曬晾煙煙花腺毛分泌物蔗糖酯的鑒定與評價

劉 靜，張建會，杜詠梅，張興偉，緒 擴，張瑞娜，肖 勇，雷云康，江 鴻，亓超凡，劉艷華*

曬晾煙煙花腺毛分泌物蔗糖酯的鑒定與評價

劉 靜1，張建會2*，杜詠梅1，張興偉1，緒 擴1，張瑞娜3，肖 勇2，雷云康3，江 鴻2，亓超凡1，劉艷華1*

（1.中國農業科學院煙草研究所，青島 266101；2.四川煙草科學研究所，成都 610094；3.中國煙草總公司四川省公司德陽市公司，四川 德陽 618099）

煙草蔗糖酯是煙葉香味成分的重要前體物，對卷煙的增香保潤具有重要作用。為解析煙草曬晾煙腺毛分泌物蔗糖酯的組分構成及含量，以80份曬晾煙資源（X1-X80）為試驗材料，利用氣質聯用儀（GC-MS）測定了煙花腺毛分泌物中5種不同分子量的蔗糖酯SEI-SEⅥ含量，并通過相關、聚類及主成分分析等方法對80份曬晾煙資源進行了綜合評價。結果表明，80份曬晾煙資源鮮煙花中總蔗糖酯含量范圍是198.19 ～ 4?410.45 μg/g，符合正態分布，其中SEIV含量最高，SEI含量最低；相關性分析表明，SEI與SEII呈極顯著正相關關系，二者與其他類型的蔗糖酯均呈負相關關系。聚類分析可將80份種質分為5個類群，各類群間蔗糖酯含量差異顯著。基于主成分分析的綜合評價表明，Havana1號（X2）、六峰毛把煙（X47）、Ha19（X75）、Criollo（X73）、卷葉曬煙（X78）、S-2（X5）、尼加拉瓜長芯（X70）、E 18（X14）、塘蓬（X41）、Beinhart 1000-1（X3）等10份資源蔗糖酯含量高，可為高香氣煙草品質育種和煙草本香的開發提供物質基礎和技術支持。

曬晾煙；煙花；腺毛分泌物；蔗糖酯

糖酯是煙草表皮腺毛分泌物的主要化學成分，在腺毛體腺頭細胞中特異合成[1-2]，包括葡萄糖酯和蔗糖酯，二者均以四元酯的結構存在，是煙草腺毛分泌物中除萜烯外含量第二豐富的成分，其中蔗糖酯的含量遠遠大于葡萄糖酯。蔗糖酯（Sucrose Ester，SE）是由葡萄糖或果糖的一個或多個羥基與脂肪酸、芳香酸酯化而成[3]。SEVERSON、ARRENDAL等[4-6]根據乙酰基在葡萄糖或果糖環上取代位置的不同將煙草蔗糖酯分為三類，第一類蔗糖酯的乙酰基連接在葡萄糖環的C6位置，第二類蔗糖酯的乙酰基連接在果糖環的C3位置，而第三類蔗糖酯的葡萄糖部分與第二類蔗糖酯相同，其果糖部分與第一類蔗糖酯相同。第二、第三類蔗糖酯僅在野生種和i中被檢測到，而普通煙草（）腺毛分泌物中的蔗糖酯屬于第一類，根據分子量（622, 636, 650, 664, 678, 692）的不同，第一類蔗糖酯可被分為6種類型（SEⅠ-SEⅥ）。

