基于代謝組學(xué)的煙草逆境脅迫及煙葉品質(zhì)研究進(jìn)展

關(guān)鍵詞：代謝組學(xué)；煙草；逆境脅迫；抗逆性；次生代謝物；品質(zhì)

中圖分類號(hào)：S572：Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2024）06-0165-08

近年來(lái)，全球環(huán)境復(fù)雜多變，極端氣候頻發(fā)，各種各樣的生物與非生物脅迫嚴(yán)重影響著作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。隨著組學(xué)技術(shù)的興起，基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等技術(shù)手段逐步應(yīng)用于作物逆境脅迫和品質(zhì)分析等的研究中。其中，代謝組學(xué)作為連接植物體遺傳與生理指標(biāo)的重要基礎(chǔ)，可通過(guò)定性和定量分析生物體內(nèi)小分子代謝物質(zhì)種類和數(shù)量的變化規(guī)律及相關(guān)關(guān)系。目前，在代謝組學(xué)上廣泛應(yīng)用的檢測(cè)技術(shù)主要有核磁共振（NMR）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）等。

煙草是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，同時(shí)又是分子生物學(xué)和基因工程研究的模式植物，在植物遺傳學(xué)、發(fā)育和防御保護(hù)研究中發(fā)揮著重要作用。煙草體內(nèi)的代謝物質(zhì)非常豐富，目前已檢測(cè)到3000多種。傳統(tǒng)的煙草化學(xué)研究主要集中在萜類、生物堿類和多酚類等幾種重要物質(zhì)上，難以對(duì)煙草的整個(gè)代謝系統(tǒng)和代謝過(guò)程做到全面闡釋，但隨著GC-MS、LC-MS和NMR分析方法的建立與完善，有關(guān)煙草代謝組學(xué)的研究越來(lái)越多，為揭示煙草的代謝物質(zhì)基礎(chǔ)以及生理調(diào)控通路提供了理論基礎(chǔ)。

1煙草抗逆性代謝組學(xué)研究

煙草生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中不可避免地受到來(lái)自環(huán)境中的各種脅迫，比如干旱、高溫、低溫、病蟲(chóng)害、鹽堿等，嚴(yán)重影響煙草的生長(zhǎng)發(fā)育和煙葉品質(zhì)。受到環(huán)境脅迫時(shí)，煙草會(huì)產(chǎn)生并積累次生代謝物以抵抗外界不良因素對(duì)自身的影響，以增強(qiáng)其抵抗逆境的能力。大量研究證明，逆境與正常環(huán)境下的煙草代謝產(chǎn)物間有明顯差異。代謝組學(xué)技術(shù)可以通過(guò)檢測(cè)逆境脅迫或外源刺激下煙草中的代謝物質(zhì)，為其響應(yīng)脅迫環(huán)境的變化規(guī)律作出解答，目前已成為研究逆境脅迫下植物代謝途徑變化和耐受機(jī)理的重要技術(shù)手段。

1.1煙草非生物逆境的代謝組學(xué)研究

干旱、澇害、鹽害和高低溫等非生物逆境，是影響植物正常生長(zhǎng)發(fā)育和作物產(chǎn)量的重要因素。植物在遭受非生物逆境時(shí)，會(huì)激發(fā)自身的防御和保護(hù)機(jī)制，并在分子、細(xì)胞、器官和生理生化水平上及時(shí)調(diào)整。逆境條件下，煙草體內(nèi)相關(guān)抗性基因開(kāi)始表達(dá)，包括不同類型的轉(zhuǎn)錄因子和相關(guān)代謝途徑的基因。隨后，煙草體內(nèi)的相關(guān)代謝物質(zhì)發(fā)生變化，并進(jìn)一步影響煙草的表型特征。代謝物是煙草生理狀態(tài)的物質(zhì)基礎(chǔ)和直觀體現(xiàn)，大量代謝物質(zhì)被證實(shí)參與非生物脅迫響應(yīng)，包括初級(jí)代謝物（氨基酸、多胺等）和次級(jí)代謝物（萜類、酚類化合物等）等。

