基于iTRAQ技术筛选烟叶响应衰老差异表达蛋白

  背景和目的  从蛋白质水平上揭示烟叶衰老机理。  方法  以烤烟品种K326为材料,测定烟叶未熟（IM）、适熟（WM）和过熟（OM）3个时期超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性;采用同位素相对标记与绝对定量技术（iTRAQ）鉴定3个时期烟叶响应衰老差异表达蛋白,对所获得的差异蛋白进行生物信息学分析,筛选出烟叶衰老潜在靶标蛋白。同时,选择12个蛋白进行平行反应监测（PRM）验证。  结果  （1）随着烟叶成熟度的增加,SOD、CAT、POD和APX活性逐渐降低。（2）共鉴定出4747种蛋白,过熟与未熟相比,存在321个差异蛋白,包括122个上调蛋白与199个下调蛋白。过熟与适熟相比,存在319个差异蛋白,其中124个表现为上调,195个表现为下调。适熟与未熟相比,发现223个差异蛋白质,包括125个上调蛋白和98个下调蛋白。（3）在基因本体（Gene Ontology,GO）功能注释中,差异蛋白质主要参与生物过程（代谢过程、细胞过程）、细胞组成（细胞、细胞组分、细胞器）和分子功能（催化活性）。（4）在京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG）功能富集中,差异蛋白质显著富集于代谢途径、光合作用、次生代谢产物的生物合成等。（5）PRM验证发现对比组OM vs IM,OM vs WM和WM vs IM中,分别有10/9/10个蛋白质验证结果与iTRAQ定量表现出相同的趋势。6个差异蛋白包括Q1WL43、A0A1S4DCM1、A0A1S4C433、A0A1S4AKK6、A0A1S3ZQP6、A0A140G1P2可能是烟叶衰老潜在靶标蛋白。  结论  本研究采用iTRAQ结合PRM技术,筛选出烟草叶片响应衰老差异表达蛋白,可为深入认识烟草衰老的应答分子调控机制奠定基础。      

低钾胁迫下烤烟苗期叶片的差异蛋白及其生物信息学分析

  目的  探究低钾胁迫下烤烟苗期叶片的差异表达蛋白, 并对其进行生物信息学分析, 为烟草品种选育与栽培调控奠定基础。  方法  分别在低钾和正常钾环境下培育烤烟高钾品系HKDN-5, 提取苗期烟叶总蛋白, 进行酶解, 液相色谱串联质谱和label-free蛋白定量分析。  结果  (1) 与正常钾相比, 低钾胁迫中发现101个差异表达蛋白(差异倍数大于1.5倍), 其中表达下调的有52个, 上调的有49个。(2)差异表达蛋白主要参与碳水化合物代谢、氨基酸代谢和脂质代谢等途径。其中, 上调蛋白具有碳水化合物运输和代谢相关功能的数量最多, 下调蛋白具有翻译后修饰、蛋白质转换和伴侣蛋白等相关功能的数量最多。  结论  物质代谢和应激反应相关蛋白在低钾胁迫下发生差异表达。      

水肥一体化条件下烤烟氮素营养高效利用研究

  目的  为探究水肥一体化技术对烤烟氮素营养利用效率的影响。  方法  试验设置了空白对照（CK）、常规栽培（FP）和水肥一体化（DF）3个处理,通过2年的田间试验和1年的盆栽实验,检测了3个处理不同时期烟株的干物质积累量和氮素吸收量,对比了3个处理不同生育时期烟株根系生长发育情况,并测定了常规栽培（FP）和水肥一体化（DF）处理烟叶硝酸还原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）的活性和烤烟氮代谢相关的NITR和GS基因的表达量。  结果  （1）DF处理NR活性在移栽20 d和40 d均明显高于FP处理,分别是FP处理的1.26倍和1.31倍,NITR基因的相对表达量也均高于FP处理,在移栽80 d后,DF处理NR活性大幅下降60.81%,而FP处理下降较缓慢;（2）DF处理较FP处理能显著提高烟株根系活力和根体积,促进烟株根系生长发育和形态建成,使烟株氮肥表观利用率提高了93.21%,氮肥偏生产力提高了15.24%,土壤氮素依存率降低了15.01%;（3）DF处理和FP处理烟株干物质和氮素积累变化规律趋势相同,但DF处理的干物质和氮素积累量以及积累速率均较FP处理有明显提升,且DF处理干物质积累和氮素吸收高峰提前,烟株生育后期氮素调亏,成熟落黄较好,烤后烟叶品质较高。  结论  采用水肥一体化技术可以有效调控烟株对氮素的吸收,提高氮素利用率,对促进烟株干物质积累和产质量的提高有积极的影响。      