蔗糖酯（SE）是煙草香氣成分的重要前體物，在卷煙燃吸時，熱裂解產生的異丁酸、甲基丁酸、甲基戊酸等物質，可提高卷煙的香氣，并且蔗糖酯可在煙葉表面形成一層水油相隔的保護膜，常被作為復合添加劑添加到煙絲中起到保濕、保潤的效果，對煙葉增香保潤具有重要貢獻[7-10]。一直以來，國內外研究者開展了以培育高蔗糖酯品種為目標的煙草育種及蔗糖酯人工合成的相關研究[11-13]，但由于煙草蔗糖酯結構復雜，目前具有天然活性蔗糖酯合成的報道較少。我國煙草種質資源豐富，共保存各類煙草種質6000余份，其中曬晾煙資源3000余份，且遺傳多樣性豐富。到目前為止，對曬晾煙資源進行蔗糖酯含量及組成的系統鑒定未見報道，高蔗糖酯含量的育種親本依然匱乏。鑒于此，本研究以80份曬晾煙種質資源的煙花為試驗材料，利用氣質聯用儀（GC-MS）對煙花腺毛分泌物中不同分子量的蔗糖酯進行檢測，明確不同曬晾煙資源腺毛分泌物中蔗糖酯的含量及組成，篩選出高蔗糖酯含量的優異資源，可為煙草高香氣品質育種提供優異親本，對煙草蔗糖酯多用途的開發與利用具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 供試材料 80份曬晾煙種質資源由國家煙草種質資源中期庫提供，編號X1-X80，見表1。

表1 供試煙草種質資源

表1 續

1.1.2 試劑 蔗糖八乙酸酯（純度 98%，美國 Sigma 公司），N,O-雙三甲基三氟乙酰胺（純度98%，美國 AcrosOrganics 公司），二甲基甲酰胺、95%乙醇、無水硫酸鈉（分析純，國藥集團），乙腈（色譜純，Merck 公司），超純水。

1.1.3 主要儀器設備 7890A-5975C氣相-質譜聯用儀，美國Agilent公司生產；WD-12水浴氮吹儀，杭州奧盛儀器有限公司生產；DHG-9240A恒溫烘箱，杭州藍天化藥儀器廠生產。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 80份種質于2019—2020年在四川什邡雪茄科研試驗基地種植，試驗地選擇有代表性、中等肥力且肥力均勻一致的平坦田塊。2月上旬播種，4月中旬移栽。株距45 cm，行距110 cm，每份資源種植3個重復，每個重復2行，每行25株。

1.2.2 樣品采集和前處理 每份資源每個重復從5～10株煙草花序中取20朵含苞未放的花朵，稱量后每10朵用50 mL 95%乙醇渦旋振蕩提取1.5 min，每個重復2管，合并。

蔗糖酯檢測參考蔡莉莉等[14]和解勝男等[15]方法。分別取上述提取液6 mL，50 ℃水浴，氮氣吹干，加入含有蔗糖八乙酸酯的乙酸乙酯內標溶液（0.06 mg/mL）50 μL，氮氣吹干。加入500 μL二甲基甲酰胺和N,O-雙三甲基三氟乙酰胺混合液（體積比1∶1），在75 ℃加熱（衍生化）1 h，冷卻后，過0.22 μm有機濾膜，GC/MS測定，以蔗糖八乙酸酯為內標進行半定量分析。

1.2.3 GC-MS試驗條件 參考解勝男等[15]方法。

1.3 數據分析

采用Excel 2010 對數據進行整理；利用SPSS 23.0對數據進行相關性分析（Person）；利用Heatmapper 程序進行聚類分析；利用SIMCA-P 14.1 進行PCA分析；利用SPSS 23.0進行主成分分析和綜合評價。綜合指標的隸屬函數分析參考文獻[16-20]的方法。

2 結 果

2.1 不同分子量蔗糖酯含量檢測

利用氣質聯用儀對80份曬晾煙資源煙花腺毛分泌物中5種不同分子量的蔗糖酯含量進行檢測，數據特征見表2，頻次分布見圖1。結果表明，80份曬晾煙煙花腺毛分泌物中總蔗糖酯（SE）含量范圍為198.19～4?410.45 μg/g，變異系數為37.74%，且符合正態分布。5種不同分子量的蔗糖酯中，SEIII、SEIV、SEV含量顯著高于SEI和SEII，含量范圍分別為80.46～1156.72，29.17～1678.69及9.85～1373.18 μg/g，且三者含量均符合正態分布，其中SEIV含量最高，變異系數僅次于SEV。SEI含量最低，含量范圍最小，為0～41.1 μg/g，且SEI和SEII均不符合正態分布。

表2 80份曬晾煙資源煙花腺毛分泌物蔗糖酯數據特征

注：SEI、SEII、SEIII、SEIV、SEV分別表示不同分子量（622、636、650、664、678）的蔗糖酯。下同。

Note: SEI, SEII, SE(III), SE(IV), SE(V) separately signaling Sucrose-esters with different molecular weights(622, 636, 650, 664, 678). The same below.