1.1.1水分脅迫 煙草的生命活動(dòng)與水分有著密切關(guān)系，當(dāng)煙草受到水分脅迫時(shí)，相關(guān)抗性基因和蛋白開(kāi)始表達(dá)，部分酶的活性也會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而引起相關(guān)代謝通路和代謝物質(zhì)的變化。應(yīng)用代謝組學(xué)方法研究煙草在水分脅迫下的代謝變化規(guī)律，已成為了解煙草水分逆境生理機(jī)制的一種有效方法。

吳棟等采用中性解吸-電噴霧萃取電離質(zhì)譜技術(shù)（ND-EESI-MS）在受水澇脅迫影響的煙草中檢測(cè)到22種代謝物質(zhì)，為響應(yīng)水澇脅迫，參與γ-氨基丁酸合成與滲透調(diào)節(jié)的組氨酸、絲氨酸和脯氨酸等初生代謝物，參與莽草酸-苯丙素途徑的阿魏酸、咖啡酸和綠原酸以及煙堿、降煙堿和苯乙醛等次生代謝物含量均有所增加。Rabara等利用非靶向代謝組學(xué)方法研究了干旱條件下煙草代謝物質(zhì)的變化規(guī)律，在煙葉和根中分別檢測(cè)到116種和140種代謝物，其中肌醇、γ-氨基丁酸、脯氨酸、甘露醇、蔗糖和丙酮酸等的含量較正常生長(zhǎng)環(huán)境下均有增加：煙草根部的4-羥基-2-氧代戊二酸（KHG）在脫水處理后顯示出高水平的組織特異性積累，表明這種化合物可作為干旱脅迫下煙草的生物標(biāo)志物。

綜上表明，水分脅迫環(huán)境下煙草中的部分氨基酸和糖類物質(zhì)含量會(huì)有所上調(diào)，通過(guò)滲透調(diào)節(jié)作用以及抗氧化保護(hù)等提高煙草對(duì)水分脅迫的適應(yīng)和耐受能力。

1.1.2鹽脅迫 鹽脅迫是影響煙草正常生長(zhǎng)的非生物脅迫因素之一。鹽脅迫除了直接的高滲毒害作用外，還會(huì)破壞煙草的氧化還原系統(tǒng)，使活性氧等物質(zhì)大量積累，導(dǎo)致代謝紊亂，影響其正常生長(zhǎng)發(fā)育。Zhang等采用NMR技術(shù)研究鹽脅迫下煙草體內(nèi)代謝物質(zhì)的變化，發(fā)現(xiàn)糖類、膽堿、氨基酸等40種差異代謝物；在低劑量短時(shí)間鹽脅迫環(huán)境下，煙草會(huì)消耗嘌呤和嘧啶等代謝物質(zhì)，且代謝物質(zhì)朝糖異生方向轉(zhuǎn)換，而在高劑量長(zhǎng)時(shí)間鹽脅迫環(huán)境下，煙草體內(nèi)的肌醇和脯氨酸等代謝物質(zhì)會(huì)逐漸增加。Sameeullah等研究了將卡氏內(nèi)酯生物合成途徑中起著重要作用的3β-HSD、P5βR1和P5pR2基因插入煙草植株后其抗鹽脅迫能力的變化，通過(guò)NMR技術(shù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)插入上述基因的煙草植株表現(xiàn)出蔗糖、谷氨酸、谷氨酰胺和脯氨酸等代謝物含量增加。

綜上表明，鹽脅迫條件下，煙草植株通過(guò)氨基酸和糖類等物質(zhì)含量的增加，滲透調(diào)節(jié)作用增強(qiáng)，細(xì)胞膨壓維持較正常水平，進(jìn)而增強(qiáng)其對(duì)鹽脅迫的耐受性。

