农业技术减低烟草有害物质的研究进展

摘　要　卷烟“降焦减害”是一项涉及多学科的系统工程，研究农业生产措施降低烟叶中有害物质成分具有很重要的意义。本文论述了农业措施“降焦减害”的研究进展，其主要研究领域包括烟草品种选育、栽培技术和生物技术等。

　　关键词　烟草农业措施降焦减害

　　在世界卫生组织（WHO）及反吸烟运动的影响下，为了保护吸烟者的身体健康，世界上一些主要发达国家相继对卷烟的焦油、烟碱及CO量作出了限制。我国政府与烟草行业也在不断地调整有关的方针与政策，倡导“降焦减害”。

　　资料表明，美国国内销售卷烟焦油量加权平均值在1994年就达到了12.4mg/支，欧洲1998年达到了12-13mg/支，日本2003年只有8.7mg/支，而且每个国家卷烟焦油含量都在不断地下降。

　　在全球卷烟市场上，低于12mg/支的卷烟市场份额从1993年的12%增加到1998年的35%，五年中增加了近40%。其中8-12mg/支以下约占20%，增长了46%；4-8mg/支约占13%，增长了20%；4mg/支以下占3%，增长了近1倍。市场份额的变化，说明低焦油低危害卷烟的消费趋势不可逆转。

　　根据2003年我国政府加入WHO（世界卫生组织）《烟草控制框架公约》的承诺，2005年中国生产的卷烟平均焦油含量要降低到12mg/支左右。事实上，我国在20多年前就开始了降焦减害研究，近几年，我国烟草降焦减害工作无论是技术上，还是观念上都取得了很大的进步。卷烟焦油量加权平均值从70年代初的30mg/支以上，到本世纪初的14.3mg/支，降低了一半。这充分说明中国烟草行业关注广大消费者健康的态度，同时说明我国在降焦减害工作上不存在技术障碍。

　　卷烟“降焦减害”是一项涉及多学科的系统工程，农业方面“降焦减害”也应大有作为。烟草农业在降低有害成分方面已进行了研究，主要研究领域是烟草品种选育、栽培技术和生物技术等方面。

　　品种选育方面烟叶是卷烟燃吸时生成焦油和其它有害成分最重要的物质，培育焦油和有害物质生成量少的优质高抗烟草新品种一直是烟草农业的重要目标之一。美国、加拿大等国在20世纪后期采用传统的育种手段或基因改良技术已培育出了多个焦油产生量低的烟草品种，部分品种已在生产上得到应用。中国农科院烟草所已找出富钾的育种材料，并着手进行烟草钾积累效率的遗传规律研究，为富钾烟草品种的培育做准备。新发现的能吸收利用土壤矿物钾且叶片含钾量在7%以上的种质具有较强的富钾特征，另外钾也可通过各种手段向烟草转移。培育富钾烟草的实质是发挥烟草品种吸钾能力强的遗传特性，充分利用土壤肥料中的钾素，从而生产出钾含量高的烟叶，降低卷烟焦油量。

　　栽培和调制技术方面研究发现，喷施化学药物可降低烟叶亚硝胺类物质（TSNAs）的含量。美国R．J．雷诺士公司开发出了用热交换器代替直接使用烤炉烘烤烟叶的技术，可显著降低烤烟中TSNAs的含量。研究结果显示，烤房中改用热交换器，可使烤烟中TSNAs的平均含量下降至少80%。美国星科公司（Star Scientific，Inc．）开发出一种可以有效防止烤后烟叶中形成TSNAs的烟叶调制技术。

　　生物技术方面尽管生物技术的大多数产品通过传统的育种方法都可以实现，但是生物技术和基因工程为达到某一特殊目的提供了更加快速和更具有目标性的技术。利用分子生物学技术针对各种有害成分来改变烟叶的遗传性状，有大量的工作可以做。该方面的最新研究取得了可喜的进展。

　　美国开展了烟碱转化为去甲基烟碱的原理研究与遗传资源开发研究，在烟草叶片衰老和烘烤过程中，尼古丁的很大比例转变成N-去甲基化合物——去甲基烟碱。这种转变是一种显性性状，且具有不可逆转的特性，能使植物积累去甲基烟碱达到总烟碱量的90%。去甲基烟碱是N，-亚硝基去甲基烟碱（NNN）的前体物，N’-亚硝基去甲基烟碱（NNN）属于烟草特有亚硝胺类物质，因此，科学家对降低去甲基烟碱合成方面的研究有很大的兴趣。对控制转化过程基因的了解，有助于形成新的排除白肋烟中去甲基烟碱的对策，并能从分子水平上理解去甲基烟碱的生成。新的强大的基因组技术将加快农艺学重要基因的鉴定和特性描述。为鉴定转变过程的基因资源，利用来源于烟草衰老叶片转化特性的等位基因的cDNA文库构建了一个表达序列标签（EST）数据库，该数据库和EST数据库基因微阵表达分布，提供了鉴定尼古丁转化基因的新的机会。

　　同时生物技术为烟草作物提供了改变已知的有毒物质的含量和烟气致癌因子的快速方法，从而达到生产低有毒物质、低致癌因子卷烟产品的目的。对于烟草作物目标是降低尼古丁，喹啉磷酸核苷酸转移酶（QPTase）是尼古丁生物合成中的两个关键酶之一。利用转基因技术把目标对准了喹啉磷酸核苷酸转移酶，从而达到降低尼古丁含量的目的。转基因烟草大约积累1000ppm的尼古丁，而未转基因对照烟草积累大约25000ppm的尼古丁，同时转基因烟草中的烟草特有亚硝胺（TSNAs）的NNK和NNN减少了大约20倍。这种转基因烟草已得到美国农业部的种植许可，并在Quest品牌的卷烟中作为卷烟原料应用。

　　通过植物基因工程降低食品和烟草产品中重金属镉，植物基因工程这一强有力方法的应用，使得修饰植物内污染离子浓度的植物基因工程成为可能。然而，对于植物根吸收污染离子的生理和生物化学特性、植物如何将污染离子从根中运输到茎和子粒/果实中、茎中如何积累污染离子的机理目前尚未弄清。由于缺乏这方面机理研究，使得利用基因工程这一现代化的强有力的方法来准确和有效地进行调控难以实现，如降低食品和烟草产品中的镉。二价阳离子，如镉积累的调控可以对其它有关重要离子，如Ca、Zn和Mn的体内平衡产生负面影响。因此对作物的产量与质量产生了负面影响，科学家已经开始研究离子在植物体内平衡的中心点。如，相对重要的许多不同离子各自运载蛋白的类型，离子运载蛋白如何被多种调控因素调控，离子运载蛋白对离子选择的基础和范围等。科学家正在研究将镉封锁在烟草植株的根中，以致于降低叶片组织中镉的浓度。科学家从不同的生物体中获得根选择性启动子，如拟南芥CAX启动子基因，目前这些选择性启动子基因正在烟草基因工程中应用。研究结果发现，表达了CAX4基因的烟草品种KY14烟株茎中的镉含量与根中镉含量的比值明显低于非转基因KY14烟株。

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