圖1 80份曬晾煙種質資源中5類蔗糖酯的總含量分布

Fig. 1 Total contents distribution of 5 classes and total Sucrose-esters in 80 sun/air-cured tobaccos resources

2.2 不同分子量蔗糖酯的相關性分析

采用SPSS 23.0軟件對80份曬晾煙資源5種不同分子量蔗糖酯含量進行相關性分析，結果見表3。由表3可以看出，SEI和SEII呈極顯著正相關關系（=0.852），且二者與SEIII、SEIV、SEV均呈負相關關系，其中SEI與SEV達顯著水平，SEII與SEIV、SEV分別達顯著、極顯著水平。

2.3 80份種質聚類與主成分分析

根據80份曬晾煙資源5種不同分子量蔗糖酯含量的檢測數據，利用R語言工具繪制熱圖（圖2），由圖2、表4可以看出，80份曬晾煙資源可分為5個類群，不同類群之間蔗糖酯的含量與組成差異顯著。類群I包含種質資源份數最少，僅有4份，該類群SEII和SEIII含量較高，SEI含量最低；類群II包含10份種質資源，該類群的特點是SEI、SEII含量最高，而其他分子量的蔗糖酯含量最低，其中X24的SEI、SEII含量最高，分別為411.1和990.3 μg/g；類群III包含23份種質資源，該類群材料SEIV含量最高，其余分子量蔗糖酯含量低，其中X12、X14的SEIV含量最高，分別為1578.9、1678.7 μg/g；類群IV包含17份種質資源，該類群SEIII、SEIV含量較高，其余蔗糖酯含量較低，其中X67的SEIII、SEIV含量最高，分別為966.1和914.8 μg/g；類群V包含種質資源份數最多，共26份，該類群SEIV、SEV含量較高，其余蔗糖酯含量較低，其中X47的SEIV、SEV含量最高，分別為1?390.1和1?245.1 μg/g，X46次之，分別為1?128.3和1?373.2 μg/g。且第III類群和第IV類群大部分為引進曬晾煙資源，而第V類群大部分為地方曬晾煙資源。

表3 不同類型蔗糖酯相關系數

注：“*”表示在0.05水平上差異顯著；“**”表示在0.01水平上差異顯著。

Note: *, the difference was significant at 0.05 level; **, the difference was significant at 0.01 level.

圖2 基于曬晾煙資源蔗糖酯含量聚類分析

表4 不同類群間5種蔗糖酯成分含量比較

注：表中數據為平均值±標準差。數據后不同小寫字母表示鄧肯氏新復極差法測驗差異顯著(<0.05)。

Note: different lowercase letters after the data indicate significant differences in Duncan's new complex range test (<0.05).

利用SIMCA-P14.1 軟件對80份曬晾煙種質的5種不同分子量蔗糖酯進行主成分分析，結果見圖3。由圖3可以看出，該方法將80份曬晾煙資源亦分成5大類，與熱圖聚類方法結果基本一致。第一類群樣本量最少，主要分布于第一、四象限；第二類群主要分布于第一象限；第三類群主要分布于第二、四象限；第四類群主要分布于第一、四象限；第五類群樣本量最多，主要分布于第二、三象限。各類群的樣本雖有少量重疊，但整體區分度較好，可綜合反映80份種質資源蔗糖酯組成及含量的不同。

圖3 曬晾煙種質資源基于蔗糖酯成分含量的PCA散點圖

2.4 不同曬晾煙資源綜合評價

對煙草蔗糖酯進行評價時，總蔗糖酯含量僅反映不同種質蔗糖酯的高低，而對其組成不能進行全面的評價，為實現對不同分子量的蔗糖酯進行全面、系統、科學的評價，本研究利用SPSS 25.0軟件對80份曬晾煙資源的煙花腺毛分泌物中5種不同分子量的蔗糖酯含量進行主成分分析，結果見表5、表6。根據特征值大于1的原則，可提取2個主成分，其累計貢獻率為88.937%，第一主成分（PC1）的貢獻率為57.1%，主要反應了SEIII、SEIV、SEV的指標信息，第二主成分（PC2）貢獻率為31.84%，主要反應了SEI、SEII的指標信息。

