豫中烟区水肥一体化条件下烤烟临界氮浓度稀释曲线与氮素营养诊断研究

  目的  为探究豫中烟区水肥一体化条件下烤烟临界氮浓度稀释曲线。  方法  以烤烟品种“豫烟10号”为试材,进行了田间试验,试验设置6个氮素（N₀、N₁、N₂、N₃、N₄和N₅）水平,通过测定6个氮素水平下的烤烟叶片干物质量、氮浓度以及氮素累积量,构建了水肥一体化条件下烤烟的临界氮浓度稀释曲线模型,并通过建立烤烟氮营养指数模型判断了烟株氮素营养的丰缺情况。  结果  （1）烤烟叶片干物质积累量随施氮量增加先增加后降低,氮浓度随烤烟生长进程而降低;（2）当叶片干物质积累量小于1 t/hm2时,干物质量和氮浓度的数据量变异较大且两者之间没有显著关系,当叶片干物质积累量大于1 t/hm2时,随着叶片干物质积累量的增加氮浓度逐渐降低;（3）烤烟叶片临界氮浓度、烤烟最高（N_max）、最低（N_min）氮浓度稀释模型与叶片干物质量之间均呈现幂指数的关系,其决定系数分别为R2=0.8768、0.8371、0.9537,均方根误差RMSE对模型的验证结果表明,该模型具有相对较好的模拟性能;（4）烤烟氮素营养状况的判定可以通过临界氮浓度建立的烤烟氮素吸收模型（N_uptc）、氮素营养指数模型（NNI）来表示,水肥一体化条件下豫中烟区的适宜施氮量在NNI下的诊断结果以30~45 kg/hm2为最佳施氮量。  结论  利用烤烟临界氮浓度稀释曲线模型和氮营养指数模型能够精准地预测水肥一体化条件下烤烟移栽后40 d到成熟期的氮素营养状况,从而为优化烤烟的氮素管理提供指导。      

氮钼肥配施对烤烟生长发育及氮组分积累的影响

为探明氮钼肥配施对烤烟光合碳同化及氮组分积累的影响机制,以烤烟品种K326为供试材料,分析了盆栽试验条件下不同氮钼肥配比对烤烟气体交换参数、各器官氮素分配、含氮化合物以及干物质积累等的影响。结果表明:①不同氮素水平下,增施钼肥能够显著提高叶片的光合速率,施钼肥处理分别较未施钼肥处理增加9.98%~58.00%（N₀）、0.86%~38.39%（N_0.15）、0.19%~30.17%（N_0.3）。②中、低氮素水平下,烟株氮素累积量随着施钼肥量的升高而增加,分别较对照增加24.68%~30.77%（N₀）、3.69%~43.47%（N_0.15）,高氮素条件下,施钼肥处理的氮素积累量降低。③烤烟的干物质积累量以N_0.15Mo_0.3处理最高,氮、钼肥以及二者的互作效应对烟株干物质积累量增长的贡献率分别为50.60%、37.65%和11.75%。④干物质积累量、硝酸还原酶活性和游离氨基酸含量（质量分数）对烤后烟叶中总氮、烟碱含量变化的影响较为显著,通过合理的氮钼肥配施能够提高烟株光合碳同化能力,促进烟株氮素吸收与物质积累,进而调控烤后烟叶氮组分含量。      

氮素水平对烤烟根系形态、结构及其氮素积累的影响

  目的  探究不同氮素水平对烟株根系发育及地上部氮素积累与分配的影响。  方法  试验设置3个氮素水平: HNL(N 8 g/株)、MNL(N 6 g/株)、LNL(N 4 g/株), 分析不同时期烟株根系结构、生理指标、空间分布及其地上部干物质与氮素积累变化情况, 与氮素利用差异。  结果  与HNL相比, LNL显著提高了根系活力与活跃吸收面积, 不定根数量增加了15.2条, 一级侧根与不定根的平均长度提高了10 cm、6.6 cm, 不定根与一级侧根平均直径与干重降低。降低施氮水平, 根系20~50 cm土层的根长密度与根干重增加, 现蕾期LNL根干重占比较HNL提高了8.32 g。LNL抑制了烤烟地上部生长, HNL成熟期地上部干物质积累量与氮素积累量显著增加, 提高了29.30%、49.06%, 但与MNL差异不显著。  结论  烟株氮素少量缺乏, 烟株通过调节根系形态结构, 增加不定根数量, 提高了根系氮素吸收能力, 对烟株地上部发育影响不显著, 生产上可以通过改变施肥方式与施肥时间, 达到降低氮肥使用量的目的。      

