酶调节剂对烟草氮代谢及其化学成分的影响

为调控旺长期烟株氮代谢活动,解决大理地区烟叶成熟度差的问题,分别在旺长期和成熟期研究了不同酶调节剂对烟叶氮代谢关键酶活性及烟叶化学成分的影响。结果显示,在旺长期喷施钼酸铵7 d后,中部叶和上部叶NR活性分别提高了6.56%和17.57%,GS活性分别提高了22.17%和15.24%,蛋白质含量升高了6.00%和5.02%,氮代谢明显增强;在成熟期对生长过旺烟株喷施钨酸钠和草丁膦4 d后,烟叶氮代谢活动减弱,上部叶NR活性分别下降了8.55%和18.55%,GS活性分别下降了5.33%和11.58%%,烟叶总氮、烟碱和蛋白质含量均下降,糖碱比增大,对解决烟叶成熟度差和提高烟叶可用性有利。就调控烟叶氮代谢效果和烤后烟叶化学成分协调性而言,以旺长期喷施钼酸铵和成熟期喷施草丁膦最佳。     

摘除不适用叶与喷施光碳核肥对烤烟上部叶生理代谢及品质的影响

为优化烤后烟叶的等级结构,提高上部烟叶的工业可用性,以豫烟6号为材料,通过田间试验研究了摘除下部不适用叶与叶面喷施光碳核肥对烤烟上部叶叶面积、光合特性、碳氮代谢及烤后烟叶内在化学成分和经济性状的影响。结果表明,与对照(打顶时不摘除下部不适用叶)相比,打顶时摘除下部6片不适用叶显著提高了上部烟叶叶面积、叶绿素含量、光合性能、碳氮代谢强度及烤后中上等烟叶比例,增加了上部叶的总氮含量,降低了烤后烟叶的产量、产值。与仅摘除下部不适用叶相比,打顶时摘除下部6片不适用叶结合叶面喷施光碳核肥增加了烤后上部烟叶的单叶质量、钾含量、总糖含量、还原糖含量、糖碱比及钾氯比,提高了烤后烟叶的产量和品质。摘除下部6片不适用叶结合喷施光碳核肥较对照处理其上部叶叶面积、单叶质量、钾含量及上中等烟比例分别提高了11.53%、23.19%、12.69%和17.50%。总体来看,摘除下部6片不适用叶结合叶面喷施光碳核肥能够促进上部叶开片,使烤后烟叶的化学成分更加协调,经济效益较佳。     

成熟期氮素营养统一调亏对烤烟碳氮代谢及萜类代谢相关基因表达的影响

摘要:为了探索前期不同烟株氮营养状况协同成熟期氮素调亏对烤烟碳氮代谢的影响,在前期不同氮素营养供应水平的基础上在烟叶成熟后期统一调亏,并对烤烟NC297叶片糖代谢、氮代谢、淀粉代谢及萜类代谢的相关关键基因表达水平进行了研究。结果显示,糖代谢中三个关键基因,胞外蔗糖转化酶(Inv) 和蔗糖合成酶(SuS)基因随着烟叶的成熟表达量升高,而在不同氮水平处理间表达均无差异。蔗糖磷酸合成酶(SPS )基因表达量在烟叶成熟前期随之前施氮量的降低而降低。 淀粉代谢中颗粒结合型淀粉合成酶 ( GBSSI )基因表达量既不受烟叶成熟时期的影响也不受前期供氮水平的影响。氮代谢中硝酸还原酶（NR）基因在不同成熟时期及不同的供氮处理间表达量均无差异。 氮素转移酶（GS） 基因的表达量在烟叶成熟后期呈降低趋势,且受前期供氮水平的影响较大。萜类代谢途径中3-羟-3甲基戊二酰辅酶A还原酶（HMGR）基因表达量随着烟叶的成熟先升高再降低,在成熟后期表达量随前期供氮水平的降低而降低。 结果表明在前期供氮水平不一致的基础上于成熟期统一调亏,对成熟后期烟叶氮素的同化吸收过程和萜类代谢影响较大。烟叶糖代谢和淀粉代谢受烟叶成熟时期的影响最大。      