1.1.3溫度脅迫 適宜的溫度條件是煙草正常生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，當(dāng)環(huán)境溫度超出煙草生長(zhǎng)的適宜溫度范圍時(shí)，煙草產(chǎn)量和品質(zhì)均會(huì)受到嚴(yán)重影響。Jin等研究了低溫環(huán)境對(duì)煙草代謝物質(zhì)的影響，利用GC-MS和LC-MS技術(shù)在兩個(gè)耐寒性不同的煙草品種（CB-1和K326）中檢測(cè)到多種差異代謝物，其中低耐寒品種CB-1中有200種，高耐寒品種K326中有194種：低溫處理下葡萄糖、果糖、肌醇、半乳糖醇和棉子糖在兩個(gè)煙草品種中均表現(xiàn)為上調(diào)：在對(duì)氨基酸的檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，甘氨酸、苯丙氨酸和丙氨酸在K326中的積累較多，而在CB-1中有所下降。Xu等利用LC-MS平臺(tái)對(duì)冷馴化后的煙葉樣品進(jìn)行測(cè)定，共檢測(cè)到195種差異代謝物；冷馴化提高了煙草體內(nèi)的糖代謝和三羧酸（TCA）循環(huán)相關(guān)代謝物的水平，包括肌醇、葡萄糖、蔗糖、檸檬酸鹽等；同時(shí)，煙草中的大多數(shù)氨基酸（如苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸等）的積累量明顯增加。

綜上表明，在受到溫度脅迫時(shí)，煙草的防御機(jī)制會(huì)被激活，分泌多種代謝物質(zhì)來(lái)抵御外界逆境，如氨基酸和糖類物質(zhì)的含量上調(diào)。氨基酸具有保護(hù)細(xì)胞蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的功能，而糖類物質(zhì)則可以作為能量來(lái)源，提供細(xì)胞所需的能量以應(yīng)對(duì)溫度脅迫導(dǎo)致的細(xì)胞代謝紊亂，維持細(xì)胞正常功能。

1.2煙草生物逆境的代謝組學(xué)研究

除了非生物脅迫，煙草在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中也往往會(huì)遭受煙草花葉病、青枯病以及煙蚜蟲(chóng)等病蟲(chóng)侵害，此時(shí)，煙草會(huì)產(chǎn)生并累積某些特定的代謝物質(zhì)以增強(qiáng)自身防御體系，以抵抗生物逆境對(duì)自身機(jī)體的傷害。利用代謝組學(xué)技術(shù)研究生物逆境下煙草的代謝物質(zhì)變化規(guī)律，探討煙草的內(nèi)在防御機(jī)制已成為當(dāng)今煙草生物逆境研究的熱點(diǎn)。

1.2.1蟲(chóng)害 蟲(chóng)害是煙草大田生長(zhǎng)期常見(jiàn)的一種生物逆境，會(huì)直接造成煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)下降，致使其工業(yè)可用性和經(jīng)濟(jì)效益降低。利用代謝組學(xué)結(jié)合基因組學(xué)探討轉(zhuǎn)基因煙草抗蟲(chóng)機(jī)制，已成為系統(tǒng)生物學(xué)研究的一種新的有效思路。

黃酮類物質(zhì)是一類重要的植物次生代謝物，具有一定的抗菌防病作用，且其積累可以賦予植物一定的抗蟲(chóng)性。Misra等在煙草中表達(dá)了擬南芥轉(zhuǎn)錄因子AtMYB12（一種黃酮醇特異性轉(zhuǎn)錄因子，靶向擬南芥和異源系統(tǒng)中與苯丙烷途徑相關(guān)的基因），通過(guò)NMR進(jìn)行代謝組分析并結(jié)合轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)AtM YB12調(diào)節(jié)了多種途徑，導(dǎo)致苯基丙酸類合成途徑的基因表達(dá)量增加，從而提高了黃酮類物質(zhì)（比如蕓香苷等）含量，這有助于煙草更好地抵抗斜紋夜蛾和棉鈴蟲(chóng)侵害。田培等利用LC-MS手段比較不同煙草抗性品種受到南方根結(jié)線蟲(chóng)侵襲后的代謝變化特征，發(fā)現(xiàn)煙草植株中積累了多種抗性相關(guān)的代謝物質(zhì)（類黃酮、生物堿類物質(zhì)、脂肪酸等），其中高抗性品種G28中有77種，低抗性品種長(zhǎng)脖黃中有87種；此外，由于品種的抗性不同，在高抗性品種G28中發(fā)現(xiàn)10條被顯著激活的代謝通路，而在低抗性品種長(zhǎng)脖黃中僅發(fā)現(xiàn)5條。