外源EBR对烤烟成熟期氮代谢及烟碱代谢的影响

为探明外源2, 4-表油菜素内酯（2, 4-epibrassinolide,EBR）对烤烟成熟期氮代谢及烟碱代谢的影响,以清水为对照,比较了烤烟打顶后叶面喷施和灌根两种EBR施用方式下成熟期叶片光合特性、干物质积累、氮代谢相关酶活性、烟碱代谢相关基因表达量和烤后烟叶化学成分的差异。结果表明,与对照相比,叶面喷施和灌根两种EBR施用方式均可提升成熟期烟株的光合能力,增加烟株各部位的干物质积累量,显著提升中部和上部烤后烟叶总氮和烟碱含量（质量分数）,且叶面喷施处理的效果好于灌根处理。两种施用方式上部叶氮素吸收同化关键酶NR和GS活性显著高于对照处理,叶面喷施处理叶片中氮同化相关基因NtGS2、NtGDH1和NtNR的相对表达量显著高于对照和灌根处理。两种EBR施用方式烟株不同部位烟碱合成基因NtQPT、NtPMT和转运基因NtJAT1、NtJAT2和NtNUP1的相对表达量均极显著高于对照,且叶面喷施处理叶片中烟碱合成与转运基因的表达量均极显著高于对照和灌根处理。因此,外源EBR可促进烟株的生长发育、提高氮代谢及烟碱代谢水平,增加中部和上部烤后烟叶烟碱含量,叶面喷施的效果好于灌根。      

基于iTRAQ-PRM技术筛选不同类型土壤烤烟根系差异表达蛋白

  目的  从蛋白质水平揭示烤烟根系对不同类型土壤的响应差异。  方法  以烤烟品种K326为材料,选取石灰岩土（沙壤土）、水稻土和红壤土,测定3种类型土壤烤烟根系活力、硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）和天冬氨酸合成酶（AS）活性;利用iTRAQ技术鉴定3种类型土壤烤烟根系差异表达蛋白,对所获得的差异蛋白进行生物信息学分析,从中选择16个蛋白进行平行反应监测（PRM）验证。  结果  （1）红壤土的烤烟根系活力、NR、GS和AS活性均高于沙壤土和水稻土;（2）从水稻土vs沙壤土、沙壤土vs红壤土、水稻土vs红壤土3组对比中分别鉴定出699、650、569个烤烟根系差异表达蛋白,其中上调/下调蛋白分别为412/287、291/359和323/246个;（3）差异蛋白质主要有催化、结合、转运活性等功能;（4）差异蛋白功能富集于次生代谢产物的生物合成、代谢途径和苯丙烷类生物合成等代谢途径;（5）红壤土烤烟根系与抗逆性、碳水化合物和能量代谢、蛋白质合成等相关的差异蛋白表达均高于沙壤土和水稻土。  结论  利用iTRAQ标记技术,结合PRM验证技术筛选出不同类型土壤烤烟根系差异表达蛋白,为获取响应关键蛋白奠定基础。      