不同钾肥配施对烤烟质体色素和碳氮代谢及品质的影响

为探究不同钾肥配施对烤烟碳氮代谢和品质的影响,采用田间试验研究了不同钾肥及其配施对烤烟质体色素、部分碳氮代谢关键酶活性、常规化学成分和中性致香物质的影响。结果表明,与施用普通钾肥（对照）相比,缓释钾肥处理提高了烟株各生育期的氮代谢和成熟期的碳代谢。缓释钾肥＋普通钾肥处理和缓释钾肥＋普通钾肥＋黄腐酸钾处理对烟叶质体色素含量和碳氮代谢水平的提高作用比较明显,而缓释钾肥＋普通钾肥处理在烟株生育后期仍然有很高的叶绿素含量与硝酸还原酶活性,阻碍了烟叶碳氮代谢的适时转化和烟株正常落黄成熟。缓释钾肥＋普通钾肥＋黄腐酸钾处理不但能提高烟叶生育前期质体色素含量和碳氮代谢水平,而且能够促进烟叶质体色素适时降解和碳氮代谢的协调。总体来看,缓释钾肥及与其他钾肥的配施显著提高了烤后烟叶中的钾含量,提高了钾氯比和两糖比,使烟叶化学成分更趋于协调,同时提高了大多数种类的香气物质含量,此外,缓释钾肥＋普通钾肥＋黄腐酸钾处理还提高了新植二烯和香气物质总量。综合来看,缓释钾肥＋普通钾肥＋黄腐酸钾处理最有利于优质烟叶的形成。     

多胺对烟株生长发育及烤烟产质的生理效应

对盆栽的烤烟叶面喷施多胺可以促进烟株生长发育,提高烤烟品质。主要表现为:提高叶片叶绿素含量、光合强度及硝酸还原酶活性;促进叶面积的增长,增加叶片叶质重、单叶重;促进烟株侧根的发生,对根干重和根系活力有显著提高作用,并使根系在相当长时期内维持较高的活力;促进碳氮代谢,明显提高叶片烟碱含量,同时,对叶片总氮、还原糖、类胡萝卜素含量也有一定提高作用;显著提高单株烟叶产量。     

盆栽试验中施用外源生长调节剂对烤烟TSNAs生物合成的影响

为明确外源生长调节剂Z5[由生长素(IAA)、水杨酸(SA)和萘乙酸(NAA)配置而成]影响烟草特有亚硝胺(Tobacco-specific N-nitrosamines,TSNAs)生物合成的生理机制,在湖北省恩施土家族苗族自治州建始县试验基地设置叶面喷施Z5盆栽试验,以清水为对照,分析了烟株硝酸盐与亚硝酸盐含量(质量分数)、硝酸还原酶(NR)与烟碱合成关键酶活性的动态变化以及相关基因的表达量,并测定了烤后烟叶TSNAs和常规化学成分含量(质量分数)。结果表明,烤烟打顶后喷施Z5的烟叶TSNAs含量显著降低,上部叶和中部叶中TSNAs含量降低幅度分别为20.1%和12.4%,而烟叶化学成分含量在适宜范围内。外源生长调节物质降低TSNAs含量的作用机制,一是下调了控制NR活性的基因NR的表达,烟株打顶后第1天NR基因的相对表达量下调55.0%,NR活性受抑制,导致硝酸盐向亚硝酸盐的转化减少,叶片中亚硝酸盐的积累量降低;二是下调了控制烟碱合成关键酶基因的相对表达量,烟株打顶后第1天ADC、QPRT、ODC及PMT基因相对表达量分别下调82.1%、69.8%、91.8%和76.0%,使烟碱合成关键酶活性降低,从而减少了烟碱的合成,上部叶和中部叶烟碱含量下降幅度分别为23.5%和22.9%。     