酸胁迫对烤烟幼苗根系形态、叶片亚细胞结构及生理生化指标的影响

  目的  研究酸胁迫对不同烤烟品种幼苗生长的影响。  方法  以云烟116和云烟87为试验材料,采用水培研究不同酸度（pH 4.0、pH 5.0和pH 6.0）对烤烟幼苗根系、叶片亚细胞结构及生理生化指标的影响。  结果  相较于对照（pH 6.0）,酸胁迫条件下,烤烟幼苗根系活力降低,根系发育缓慢甚至受到抑制;叶绿体和线粒体受到不同程度的损伤;丙二醛（MDA）含量以及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的活性均增加。相较于pH 5.0,处理6 d后,pH 4.0处理烤烟幼苗根系长度、根系表面积、根系体积和根尖数均下降;叶绿体膨胀变形,基粒片层扭曲,线粒体空洞化,无结构清晰的嵴,MDA含量增加,SOD、POD和CAT的活性均降低。  结论  酸胁迫抑制烤烟幼苗根系发育,损伤叶片亚细胞结构及抗氧化酶系统,且随着pH下降,烤烟幼苗受损程度更高。云烟116受到酸胁迫影响较大,云烟87表现出较强的耐酸性。      

粉垄深度对稻作烟区土壤理化特性及作物周年产量的影响

  背景和目的  为了揭示不同粉垄深度对湖南稻作烟区土壤理化性状及烤烟根系生长和烟稻周年产量的影响。   方法  大田试验于2019年在长沙浏阳永安镇开展,采用单因素随机区组试验设计,设置粉垄深耕20 cm（T1）、30 cm（T2）、40 cm（T3）和直接旋耕12 cm（CK）四个处理,采用50 cm土柱取样器,每个处理取土柱3个。研究了0~50 cm土层土壤理化性状的变化。并分析了不同处理对烤烟根系生长状况、烤后烟叶物理性状和化学成分、经济性状和作物周年产量的影响。  结果  与CK处理相比,T2和T3处理在0~40 cm土层土壤容重显著降低1.49%~8.97%,土壤孔隙度增加0.44%~12.88%,土壤紧实度降低0.37%~24.37%;T2处理在20~30 cm土层土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量的提升效果最为显著,较CK处理分别提升了22.82%、58.02%、52.41%;T2处理改善烤烟物理性状及内在化学成分的效果最为显著,各粉垄深耕处理均提高了烤烟的产量和上等烟比例,并且也能提高后茬作物水稻产量,其中T2处理作物产量产值最高。  结论  粉垄耕作30 cm显著改善了稻作烟区土壤物理性质,提高了土壤速效养分在20~40 cm土层中的含量,提升了烟叶的品质和产量,作物周年产值显著提高18029.89元/hm2。      

富钾烤烟品种成熟期根系分泌物和根际细菌多样性特征分析

  目的  研究不同钾吸收利用效率烤烟品种成熟期根系分泌物和根际细菌多样性差异,有助于了解烟草富钾品种成熟期高效吸收利用钾素的机理。  方法  选用富钾烤烟品种ND202和常规品种K326、NC89进行盆栽试验,分析了不同烤烟品种成熟期根际主要养分含量、根系分泌物和根际细菌多样性的差异。  结果  成熟期NC89和ND202根际土中的碱解氮和有效磷含量极显著低于K326,速效钾含量3个品种间差异极显著,且为ND202最低。成熟期ND202非根际土的碱解氮极显著高于K326和NC89,有效磷和速效钾含量3个品种间差异极显著且均为ND202最高。3个品种成熟期根系分泌物主要成分含量有差异,ND202根系分泌物有机酸含量占其已检测出根系分泌物总量的81.80%,比NC89高12.86%,比K326高15.98%。3个烤烟品种成熟期根际和非根际土壤主要细菌在门水平和属分类水平上相对丰度有较大差异。根际土壤中链霉菌属、气微菌属和Iamia属的相对丰度表现为ND202 > K326 > NC89,而芽孢杆菌属、硝化螺菌属、乳酸乳球属、Steroidobacter属、Flavisolibacter属和野村菌属的相对丰度则表现为ND202 < K326 < NC89。  结论  成熟期富钾品种ND202具有根际土壤速效钾含量较低而非根际速效钾含量较高、根系分泌物有机酸含量高的特点。成熟期不同钾吸收利用效率烤烟品种的根际土壤与非根际土壤细菌多样性有显著差异。      