利用15N示踪研究烤烟对氮素的吸收和分配规律

为了解河南烟区烤烟对氮素的吸收分配情况,试验采用15N分别标记基肥中的铵态氮（15NH4+）、基肥中的硝态氮（15NO3-）以及追肥氮的方法研究了烤烟大田生育期内各器官中氮素的吸收分配规律。结果显示:（1）在整个大田生育期烟株体内氮素积累量不断增加,其中旺长期增幅最大;烟株对土壤氮的积累量显著大于肥料氮,且吸收的氮素50%以上分布在叶片中;烟株根系对氮素的积累在整个生育期都呈现持续增加的趋势。（2）随生育期推进烟株各器官中积累肥料氮量占总氮比例不断降低;不同叶位间,叶片积累肥料氮占总氮的比例一直是:下部叶＞中部叶＞上部叶。（3）烟株在大田移栽后40d～60d期间为氮素积累强度最大时期,随后逐渐减弱,且生育后期烟株对肥料氮的积累表现为负值,而对土壤氮的吸收则表现出滞后性;烟株对基肥中硝态氮的吸收能力强于铵态氮,对追肥中氮素的吸收能力强于基肥氮。      

不同类型杀虫剂对烤烟碳氮代谢关键酶及保护酶和内在品质的影响

以烤烟品种中烟100为供试材料,采用小区试验研究了团棵期及现蕾期喷施不同杀虫剂对烤烟全株叶面积,烟叶碳氮代谢关键酶、保护酶、MDA含量及化学成分和致香物质含量的影响。结果表明:烟田喷施杀虫剂（1）烟株圆顶后全株叶面积有所减少,总体上降低了烟叶NR和Inv活性,不同时期不同处理烟叶生长、NR和Inv活性存在差异;（2）增强了田间烟叶SOD和CAT活性,从而使其MDA含量不过多积累;（3）烤后烟叶化学成分趋于协调,新植二烯以外致香物质含量有所增加,化学和植物性杀虫剂则分别降低和增加了新植二烯含量。综合分析认为,植物性杀虫剂1号全株叶面积、烟叶NR和Inv活性总体上降幅较小,烟株前期（移栽后53d)烟叶脂膜过氧化水平较低,化学成分的协调性较好,有利于致香物质的形成。      

生物炭与化肥氮配施对土壤氮素及烤烟利用的影响

  目的  为探讨施用生物炭对土壤氮素及烤烟对氮素利用的影响。  方法  2015-2016年在河南省方城县金叶园大田条件下,设置了添加生物炭后不同氮水平,研究对土壤硝态氮、铵态氮、碱解氮以及烤烟对氮素吸收积累的影响。  结果  在烟株生育期内,添加生物炭后显著提高了土壤硝态氮含量。2015年硝态氮含量最高达到铵态氮含量的15.72倍,2016年为34.56倍;2016年提高无机氮含量达6.70%~52.47%;添加生物炭对土壤碱解氮含量在烤烟生长前期有一定的提高作用,而在烟株打顶后有效降低了其含量,有利于顺应土壤供氮与烤烟需要适时落黄成熟规律。施加生物炭后,烤烟氮素积累速率前期较高,后期下降。连续施用2年后,氮素利用率可高达49.14%和47.62%。  结论  生物炭与氮肥配施,提高了土壤氮素含量,增施生物炭减少15%化肥氮仍能提高烤烟氮素利用,且连续施用对氮素固持和提高烤烟利用率效果明显。      

低肥力土壤施氮对烤烟干物质积累、氮素吸收及产质量的影响

在低肥力地块上,通过田间试验研究了不同氮肥用量对烤烟干物质积累、氮素吸收及产质量的影响.结果表明,增加施氮量可提高烟株干物质积累量、氮素积累量和根、茎、叶的氮素含量;土壤中无机氮含量变化可分为前期增加、中期降低和后期相对稳定3个阶段,增施化学氮肥可以短期内明显增加植烟土壤中无机氮含量.在0～105 kg/hm2施氮范围内,随施氮量增加,烟叶产量、均价、产值增加,烟叶化学成分趋于协调.施氮对烤烟生物产量、氮素吸收积累和烟叶产质量有明显的影响.     