2,4-D对烤烟烟碱和钾含量的影响

通过水培试验研究了打顶后烟株喷施2,4-D对烟株根中合成烟碱的关键酶鸟氨酸脱羧酶(ODC)、腐胺N-甲基转移酶(PMT)和N-甲基腐胺氧化酶(MPO)以及碳氮代谢重要转化酶(InV)和硝酸还原酶(NR)的活性及烟叶中烟碱含量和钾含量的影响。结果表明,喷施2,4-D的烟叶与对照相比InV活性降低,NR活性升高,协调了烟叶的碳氮代谢,根系活力降低,抑制烟株根中合成烟碱的3种酶活性,减少烟叶中的烟碱积累,同时提高烟叶中钾含量。2,4-D降碱增钾效果的最适宜浓度分别为20 mg/kg和30 mg/kg。     

酶抑制剂对烤烟成熟期氮代谢及烤后烟叶品质的影响

为了有效控制生长过旺烤烟成熟期的氮代谢、改善烤后烟叶品质,于2013—2014年烤烟成熟期喷施适宜浓度的酶抑制剂4-[羟基(甲基)膦酰基]-D/L-高丙氨酸(草胺膦),测定了烟叶的硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)活性和化学成分含量(质量分数),并对烤后烟叶进行了评吸鉴定。结果表明,成熟期喷施不同浓度酶抑制剂能有效降低烟叶NR和GS活性,且酶抑制剂浓度与NR、GS活性均呈显著负相关,其中10、15 mg/L浓度下叶片NR和GS活性降低较快,且叶片田间表现较好;适宜浓度酶抑制剂喷施于成熟期烟叶,烤后烟叶蛋白质、烟碱、总氮含量降低,还原糖、总糖含量(质量分数)提高,化学成分更加协调,色素含量(质量分数)降低,中性致香成分含量(质量分数)提高25.04%~42.76%,感官品质得分提高7.22%~10.43%。从成本和安全性方面综合考虑,10 mg/L更为适宜。因此,10 mg/L浓度酶抑制剂能够有效降低烤烟氮代谢关键酶(GS和NR)活性,抑制成熟期氮代谢,改善烟叶品质。     

不同时期环割对上部烟叶生长发育及质量的影响

为探究不同时期环割对烤烟上部烟叶生长发育及质量的影响,以云烟87为试验材料,分别设打顶后环割（T1）、下部叶采收后环割（T2）、中部叶采收后环割（T3）3个处理,以不环割烟株作为对照,对上部烟叶农艺性状、光合参数、糖代谢指标、碳氮代谢关键酶、氧化胁迫指标、化学成分、烤后感官质量进行测定分析。结果表明,下部叶采收后环割（T2）能够促进烟叶开片,长宽比降低7.90%,叶面积提升6.53%;叶片光合作用受到抑制,胞间CO₂浓度提升16.48%,蒸腾速率下降20.26%。环割处理不同程度地抑制叶片中SOD、POD、CAT活性,提高烟叶中MDA和H₂O₂含量,促进叶片衰老。T1、T2处理显著提高α淀粉酶、β淀粉酶、总淀粉酶和NI活性,降低叶片NR活性,显著降低烤后叶片烟碱和蛋白质含量,烤后烟叶香气质和香气量提升,余味改善,感官质量提高。以下部叶采收后环割对烟叶质量的改善效果最优。     

小麦秸秆还田对烤烟叶片发育及产质量的影响

为探讨适宜的小麦秸秆施用方式,田间试验比较了小麦秸秆直接施用和制成生物炭施用两种方式对烤烟叶片发育、烟叶产量及品质的影响。结果表明,与常规施肥相比,秸秆直接施用前期抑制、后期促进烟株叶片发育,对产量、产值及中部叶片外观质量影响较小,中、上部烟叶含钾量及烟碱含量均显著提高;施用秸秆生物炭促进了烤烟叶片发育,产量、产值显著提高,增幅分别为21.83%、54.23%,改善了中部烟叶外观质量,叶片身份、油分得分及外观质量总分显著增加,显著提高了中、上部烟叶含钾量,增幅分别为8.39%和22.63%,且烟碱含量增加不明显。可见,施用小麦秸秆生物炭能够促进烟株生长、提高烟叶产量、改善烟叶品质。     