过表达TaGS1/TaGS2对烟草氮素吸收的影响

  目的  为揭示小麦氮素同化关键酶谷氨酰胺合成酶（TaGS1/TaGS2）在烟草中过表达对烟草氮素吸收同化能力的影响及其机制。  方法  以烟草栽培品种K326为对照,测定分析过表达TaGS1/TaGS2烟草的生长及氮代谢指标;利用转录组结合进化树分析,确定烟草硝酸转运蛋白家族（NtNRT/NPF）及其表达水平。  结果  过表达TaGS1/TaGS2烟草根系发达、叶片变大,氮素吸收同化积累显著升高;在烟草中鉴定到36个NtNRT/NPF家族基因;过表达TaGS1/TaGS2引起其中28个NtNRT/NPF家族基因表达变化,与qRT-PCR结果一致。  结论  过表达TaGS1/TaGS2可能通过提高NtNPF6.3、NtNRT3.1、NtNPF7.3等NtNRT/NPF家族基因表达,促进烟草氮素吸收、同化与积累,为烟草生长发育提供充足氮源。      

土壤类型对烤烟生长及品质特征的影响

为研究土壤类型对烤烟生长和品质的影响,以湖南桂阳烟区水稻土、紫色土和红壤土为材料,研究了3种土壤上种植的烤烟各时期生长率和初烤烟叶的理化特性。结果表明,紫色土烤烟旺长期内生长快,成熟期慢,烟叶化学成分比例协调,钾含量丰富,但其含梗率高,且干物质重、叶厚、单位叶面积显著低于其他两种土壤;水稻土烤烟成熟期生长率过高,脱氮困难,以致烟叶总氮和烟碱含量过高,干物质多,叶片厚;红壤烤烟长势相对较差,物理性状接近水稻土烟叶,化学成分"糖高碱低",糖碱比和挥发酸碱比显著高于水稻土和紫色土烟叶。感官评吸结果表明,紫色土和红壤种植烤烟好于水稻土。可见,不同土壤类型烤烟生长规律有所不同,理化特性也有较大差异。     

亚慢性烟雾暴露对大鼠肺脏蛋白组学的影响

  目的  应用蛋白组学技术筛选卷烟烟气暴露诱导的大鼠肺脏差异表达蛋白,探讨长期吸烟对大鼠肺脏损伤的分子作用机制。  方法  雄性Sprague Dawley（SD）大鼠经烟雾暴露染毒90天,采用串联质谱标签（tandem mass tag,TMT）标记蛋白组学技术筛选大鼠肺脏差异表达蛋白,应用生物信息学软件对差异表达蛋白进行分析。  结果  与对照组比较,染毒组大鼠肺脏差异表达1.2倍以上的蛋白有133个,其中99个表达上调,34个表达下调。差异表达的蛋白主要参与602种生物学过程,131种细胞成分,158类分子功能,以及21条信号转导通路。  结论  雄性大鼠经烟雾暴露90天对肺脏组织的氧化还原过程和肌肉组织有影响,调控多种疾病的信号通路。      

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。      

陈化烤烟叶片不同发酵时间微生物多样性及代谢组分析

  目的  了解不同陈化发酵时间烟叶中微生物菌群与代谢产物的关系,探究多年陈化发酵过程中微生物对烟叶发酵品质的影响。  方法  选取4个陈化发酵时间（陈化0年,1年,4年,7年）的上部烟叶（B2F）,采用Illumina高通量测序技术和UPLC-ATOF MS液质联用技术,对不同发酵时间的烟叶表面微生物多样性以及差异代谢物进行分析。  结果  相比其他陈化发酵时间,发酵4年的烟叶中微生物种类最多、多样性最高。在细菌属分类水平上,泛菌属（Pantoea）和假单胞菌属（Pseudomonas）为发酵4年烟叶的优势细菌。结合OPLS-DA模型以及数据库检索,4个发酵时期两两比较共筛选到173个显著差异代谢物,KEGG富集分析发现差异代谢物参与氨基酸代谢、脂肪酸代谢、类固醇生物合成等多条代谢途径。其中,发酵4年样本中高丰度的差异代谢物主要富集在脂肪酸降解途径。  结论  复烤烟叶在陈化发酵不同时间微生物多样性及代谢物质具有显著差异,上部叶片陈化发酵4年烟叶的内在品质最佳。      