按照2個主成分隸屬函數值的大小依次排序，可以直觀地判斷出每個因子在各品種中的重要性。根據各主成分的累計方差貢獻率及隸屬函數值，計算80份曬晾煙資源的綜合得分，結果見表7。

由表7綜合指標值可以看出，80份種質曬晾煙資源PC1綜合指標值最高的前3位曬晾煙資源依次為X2、X47、X75，說明這3份資源SEIII、SEIV、SEV含量較高，PC2綜合指標得分最高的前3位種質依次為X24、X4、X2，表明這3份資源SEI、SEII含量較高。最后根據2個主成分綜合指標的隸屬函數值和各指標的權重，計算80份種質資源的綜合評價值，并根據綜合評價值對資源進行排序，綜合排名從1到10的資源依次為X2、X47、X75、X73、X78、X5、X70、X14、X41、X3，其蔗糖酯組成及含量見表8。

表5 主成分特征值及方差貢獻率

表6 因子載荷

表7 不同曬晾煙資源蔗糖酯評價綜合指標值、權重、隸屬函數值、綜合評價值及品質排序

表7 續

表8 優異資源蔗糖酯含量

3 討 論

煙草蔗糖酯不但對卷煙的香氣品質有重要的貢獻，還具有殺蟲、抑菌、抗氧化等生物活性，在防御昆蟲、抵御植物病原菌及抗氧化等方面發揮著重要作用[4,8]，因此，有關蔗糖酯的研究一直成為許多行業關注和研究的熱點。但不同煙草種質蔗糖酯的含量及組成均存在較大差異[11]，且不同類型蔗糖酯的生物活性和香味特征亦不同，SEVERSON等[8]研究表明，SEI和SEII型蔗糖酯由乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、甲基丁酸、戊酸、甲基戊酸等低級脂肪酸構成，SEIII、SEIV型蔗糖酯除了以上幾種低級脂肪酸還包括己酸和甲基己酸，而SEV和SEVI型蔗糖酯則包括庚酸和甲基庚酸，但缺乏丙酸、丁酸和戊酸。另外，ORESTES等[21]研究表明，己酸蔗糖酯對煙草蚜蟲的殺滅活性極低，對甘薯粉虱的殺滅率可達80%，而庚酸蔗糖酯對煙草蚜蟲和甘薯粉虱的殺滅率均可達95%。因此，對于卷煙加香而言，SEI和SEII含量高的資源，熱裂解后產生的低級脂肪酸含量高，對卷煙的香氣品質貢獻大，加香效果好，而SEIII、SEIV、SEV含量高的資源其殺蟲活性較好。本研究利用主成分分析將5種不同類型的蔗糖酯聚為兩類，其中由低級脂肪酸構成的SEI和SEII聚為一類，由低級、高級脂肪酸構成的SEIII、SEIV、SEV聚為一類，且兩類蔗糖酯呈負相關。因此，煙草資源蔗糖酯的組成不同，其應用前景亦不同。SEI、SEII含量高的煙草種質X24、X4在卷煙加香和高香氣育種方面具有重要的利用價值，而SEIII、SEIV、SEV含量高的煙草資源X2、X47、X75在植物源殺蟲劑的開發方面具有重要的應用前景。