喷施外源EBR和H2O2对低温胁迫烟苗恢复生长期生理特性的影响

  目的  探讨表油菜素内酯（EBR）和过氧化氢（H₂O₂）对低温胁迫后烟草幼苗生理和生长特性的影响。  方法  以烤烟品种K326为材料,研究低温胁迫后喷施外源表油菜素内酯（EBR,0.01 mg/L）和过氧化氢（H₂O₂,340 mg/L）对烤烟苗期抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性、渗透调节物质、丙二醛（MDA）和生物量的影响。  结果  （1）烟草苗期低温胁迫（CK1）4 d与正常生长（CK2）烟株相比SOD活性降低,POD、CAT活性升高,MDA、可溶性糖和脯氨酸含量上升,可溶性蛋白含量下降,生物量降低;（2）低温胁迫结束后,喷施外源EBR（T1）和H₂O₂（T2）相比低温对照（CK1）,恢复生长12 d烟苗SOD、POD、CAT活性分别提高61.87%和47.37%、239.06%和193.11%、168.07%和139.63%,MDA含量分别降低60.00%和50.00%,渗透调节物质含量和生物量显著增加;（3）喷施外源EBR（T1）和H₂O₂（T2）与正常生长（CK2）烟株相比,在恢复生长8 d和12 d时SOD、POD、CAT活性与可溶性糖含量无显著差异,MDA含量降低,脯氨酸含量显著上升。  结论  喷施外源EBR（0.01 mg/L）和H₂O₂（340 mg/L）能加快低温胁迫后烤烟K326幼苗的生理和生长恢复进程。      

喷施Mg、B、Mo、Ca对烤烟烟碱、多酚类等成分的影响

通过盆栽试验,研究了喷施Mg B、Mg、B、Mo、Ca对烤烟烟叶烟碱、总氮、多酚类、蛋白质和水溶性总糖含量的影响。结果表明:经Mg B、Mg、B、Mo、Ca处理后,烟叶烟碱含量分别比对照下降了19.1%、15.1%、14.4%、20.9%、11.9%;总氮比对照下降了31.5%、26.9%、13.8%、40.0%、10.4%;蛋白质含量比对照也有所下降,Mo处理的效果最为明显,比对照降低了41.7%。Mg B、Mg、B、Mo、Ca处理都不同程度降低了烟叶多酚类物质的含量,但降低幅度都不大,对水溶性总糖的积累均起促进作用。     

叶面喷施丙三醇对烟叶碳氮代谢及硝酸盐积累的影响

  目的  探索丙三醇对白肋烟碳氮代谢及其硝酸盐积累的调控机理,建立新的白肋烟增效减害调控技术。  方法  以白肋烟品种TN90和TN86为材料,设置不同丙三醇浓度试验,并在确定丙三醇最佳适宜浓度的基础上,设置高氮和低氮两个处理,研究丙三醇对烟叶生物量积累、氮代谢关键酶活性、主要碳氮化合物含量及相关基因表达情况的影响。  结果  1）在高氮和低氮水平下,喷施丙三醇15 d后,烟叶生物量分别增加10.20%和13.36%,氮素积累量和氮素利用效率分别增加10.21%、3.15%、6.81%和3.11%,烟叶总糖和还原糖含量分别升高了25.15%、32.84%、47.76%和44.57%,但7 d后烟叶硝酸盐含量下降了53.22%和59.67%;2）低氮水平下喷施丙三醇烟叶色素、可溶性蛋白质和两糖含量与高氮条件下不喷施丙三醇结果相近;3）基因表达分析表明,喷施丙三醇显著促进了光反应途径、碳固定途径、蔗糖合成和氮代谢途径关键基因的表达,与对照相比,基因CP12-2、PPC16和NPF7.3的表达量增加0.5倍多。  结论  丙三醇能够提高烟叶碳氮代谢能力和氮素利用效率,提高烟叶碳水化合物含量和降低烟叶硝酸盐积累量,减氮配合喷施丙三醇是降低烟叶硝酸盐积累的有效途径。      

