准主要是烟碱转化率, 一
般把烟碱转化率大于3%的烟株定为转化株[18], 由于自
然群体中烟碱转化率一般呈连续分布, 加上烟碱和
降烟碱含量比例相差悬殊, 所以对转化株的判定会
产生一定的误差, 根据本试验结果, 非转化株的新
烟草碱大于降烟碱, 而转化株的降烟碱则高于新烟
草碱, 由于二者含量相对比较接近, 降烟碱的异常
增高比较直观, 可通过色谱峰的变化进行转化株辅
助判断, 并可通过研究新烟草碱/降烟碱比值与烟碱
转化的关系建立更有效的转化株判定指标, 有待进
一步研究。
4 结论
白肋烟各生物碱的含量比例与群体有关, 在正
常的非转化株群体中, 烟碱含量一般占总生物碱的
92%~95%, 新烟草碱含量高于降烟碱含量居第 2位,
含量比例分别为 3.2%~5.0%和 1.6%~2.8%, 假木贼
碱含量比例最低。白肋烟生产中不同烟叶样品由于
不同程度地存在转化株, 致使烟碱含量降低, 降烟
碱含量增高, 因此混合样品中生物碱的含量比例将
呈现不同的变化, 群体中转化株比例和转化程度较
高时, 降烟碱含量超过新烟草碱居第 2 位。纯化群
体中, 随着单株总生物碱含量的增加, 各生物碱含
量均表现直线增加, 在自然群体中, 总生物碱与烟
碱和降烟碱的相关性减小, 与新烟草碱和假木贼碱
的相关性没有变化。在纯化群体中烟碱与降烟碱含
量呈正相关, 但在自然群体中二者呈负相关或无相
关。新烟草碱与假木贼碱在两个群体中均显著正相
关。
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