綜上表明，蟲(chóng)害脅迫會(huì)引起煙草中類黃酮物質(zhì)含量的增加。類黃酮作為一類次生代謝產(chǎn)物可以中和并清除自由基，減輕蟲(chóng)害引起的氧化損傷，參與植物的防御信號(hào)傳遞，從而提高植物對(duì)蟲(chóng)害的抵抗能力。

1.2.2病害 煙草病害種類繁多，癥狀復(fù)雜，且部分病害具有較高的傳染性。作為以收獲葉片為主的葉用植物，病害對(duì)煙草造成的損害遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他作物。

目前，代謝組學(xué)技術(shù)已成為探討煙草抗病防病機(jī)理的有效研究手段。Choi等對(duì)感染煙草花葉病毒（TMV）的正常煙葉和系統(tǒng)獲得性抗性（SAR）煙葉進(jìn)行NMR光譜分析發(fā)現(xiàn)，為抵御煙草花葉病毒侵染，受感染煙葉中有大量的5-咖啡?？崴帷ⅵ?亞麻酸類似物、倍半萜和二萜類等代謝物質(zhì)產(chǎn)生和積累；SAR煙葉相較于正常煙葉產(chǎn)生的代謝物質(zhì)含量隨時(shí)間的變化更加明顯，但正常煙葉首次受到TMV感染后產(chǎn)生的抗性相關(guān)代謝物質(zhì)含量與SAR煙葉差別不大。Ibanez等采用紅外激光解吸電離正交飛行時(shí)間質(zhì)譜法（IR-LDI-oTOF-MS）對(duì)感染煙草疫霉后的煙草進(jìn)行代謝物質(zhì)檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，四氫生物蝶呤（THB）濃度在感染期間顯著增加，亞精胺在感染樣品中表現(xiàn)出適度的瞬時(shí)濃度增加，經(jīng)莽草酸途徑合成的酚類代謝產(chǎn)物（酪胺、苯乙胺、綠原酸等）濃度在感染期間有所增加，而葉片中的尼古丁濃度在疫霉菌感染后急劇下降。Cho等采用超高效液相色譜-四級(jí)桿飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜（UPLC-Q-TOF-MS）分析方法對(duì)接種煙草疫霉煙草的代謝物進(jìn)行了檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)酪氨酸、羥基肉桂酸酰胺、吲哚-3-甲醛、色胺等和苯丙烷類化合物（阿魏?？崴?、阿魏酸、奎尼酸等）的含量均出現(xiàn)顯著增加。

綜上表明，煙草在受到病害侵染時(shí)會(huì)分泌抗性代謝物質(zhì)以抵御病原菌等對(duì)自身的傷害，比如氨基酸、酚類物質(zhì)以及苯丙烷途徑的化合物等會(huì)顯著增加，這有利于煙草抗病化合物的合成，有效抑制病原體生長(zhǎng)和擴(kuò)散，從而減輕病害。

2煙葉品質(zhì)分析的代謝組學(xué)研究

煙草是重要的經(jīng)濟(jì)作物，其品質(zhì)至關(guān)重要。煙葉經(jīng)過(guò)烘烤調(diào)制后，脂肪酸、氨基酸和黃酮等多種物質(zhì)含量都有一定程度的改變。利用代謝組學(xué)研究新鮮煙葉和烤后煙葉的代謝物質(zhì)變化，并篩選出重要的差異化合物，是高品質(zhì)煙葉培育研究和制備工藝改良研發(fā)的新思路。

2.1鮮煙葉品質(zhì)的代謝組學(xué)研究

烤后煙品質(zhì)性狀是鮮煙葉代謝物質(zhì)經(jīng)調(diào)制后的表現(xiàn)，故鮮煙葉中的代謝物質(zhì)對(duì)于烤后煙化學(xué)成分及感官品質(zhì)的形成有重要影響。代謝組學(xué)技術(shù)是進(jìn)行鮮煙葉品質(zhì)研究的一種切實(shí)有效的方法。