VIGS诱导GS同工酶基因沉默对烤烟氮代谢的影响

【背景和目的】谷氨酰胺合成酶（GS）是烤烟氮代谢的关键酶,为探究沉默GS同工酶基因对烤烟氮代谢的影响。【方法】采用病毒诱导基因沉默（virus induced gene silencing,VIGS）技术构建GS同工酶基因（NtGS1、NtGS2）瞬时沉默表达载体,测定了烤烟品种中烟100叶片经VIGS处理10 d,20 d和30 d的NtGS1-1、NtGS1-2、NtGS2相对基因表达量和谷氨酰胺合成酶（GS）、硝酸还原酶（NR）活性以及叶片可溶性蛋白、总氮、烟碱含量和烟株生物量。【结果】沉默NtGS1基因的处理对NtGS1-1沉默效率最高为50.4%,对NtGS1-2沉默效率最高为56%,沉默NtGS1和NtGS2基因的处理对NtGS2沉默效率最高为54.9%;沉默NtGS1和NtGS2的烟株叶片重、GS、NR活性、可溶性蛋白、总氮、烟碱含量都显著低于对照。【结论】本研究建立的VIGS体系有效下调了GS同工酶基因的表达,同时沉默NtGS1和NtGS2(TRV::GS1::GS2)可抑制叶片氮素同化利用,降低氮代谢关键酶活性与含氮化合物含量。     

基于CRISPR/Cas9技术的烟草烟碱相关基因敲除及功能研究

CRISPR/Cas9是一种重要的基因组定向编辑技术,近年来在植物基因组的定向敲除和分子育种材料创制中得到了广泛应用。为了发掘可用于分子育种的低烟碱烟草,以烤烟品种K326为试验材料,利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术对控制烟草烟碱合成和转运的5个基因（PMT1、QPT1、A622、NtNUP1和JAT1）进行定向敲除,并对T2代纯合基因型烟草植株进行烟碱含量检测。结果表明,定向敲除5个基因后获得100株成功编辑的T0代烟草植株,突变检出率为29.9%,突变类型以单碱基插入或删除为主。对定向敲除烟碱合成基因QPT1和转运基因JAT1的T1代纯合基因型烟草植株进行序列分析,发现存在4种突变类型,分别是插入一个T、C、A碱基的插入突变和一个缺失44个碱基的缺失突变,从而引发移码使得翻译的氨基酸链大幅缩短,其T2代植株上部叶烟碱含量显著低于野生型植株。综上所述,CRISPR/Cas9技术能够高效定向敲除烟碱关键基因,为低烟碱烟草分子育种提供了理论和技术支撑。     

叶面喷施2,4-表油菜素内酯对烟草抗旱性的影响

为探讨外源2,4-表油菜素内酯（EBR）增强烟草幼苗抗旱能力的作用机理,以不同抗旱性烟草品种豫烟12号和豫烟10号为材料,采用水培法,研究干旱胁迫下叶面喷施外源EBR对烟草幼苗的影响。结果表明,干旱胁迫下,豫烟12号和豫烟10号幼苗生长受到抑制,叶片细胞活性氧和MDA含量增加,叶绿素遭到破坏,光合速率降低。喷施外源EBR能够显著促进干旱胁迫下烟草幼苗的生长和根系发育,叶片抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性提高,O₂^-产生速率和MDA含量降低,同时增加了叶绿素的含量,提高了光合速率。与豫烟12号相比,干旱对豫烟10号的影响较大,而喷施外源EBR均能降低干旱对两品种幼苗的伤害。喷施外源EBR能够促进根系形态发育,提高抗氧化酶活性,降低活性氧积累和膜质过氧化水平,提高光合能力,增强烟草的抗旱能力。     