谷氨酰胺合成酶抑制剂对衰老期烟叶氮代谢的影响

通过质外体提取和测定氮素代谢相关酶等方法,调查了不同浓度谷氨酰胺合成酶（GS）抑制剂（Glufosinate）对2个氮效率烤烟品种氮代谢相关生理指标的影响。结果表明,GS抑制剂可以有效抑制衰老期间烟叶GS活性,使氮素再同化能力下降,促进氮素营养物质的降解,并诱导谷氨酸脱氢酶（GDH）活性升高和硝酸还原酶（NR）活性下降,使叶片NH₄⁺积累,增大了氨气挥发潜力,且随着GS抑制剂浓度的升高,抑制效果更加明显。氮低效品种与氮高效品种相比,衰老速度快,叶片NH₄⁺的积累量小,氨气挥发潜力大,品种间差异显著。GS抑制剂可以加速叶片衰老,促进氮素降解和再转移。     

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。     

硝态铵态氮比例对不同氮效率烟草苗期氮素吸收及利用的影响

【目的】为明确最有利于烤烟和白肋烟氮素利用的氮素形态配比。【方法】采用盆栽的方法,以烤烟品种中烟100和白肋烟品种TN90为材料,设置5个硝态铵态氮比例(T1:NO₃^-:NH₄⁺=100:0;T2:NO₃^-:NH₄⁺=75:25;T3:NO₃^-:NH₄⁺=50:50;T4:NO₃^-:NH₄⁺=25:75;T5:NO₃^-:NH₄⁺=0:100),测定各处理的生物量、色素含量、硝酸还原酶(nitrate reductase,NR)和谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase,GS)活性、NH₄⁺-N含...     

白肋烟烟叶氮同化能力及其对硝酸盐积累的影响

为明确白肋烟烟叶硝酸盐积累的主要原因,以烤烟为对照,研究白肋烟硝酸盐同化作用及其对硝酸盐积累的影响。结果表明:增施5倍氮素后,白肋烟较烤烟干物质积累量与烤烟相近;在相同供氮条件下,白肋烟烟叶硝酸盐含量较烤烟高103.36%,但氮素积累量,硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性,色素和总糖及还原糖含量,NH₄-N和可溶性蛋白质含量,基因GDHA_1、GS1、NIA1和NIA2表达水平均较烤烟低,氮还原同化能力弱。由相关性分析得出,烟叶硝酸盐含量与氮还原同化酶活性和两糖含量均呈现负相关,相关系数达极显著水平;可溶性蛋白质含量与氮还原同化酶活性和两糖含量均呈现正相关,相关系数达极显著水平。氮还原同化能力弱和能量物质供应不足是引起白肋烟硝酸盐积累的主要原因。      

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。      

烟草硝酸盐转运蛋白NtNRT1.5基因的克隆及功能分析

  背景和目的  低亲和硝酸盐转运蛋白NRT1家族基因在植物吸收和转运硝态氮过程中发挥重要作用,为研究烟草NRT1家族基因在烟草氮素利用中的作用。  方法  从栽培烟草品种K326中克隆获得NtNRT1.5的全长cDNA序列,利用生物信息分析、qRT-PCR技术和转基因技术系统分析NtNRT1.5基因的序列特征、表达模式及在提高烟草氮素利用效率方面的功能。  结果  NtNRT1.5全长序列包含1800 bp开放阅读框、编码599个氨基酸,编码的蛋白质具有NRT基因家族的共有结构特征,与拟南芥AtNRT1.5相似性达到59.28%。亚细胞定位结果表明NtNRT1.5蛋白定位在细胞膜上,其启动子中包含多个与硝酸盐（A(C/G)TCA）、胁迫（MYB）、根系特异表达（ROOT MOTIF BOX）相关的响应元件。表达模式分析结果表明NtNRT1.5主要在根部表达,其次是衰老叶片和茎,新叶基本不表达;低氮抑制其在根系中的表达,说明NtNRT1.5主要负责正常条件下的硝酸盐的吸收;低氮条件下,NtNRT1.5过表达显著提高了转基因烟株的氮素利用率。  结论  NtNRT1.5基因在烟草氮素的吸收和转运上行使重要功能,通过提高过表达烟草的氮素利用率,增加植株的生物量。本研究为后期培育烟草氮高效利用新品种提供了理论依据。