2.1.1不同生態(tài)環(huán)境下煙草的代謝組學(xué)研究 煙草的大田生長(zhǎng)受海拔、氣候、光照、降水等生態(tài)環(huán)境因素的影響，不同地域形成了具有明顯差異的代謝物質(zhì)，最終造成不同地區(qū)煙葉品質(zhì)和風(fēng)格特色的多樣性。通過(guò)代謝組學(xué)技術(shù)檢測(cè)其內(nèi)在代謝物質(zhì)變化，可深入了解不同生態(tài)環(huán)境對(duì)煙草代謝物質(zhì)生成和積累及品質(zhì)的影響。

耿召良等采用GC-MS分析了貴州不同產(chǎn)區(qū)煙葉在生態(tài)條件和種質(zhì)因素影響下的次生代謝產(chǎn)物（有機(jī)酸類、生物堿、甾醇類）含量變化，發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)煙葉次生代謝產(chǎn)物總含量的平均值差異明顯，而煙葉品種間的差異較小，這表明生態(tài)條件相較于種質(zhì)因素對(duì)煙葉次生代謝產(chǎn)物含量的影響更為顯著。Zhang、Zhao等通過(guò)GC-MS技術(shù)對(duì)云南、河南、貴州地區(qū)的鮮煙葉進(jìn)行代謝特征研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，河南地區(qū)煙草的代謝譜系與其他兩地區(qū)存在明顯差異，河南地區(qū)煙葉氨基酸（酪氨酸、苯丙氨酸等）和碳水化合物（果糖、海藻糖等）含量最高，貴州地區(qū)煙葉有機(jī)酸（富馬酸、檸檬酸等）和抗氧化劑（奎寧酸、綠原酸等）含量最高，并探明了煙草中綠原酸、尼古丁等代謝物質(zhì)與生態(tài)環(huán)境因子的關(guān)系，很好地區(qū)分出三個(gè)地區(qū)的烤煙類型。Li等利用GC-MS技術(shù)研究了津巴布韋和云南煙葉化學(xué)成分的差異，發(fā)現(xiàn)云南煙葉富含糖類，但蔗糖、葡萄糖酸、山梨醇和某些氨基酸的含量較低。Li等利用GC-MS并結(jié)合脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)對(duì)河南、貴州和云南地區(qū)的新鮮煙葉進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高度不飽和半乳糖脂、酚類物質(zhì)和卵磷脂等在云南煙葉中含量最高；低度不飽和半乳糖脂、三酰基甘油等在河南煙葉中含量最高。沈丹紅用HPLC-UV/MS聯(lián)合測(cè)定法對(duì)煙葉中25種酚類物質(zhì)進(jìn)行定性分析，結(jié)果表明，新鮮煙葉中能穩(wěn)定存在的酚類物質(zhì)有16種，其余9種不能穩(wěn)定被檢測(cè)到：同時(shí)，將酚類物質(zhì)與生育期內(nèi)氣候條件進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)5種酚類物質(zhì)（蕓香苷、蕓香苷Ⅱ、山奈酚苷、山奈酚苷Ⅱ、莨菪苷）與生育期氣候條件顯著相關(guān)。

綜上表明，生態(tài)因素對(duì)煙草代謝物質(zhì)有較大影響，北方地區(qū)煙葉氨基酸和糖類物質(zhì)含量較高，而南方地區(qū)煙葉有機(jī)酸和酚類物質(zhì)含量較高。

2.1.2煙葉成熟過(guò)程中的代謝組學(xué)特征 成熟期是烤煙葉片品質(zhì)形成的關(guān)鍵時(shí)期，烤煙現(xiàn)蕾打頂后，原有的源庫(kù)關(guān)系發(fā)生改變，生長(zhǎng)重心轉(zhuǎn)移到保留葉片的生長(zhǎng)發(fā)育上來(lái)。成熟期打頂后，煙葉中的代謝機(jī)制有所改變，體內(nèi)的代謝物質(zhì)含量也隨之發(fā)生變化。采用代謝組學(xué)等多組學(xué)聯(lián)合分析手段研究成熟煙葉的代謝機(jī)理已成為一種全面有效的方法。