施氮量对烤烟产质量和烟碱含量的影响

为解决烤烟上部叶烟碱含量偏高问题,确定适宜的施氮量,通过田间试验,研究了东南烟区烤烟主栽品种K326、云烟85在不同施氮量条件下的烟叶产、质量和烟碱含量的变化。结果表明:在保障烟草正常生长发育和烟叶产质量的基础上,适当控制氮肥用量可有效降低烟叶中烟碱含量和上部烟叶的比例,提高烟叶(尤其是上部烟叶)的可用性。     

高烟碱K326定向改良材料的创制与分析

为了明确NtJAZ1基因对烟碱含量（质量分数）和烟株生长发育及品质的影响,以烤烟品种K326为材料,利用CRISPR/Cas9技术对NtJAZ1基因进行敲除,获得了纯合突变株系NK-9。测序结果表明,NtJAZ1-1在1 587~1 641 bp之间大片段缺失,NtJAZ1-2在1 547~1 548 bp之间缺失了2个碱基,导致翻译提前终止。RT-PCR检测结果表明,NK-9烟碱生物合成关键基因NtMYC2a、NtMYC2b、NtPMT和NtQPT的表达水平显著提高。田间调查发现,NK-9株系生长发育正常,株高、叶数和叶宽显著高于对照K326,但叶长显著低于K326。显微观察表明,NK-9叶面腺毛密度较对照有所降低。对现蕾期、打顶期和成熟期烟碱含量检测发现,NK-9株系中部叶的烟碱含量分别比对照提高33.26%、36.41%和39.28%。烤后烟叶化学成分分析表明,NK-9常规化学成分比例协调,烟碱含量较对照提高44.91%;中性香气成分中新植二烯、类胡萝卜素类降解产物含量明显增加,但棕色化反应产物、苯丙氨酸类降解产物和茄酮含量有所降低。说明敲除NtJAZ1基因能够有效提高烟叶烟碱含量,对腺毛发育和叶面化学成分的积累也有一定影响。      

基于同异反态势排序的河南烤烟化学成分指标评价

为了通过常规化学成分分析结果恰当评价烟叶内在品质 ,采用集对分析的同异反态势排序法对 2 0 0 1年河南 8个烟区 2 8种C3F烟叶的 6种主要化学成分进行了分析评价。结果表明 ,这 6项化学成分指标值的优劣排序为 :烟碱 >氯 >还原糖 >氧化钾 >淀粉和总氮。结论是这些C3F烟叶的烟碱、氯和还原糖含量与优质烟标准较接近 ,氧化钾、淀粉和总氮含量相差较大 ,需要采取有关的生产和加工措施进行控制。     

不同品种烤烟衰老期碳氮代谢及相关基因表达的差异分析

  目的  研究不同品种烤烟叶片衰老期碳氮代谢及相关基因表达的差异及关系。  方法  以田间成熟落黄表现不同的4个烤烟品种中部叶为材料,分析叶片成熟衰老过程中质体色素、碳氮代谢中间产物含量的变化,检测了相关基因的表达量。  结果  ① 豫烟10号叶片叶绿素和类胡萝卜素的含量较低,并随着叶龄的增加降低的幅度最大,CCD表达量较高,NC89的降低的幅度较小,含量较高,CCD表达量较低。②叶片淀粉含量在叶龄50~60 d时达到峰值后开始下降,从峰值到叶龄70 d,降幅较大的豫烟10号（38.65%）,淀粉合成相关基因GBSS1和SBE的表达量相应较低,总糖和还原糖含量从峰值至叶龄70 d也表现较大的降幅。③ NC89的淀粉、总糖、还原糖和总碳含量均相对较高,云烟87和K326的碳代谢指标则居豫烟10号和NC89之间。④豫烟10号叶片成熟衰老过程中总氮、碳氮比、烟碱含量显著低于NC89,这与豫烟10号氮素转移相关的GS1-3基因表达量在叶龄40 d之后显著高于NC89,参与氮同化相关的GS2、GDH1和NR基因表达量相对较低的特征一致。  结论  叶片衰老速度快的品种具有淀粉合成代谢弱,淀粉含量较低,氮素同化代谢较弱而再利用和再转移代谢能力较强,总氮、碳氮比较低的碳氮代谢特征。