蔗糖酯在煙葉中的含量較低，目前通過從煙葉表面分離的方法獲得蔗糖酯的數量有限，不能滿足煙草生產和工業上對蔗糖酯的需求。由于蔗糖酯結構復雜，到目前為止天然活性蔗糖酯結構的合成報道較少，且合成的蔗糖酯的結構與天然蔗糖酯的結構有差別，其活性也有很大不同。因此，從植物中挖掘蔗糖酯高效資源將會是一種經濟有效的手段。本研究對80份曬晾煙煙花腺毛分泌物5種不同分子量的蔗糖酯含量進行檢測，結果表明，種質資源之間蔗糖酯含量差異顯著，不同類型蔗糖酯變異系數均大于30%，高、低蔗糖酯含量的資源相差14至140倍。在5類蔗糖酯中，SEI、SEII含量較低，SEIII、SEIV、SEV含量較高，其中地方曬晾煙資源SEIII和SEIV含量較高，引進資源SEIV和SEV含量較高，與蔡麗麗等[14]的研究結果一致。本研究中篩選出的總蔗糖酯含量高或某類型蔗糖酯含量高的10份優異種質資源可直接應用于煙草育種及蔗糖酯的提取，超低蔗糖酯含量的資源X43和X50亦可為蔗糖酯代謝通路的研究和優異基因的挖掘提供遺傳材料。

4 結 論

通過對80份曬晾煙資源煙花腺毛分泌物中5種不同分子量的蔗糖酯進行檢測分析表明，我國曬晾煙資源蔗糖酯含量豐富，SEI和SEII含量較低，分布范圍窄；SEIII、SEIV、SEV含量較高，分布范圍廣。相關關系分析表明，SEI與SEII呈極顯著正相關，二者與SEIII、SEIV及SEV均呈負相關關系。基于主成分的聚類可將5種蔗糖酯聚為2類，SEI和SEII聚為一類，SEIII、SEIV、SEV聚為一類。并將80份曬晾煙資源分為5個類群，不同類群其蔗糖酯的組分構成和含量差異顯著。綜合評價篩選出的10份優異資源可為不同用途的開發和利用提供物質基礎。

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Identification and Evaluation of Sucrose-Esters in Glandular Trichome Secretion of Sun/Air-Cured Tobacco Germplasms

LIU Jing1, ZHANG Jianhui2*, DU Yongmei1, ZHANG Xingwei1, XU Kuo1, ZHANG Ruina3, XIAO Yong2, LEI Yunkang3, JIANG Hong2, QI Chaofan1, LIU Yanhua1*

(1. Tobacco Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Qingdao 266101, China; 2. Sichuan Institute of Tobacco Science, Chengdu 610094, China; 3. Sichuan Deyang Tobacco Company of CNTC, Deyang, Sichuan 618099, China)

Tobacco sucrose-esters are important precursors of tobacco aroma components and play an important role in enhancing the aroma and moisturizing of cigarettes. In order to analyze the composition and content of sucrose-esters (SE) in the glandular trichome secretion of sun/air-cured tobacco germplasms, the content of 5 SEs with different molecular-weight in the flowers of 80 sun/air-cured tobacco germplasms were determined by gas chromatography-mass spectrometer (GC-MS). The data were analyzed by correlation analysis, cluster analysis, and principal component analysis. The SE contents of the 80 sun/air-cured tobacco germplasms were 198.19-4410.45 μg/g (fresh mass), showing a normal distribution. The SE with the highest content is SEIV, and the one with the lowest content is SE (I). The correlation analysis revealed that there is a significant positive correlation between SEI and SEII, and that both SEI and SEII are negatively correlated with SEIII, SEIV, and SEV. The 80 sun/air-cured tobacco germplasm were clustered into 5 groups, and the difference of SE content among 5 groups was significant. Based on principal component analysis, 10 germplasms (i.e., X2, X47, X75, X73, X78, X5, X70, X14, X41, X3) with high level of sucrose-esters were identified. These results could provide materials for developing tobacco cultivars with high-aroma quality and exploiting the natural aroma of cigarettes.

air sun-cured tobacco gemplasm; tobacco flower; glandular trichome secretion; sucrose ester

S572

A

1007-5119（2022）03-0087-09

10.13496/j.issn.1007-5119.2022.03.013

中國農業科學院科技創新工程（ASTIP-TRIC05）；中國煙草總公司四川省公司重點科技項目（SCYC202013）

劉 靜（1996-），女，在讀碩士，研究方向為：功能食品與生物活性物質。E-mail：m17853480108@163.com

，E-mail：張建會，787598921@qq.com；劉艷華，liuyanhua@caas.cn

2021-09-27

2022-04-19