賈中林等采用GC-MS技術(shù)研究烤煙成熟過(guò)程中上部葉的代謝組學(xué)差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨煙葉成熟進(jìn)程推移，莨菪亭、降煙堿、糖苷類代謝物和蘋(píng)果酸、檸檬酸等有機(jī)酸類代謝物以及半乳糖、蔗糖等糖類代謝物含量顯著上調(diào)，而脯氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸等氨基酸類代謝物和棕櫚酸、琥珀酸、亞麻酸、莽草酸、甘油酸等有機(jī)酸類代謝物含量顯著下調(diào)。Zhao等利用GC-MS、CE-MS和LC-MS/UV組成的多平臺(tái)研究打頂后烤煙上部葉代謝物質(zhì)的變化，發(fā)現(xiàn)打頂初期煙葉中與抗逆有關(guān)的次生代謝產(chǎn)物煙堿和微量生物堿（降煙堿、肌苷、新煙草堿等）迅速積累，尼古丁、多胺（亞精胺、精胺）以及莽草酸／苯丙烷途徑的中間體（莽草酸、甲氧基色胺等）等含量顯著上調(diào)，成熟期葡萄糖、果糖、細(xì)胞壁降解產(chǎn)物（木糖、鼠李糖等）和一些糖衍生物（木糖醇、核糖醇等）含量有所下降，次生代謝物類黃酮（綠原酸、隱綠原酸、盧丁等）和煙草生物堿（尼古丁、新煙草堿、可替寧等）等顯著積累。付博采用UHPLC-QTOF結(jié)合LC-MS/MS技術(shù)研究煙草不同生長(zhǎng)時(shí)期的多酚代謝變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)蕾期前初生代謝物居多，且多肽占比最大：現(xiàn)蕾期后次生代謝物種類逐漸增多，尤其是黃酮類化合物；并在現(xiàn)蕾期共鑒定出61種差異代謝物，包括多酚、酯類、萜類和甾醇類化合物等，其中多酚類化合物有25種，酯類化合物有20種。

綜上表明，在成熟過(guò)程中，烤煙類黃酮和煙堿類物質(zhì)含量逐漸增多，而氨基酸和部分有機(jī)酸含量則逐漸減少，隨生育時(shí)期推移，烤煙初生代謝物種類減少，次生代謝物種類增多。

2.2烤后煙葉品質(zhì)的代謝組學(xué)研究

鮮煙葉烘烤調(diào)制后其內(nèi)含物質(zhì)發(fā)生明顯變化，通過(guò)代謝組學(xué)技術(shù)對(duì)烤后煙代謝物質(zhì)進(jìn)行定性定量研究，并結(jié)合鮮煙葉代謝物質(zhì)組成分析烘烤引起的煙葉內(nèi)含物質(zhì)變化，這對(duì)煙葉品質(zhì)評(píng)價(jià)具有重要意義。

2.2.1化學(xué)成分 烤后煙的化學(xué)成分是影響煙葉品質(zhì)的重要組成部分。經(jīng)烘烤調(diào)制后，煙葉內(nèi)部發(fā)生一系列的生化變化，研究化學(xué)成分的變化對(duì)指導(dǎo)煙葉品質(zhì)改良有一定的參考作用。有研究表明，高含量的多元酸能夠降低口腔的刺激感，提高透發(fā)性，有明顯的提香作用；高級(jí)脂肪酸可以提高煙葉抽吸勁頭，但對(duì)其他感官指標(biāo)有不利影響。

烤煙品種不同，烘烤后煙葉代謝物質(zhì)的變化也不盡相同（表1）。品種K326烤后煙葉糖類物質(zhì)（果糖、葡萄糖）、酚類物質(zhì)（莨菪亭、阿魏酸等）和假木賊堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加，而多種高級(jí)脂肪酸和肌醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著減少。隨著調(diào)制過(guò)程推進(jìn)，烤煙品種NC89葉片中的月桂酸、油酸和亞油酸含量大幅度增加，而豆蔻酸、棕櫚酸和亞麻酸的含量明顯減少。品種云煙85、云煙87和CB-1烘烤調(diào)制后多元酸總量增加，其中草酸、蘋(píng)果酸和檸檬酸的含量大幅增長(zhǎng)，云煙87和CB-1中油酸、亞油酸、棕櫚酸和硬脂酸4種脂肪酸含量明顯增加，而云煙85卻與此相反。嚴(yán)希在使用GC-MS技術(shù)研究烤煙中性致香物質(zhì)成分和含量的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，烘烤后K326上部葉中棕色化產(chǎn)物類、苯丙氨酸類以及類西伯烷類香氣物質(zhì)的含量均明顯增加，新植二烯和香氣總量明顯減少，而類胡蘿卜素類香氣物質(zhì)含量無(wú)顯著變化。綜上可知，不同品種烤煙烘烤后其化學(xué)成分變化存在較大差異，但總體表現(xiàn)為多元酸總量增加。