大豆与海藻有机肥对烤烟生长和土壤细菌群落的影响

  目的  探究不同有机肥施用对烤烟生长和土壤细菌群落的影响。  方法  用烤烟品种中烟100进行田间试验, 比较分析了大豆和海藻有机肥不同施用量对烤烟生长发育以及烟叶中氮、磷、钾含量的影响, 并且从土壤理化性质以及土壤微生物群落结构的角度, 分析了施用两种有机肥对烟叶生长、土壤理化性质和土壤微生物群落结构的影响。  结果  (1) 与对照相比, 大豆和海藻有机肥的施用, 促进了团棵期和旺长期烟株的生长发育(450 kg/hm2处理最佳), 提高了土壤有机质和氮磷钾含量。(2)由16 S V3-V4区域扩增子测序可知, 有机肥的施入改变了土壤细菌群落的丰富度和多样性, Sphingomonas、Actinospica、Pseudonocardia等有益细菌丰度增加。(3)土壤细菌群落与土壤理化性质存在一定相关性, 其中土壤pH值、速效钾(AK)、硝态氮(NO₃--N)和铵态氮(NH₄+-N)是主要环境影响因子。  结论  大豆和海藻有机肥的施用改善了土壤理化性质, 并影响了土壤细菌群落丰富度和多样性, 促进了烟株生长发育。      

氯离子在不同质地植烟土壤中的迁移及烟株中的积累

[背景和目的]针对河南烟叶氯含量偏高的问题,开展氯离子在不同质地土壤中的迁移及烟株中积累的研究.[方法]选取砂壤和黏土两种质地土壤,分别在耕层补充不同量的氯,分析烟株大田各时期不同土层氯含量和烟株氯积累量.[结果]1)氯离子在0～40 cm土层迁移速率最快,在深层土壤中迁移速率变缓,砂壤土氯离子向深层土壤迁移的能力高于...     

不同水分胁迫程度下烤烟叶片钾含量的光谱响应

  目的  精准、快速、无损监测烤烟叶片钾素营养水平。  方法  设计不同程度的干旱和渍水胁迫试验,以K326、中烟100为供试品种,探索不同水分胁迫程度下烤烟叶片钾含量与光谱信息的变化规律,筛选烟叶钾含量的敏感光谱特征变量及光谱参数,构建烟叶钾含量预测模型。  结果  （1）随水分胁迫程度的加重,在近红外光区,烤烟叶片钾含量和叶片光谱反射率的值在伸根期均表现为升高趋势,在旺长期与成熟期表现为降低趋势。（2）以利用本文筛选出的8个最佳敏感光谱指数（mSR705、SDr、DVI、MSAVI2、λg、Dr、NDSI（2275,1875）、RDVI）构建的BP神经网络模型效果最好,模型决定系数R2=0.9336,RMSE（均方根误差）为0.1348。  结论  可利用光谱参数构建烤烟钾含量BP神经网络模型,模型稳定、精度较好。可为实时精准监测烤烟叶片钾含量,及时了解土壤水分环境提供技术支撑。      

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。      

苗期白肋烟和烤烟主要碳水化合物含量差异及形成机理

[目的]为探讨白肋烟和烤烟烟叶中碳水化合物含量差异,揭示其形成机理.[方法]以红花大金元(HD)、中烟100(Z100)、TN90、TN86为材料,通过水培试验,研究烤烟和白肋烟碳水化合物含量、色素含量、光合作用参数及其碳代谢关键基因表达量差异.[结果]白肋烟烟叶中色素、总糖和还原糖含量明显低于烤烟,在同一施氮水平条件...     

有机肥长期定位施用对烟田土壤养分和烟株根际土壤细菌群落的影响

  目的  解析长期施肥对烟田土壤细菌群落结构和丰度的影响。  方法  通过田间定位试验,研究了长期单一施用化肥（T1）、化肥+稻草回田（T2）和化肥+稻草回田+饼肥（T3）等3个处理对烟田土壤化学性质及烟株根际土壤细菌多样性的影响。  结果  ① 长期采用稻草回田并施用饼肥有利于提高植烟土壤有机质、碱解氮和速效钾含量,降低土壤pH值;②稻草回田或再增加饼肥处理的烟田独有OTU个数均高于单施化肥处理;③在细菌群落组成中变形菌门（Proteobacteria）和该菌门下物种的相对丰度最高,且稻草还田并添加饼肥处理最高;④植烟土壤微生物LEf Se进化分支图表明稻草还田或增施饼肥的烟田在细菌门水平无组间显著差异,而单施化肥的烟田存在组间显著差异的疣微菌门（Elusimicrobia）和迷踪菌门（Verrucomicrobia）。  结论  长期定位施肥条件下,稻草回田并增加饼肥能够改善烟田化学性质综合指标,提高细菌群落结构和相对丰度。