烤后煙葉化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化除了受品種、煙葉酶和微生物等內(nèi)部因素的影響外，還與烤房溫度、濕度、氣體成分及含量等外部因素有一定關(guān)系，在此方面開(kāi)展更深入的烤后煙葉代謝物質(zhì)成分研究并結(jié)合其他組學(xué)，對(duì)于指導(dǎo)高品質(zhì)煙葉生產(chǎn)具有重要意義。

2.2.2香氣物質(zhì) 香氣是衡量煙葉工業(yè)可用性的重要指標(biāo)，也決定了煙葉品質(zhì)的優(yōu)劣。煙支在燃吸過(guò)程中產(chǎn)生香型突出、香氣質(zhì)佳、香氣量足和吃味醇和的感官效果是優(yōu)質(zhì)煙葉的重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。煙草中的香氣物質(zhì)是以初生代謝物質(zhì)為前體原料，經(jīng)相關(guān)酶催化后而形成的一類次生代謝產(chǎn)物。構(gòu)成煙葉香氣的代謝物質(zhì)種類繁多，組分復(fù)雜并且含量很低。利用代謝組學(xué)技術(shù)明確煙草香氣物質(zhì)的代謝特征，為煙草提質(zhì)增香栽培管理提供了新的思路。

Zou等利用非靶向代謝組學(xué)技術(shù)研究烤后煙香氣物質(zhì)的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，烤制后煙葉綠原酸、總多酚、醛類和醇類物質(zhì)的含量顯著增加，K326的有機(jī)酸含量降低，幾種不飽和脂肪酸含量升高，而KRK26的有機(jī)酸含量均升高，這表明多酚、醛類和醇類物質(zhì)含量增加有利于提高烤后煙的香氣質(zhì)量，而有機(jī)酸含量的變化可能與品種、生長(zhǎng)環(huán)境以及烘烤過(guò)程有關(guān)，這為卷煙生產(chǎn)中煙草品種特征的選擇以及香氣物質(zhì)組成和比例的調(diào)整提供了理論指導(dǎo)。汪耀富等通過(guò)GC-MS技術(shù)對(duì)5種不同基因型烤煙品種的香氣物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析，發(fā)現(xiàn)NC89各部位葉片中棕色化產(chǎn)物和類胡蘿卜素類致香物質(zhì)含量均最高，而中煙98各部位葉片中類西柏烷類致香物質(zhì)的含量最高。這表明不同基因型和葉位烤煙煙葉香氣物質(zhì)含量有較大差異。

綜上表明，經(jīng)烘烤調(diào)制后，烤煙中多酚、醛類、醇類物質(zhì)以及部分致香物質(zhì)的含量顯著增加，但在不同品種間存在較大差異。

2.2.3感官質(zhì)量 感官質(zhì)量是卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的重要組成部分，是產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)和核心。通過(guò)代謝組學(xué)技術(shù)研究煙葉中初生代謝物及次生代謝物的變化，結(jié)合煙葉感官質(zhì)量評(píng)定結(jié)果，可為綜合評(píng)判烤后煙葉品質(zhì)及指導(dǎo)煙草田間栽培管理和烤后煙葉的烘烤調(diào)制提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持，意義重大。

劉國(guó)順等通過(guò)GC-MS技術(shù)分析了烤后煙葉中性致香物質(zhì)含量，并結(jié)合感官質(zhì)量評(píng)定結(jié)果，發(fā)現(xiàn)感官質(zhì)量評(píng)定得分高的煙葉均表現(xiàn)出類胡蘿卜素降解產(chǎn)物類物質(zhì)和類西伯烷類物質(zhì)等顯著積累的特征?；诖搜芯拷Y(jié)果，李勇等進(jìn)一步采用GC-MS非靶標(biāo)輪廓分析方法比較了不同大田生長(zhǎng)時(shí)間煙葉的初生代謝物和次生代謝物差異，并結(jié)合感官評(píng)吸結(jié)果對(duì)最適宜采收時(shí)間做出精準(zhǔn)判斷，認(rèn)為大田生長(zhǎng)137天的煙葉，初生代謝物質(zhì)（有機(jī)酸類、糖類等）含量顯著降低，次生代謝物質(zhì)（類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、西伯烷類降解產(chǎn)物等）含量顯著升高.此時(shí)期烤煙烤后煙葉的感官評(píng)吸得分較高，清香型風(fēng)味更明顯。Zhao等對(duì)13個(gè)不同感官品質(zhì)的煙草品種進(jìn)行代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)幾種溶血一磷脂酰膽堿和幾類溶血-磷脂酰乙醇胺脂質(zhì)及還原和非還原糖分子與感官質(zhì)量呈正相關(guān)，此外β-大馬士革酮、東莨菪素、綠原酸、新綠原酸、黃酮醇糖基衍生物等化合物對(duì)烤后煙葉感官品質(zhì)的預(yù)測(cè)貢獻(xiàn)較大。

綜上表明，品質(zhì)越高的煙葉，其類胡蘿卜素降解產(chǎn)物類物質(zhì)、類西伯烷類物質(zhì)以及部分脂質(zhì)物質(zhì)等積累越明顯，且初生代謝物含量少，次生代謝物含量較多。

3展望

隨著信息生物學(xué)的發(fā)展和分析檢測(cè)技術(shù)的提高，代謝組學(xué)為煙草代謝物質(zhì)的檢測(cè)與研究提供了更加全面多維的視角。這不僅有助于揭示煙草在逆境脅迫下的代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制，還為煙葉品質(zhì)研究提供了更加系統(tǒng)和準(zhǔn)確的現(xiàn)代技術(shù)手段。通過(guò)分析代謝物的變化，可以了解煙草在逆境脅迫下的生理變化特征，進(jìn)而揭示逆境相關(guān)的關(guān)鍵代謝途徑。同時(shí)，代謝組學(xué)技術(shù)可以作為一種敏感的監(jiān)測(cè)和預(yù)警工具，用于檢測(cè)煙草在逆境脅迫下的代謝變化，這有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)逆境脅迫并采取相應(yīng)的管理和調(diào)控措施，以減少逆境對(duì)煙草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。此外，代謝組學(xué)分析還可以鑒定煙草中的關(guān)鍵組分，從而評(píng)估煙草的品質(zhì)和口感特征，為煙草產(chǎn)業(yè)提供質(zhì)量控制和品質(zhì)改良的依據(jù)。

然而，代謝組學(xué)在煙草逆境脅迫和品質(zhì)研究中的應(yīng)用仍然存在諸多問(wèn)題。逆境脅迫方面，由于生態(tài)因素的復(fù)雜性，煙草在實(shí)際生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中會(huì)受到蟲(chóng)害、干旱、高溫、低溫等多種脅迫，在討論某個(gè)脅迫因子調(diào)控?zé)煵荽x時(shí)，很難排除其他因子的影響；品質(zhì)評(píng)價(jià)方面，煙草品質(zhì)因受烘烤調(diào)制技術(shù)和環(huán)境等多種因素的影響，在探究和分析煙草品質(zhì)時(shí)無(wú)法對(duì)影響因素進(jìn)行準(zhǔn)確判定。另外，單一技術(shù)手段獲得的數(shù)據(jù)具有片面性，難以對(duì)整個(gè)生物學(xué)過(guò)程做到完整全面的描述。因此，可以在運(yùn)用代謝組學(xué)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用基因編輯、多組學(xué)聯(lián)合分析等技術(shù)，從分子生態(tài)學(xué)角度研究煙草逆境脅迫響應(yīng)及煙葉品質(zhì)形成。