氮素营养水平对衰老期烟叶氮代谢的影响及品种间差异

为揭示品种间烟叶品质的差异和筛选耐氮肥品种,研究了烤烟品种在不同氮素营养条件下氮代谢的差异。结果表明:氮低效与氮高效品种相比,可溶性蛋白和总氮降解量大,谷氨酰胺合成酶（GS）活性低,降幅大,谷氨酸脱氢酶（GDH）活性高,硝酸还原酶（NR）活性低,氨气补偿点高,品种间差异显著。随着施氮量的增加,氮低效品种氮素营养物质降解量百分数高,GS活性降幅大且受施氮量影响较小,GDH活性和氨气挥发潜力增大,与氮高效品种相比差异显著。NC89和豫烟10号分别在施氮量在45.00和60.00 kg?hm-2时氮代谢生理强度最大,而且豫烟10号各处理间差异小于NC89。说明不同氮效率品种烟叶的氮素再同化和转移能力存在差异,氮低效品种对氮素再同化量小,再转移量大,对氮素的应用范围广,调节能力强,而氮高效品种再同化量大,转移量小,对氮素的应用范围小,调节能力弱。烟叶衰老期氮代谢与烟叶衰老速度有关,其中GS对NH4+的再同化能力和质外体对NH4+的转移能力起主导作用。      

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。      

硼对烤烟碳氮代谢的影响研究

研究了硼对烤烟碳氮代谢的影响。结果表明,缺硼(5μMH3BO3)烟株各器官硼、氮、钾、干物质积累量极显著降低;烟株对N03-的吸收及同化能力减弱,氮代谢受阻,叶片NH4 含量增加,氨基酸和蛋白质含量下降。与此同时,烟株叶片光合速率下降,叶片非结构糖(葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉)大量积累。随着烟株供硼浓度的增加(20μMH3BO3、20μMH3BO3)烟株叶片碳氮代谢增强、植株各器官氮、钾、硼含量增加,干物质积累增强。     

浓香型烟叶特色品种衰老期的氮素代谢特性

为揭示浓香型特色烟叶形成的生理生化基础,采用质外体提取等方法分别测定了具有浓香型特色的烤烟品种NC89和对照品种89112烟叶衰老过程中的氮素代谢产物和相关酶活性的变化,并计算了氨气补偿点。结果表明,与89112相比,NC89品种叶片总氮和可溶性蛋白含量较高,在衰老过程中谷氨酰胺合成酶(GS)活性下降幅度小,谷氨酸脱氢酶(GDH)活性低;质外体铵离子浓度和质外体pH变化相对平缓,氨气挥发高峰期氨气补偿点偏低,氨气挥发潜力较小,最终总氮减少量较小。     

在线氮饥饿处理对谷氨酰胺合成的促进作用

氮饥饿处理是提高谷氨酰胺合成酶活性的重要手段 ,文中设计了在线氮饥饿处理过程 ,考察了氮饥饿处理对谷氨酸棒杆菌突变株NS61 1的谷氨酰胺合成酶活性及谷氨酰胺合成能力的影响。当初始氮源的供应量受到限制时 ,菌体在生长后期处于氮饥饿状态 ,这种氮饥饿处理使菌体内的谷氨酰胺合成酶的活性提高 2倍以上 ,而谷氨酰胺的累积量提高了69%。     

烤烟碳氮代谢与烟叶香吃味关系的研究

本文提出了用碳氮比(C/N)和硝酸还原酶与转化酶的活性比(NR/IV)作为衡量烟叶碳氮代谢协调性和香吃味品质优劣的指标。相关分析表明,烟叶在不同生长发育时期的C/N、NR/IV活性比值、淀粉酶、转化酶、NR活性、蛋白质、烟碱、还原糖、总氨基酸含量与烟叶最终评吸总分存在不同程度的二次曲线相关关系,以C/N和NR/IV活性比值与评吸总分的相关性较大。因此,C/N比值及其动态变化模式可以作为衡量和判断烟叶香吃味品质的理想指标,NR/IV比值可作为重要的参考指标。保持适宜的C/N和NR/IV活性比值,促进碳氮代谢协调发展是获得优良香吃味品质的重要条件。通过对回归方程求最大值,得到在烟苗移栽后43天,73天,90天和烘烤叶的最佳C/N值分别为10.59,11.51,15.22,18.86和17.11,其理想的变化模式为:移栽后60天以前,碳氮比增长缓慢,60天以后,进入快速增长期。      

不同施氮水平和氮素来源烟叶碳氮比及其与碳氮代谢的关系

研究表明,烟叶在发育和成熟过程中碳氮比逐渐增加并表现一个快速增长期,随着施氮水平的增加而趋于推迟和不明显。烟叶烘烤后碳氮比有所下降。烟叶碳氮比变化与含氮量相关性大于含碳量,后者在烟叶发育过程中变幅较小,但在施氮水平低时,表现由升到降的变化。烟叶C/N与NR活性、蛋白酶活性、蛋白质含量、还原糖含量、烟碱含量有密切关系,且随着叶片发育和成熟,相关系数加大,大于总施氮量、无机氮施量和有机氮施量与它们的相关性。后期C/N与碳氮代谢物质的相关性表现为:NR活性 > 蛋白质含量 > 还原糖含量 > 烟碱含量。烟叶发育和成熟过程中NR活性和蛋白质含量降低,烟碱和还原糖含量升高,但在不同施氮水平和氮素来源下其变化模式有显著差异。在同一施氮水平下有机氮和无机氮适当配比,有利于调节C/N和碳氮代谢。      

土壤C/N比对烤烟碳氮代谢关键酶活性和烟叶品质影响的研究

2009年采用盆栽试验,在河南农业大学科教园区通过添加腐熟的小麦秸秆来调节土壤的碳氮比,进而研究土壤碳氮比对烤烟碳氮代谢关键酶活性和烟叶品质的影响。结果表明:随着土壤碳氮比的增加,硝酸还原酶、转化酶和淀粉酶的活性逐渐增加,烤后烟叶总糖和还原糖的含量、中性香气物质的总量、还原糖/烟碱有不同程度的增加,烟碱、总氮含量以及氮碱比逐渐减少。土壤碳氮比在24~28之间时,有利于促进烤烟碳氮代谢平衡,协调烤后烟叶化学成分。     

精量施氮对烤烟成熟期叶片碳氮代谢的影响

为了揭示基于SPAD仪精量施氮条件下烤烟叶片成熟期的碳氮代谢变化规律,以K326品种为材料,设置了基于SPAD仪精量施氮模式(SPAD阈值为43)和传统农家施氮模式处理.分别在烟叶下部叶成熟采收期和中部叶成熟采收期对烟株上偶数叶位的烟叶碳氮代谢化合物含量及酶活性进行了测定.结果表明:与传统农家施氮模式相比,基于SPAD施氮模式下烟株在下、中部叶成熟采收期所有偶数叶的游离氨基酸、可溶性蛋白质、总氮、谷氨酰胺合成酶、硝酸还原酶及蔗糖转化酶活性均降低,而总糖、还原糖含量及淀粉酶活性均升高.基于SPAD仪的烤烟精量施氮模式能够促进烟株不同部位烟叶碳氮代谢平稳过渡和转化,使烟叶成熟时碳氮代谢适时协调过渡,体现为总氮含量适时适量减少以及糖类物质适时适量的积累,烤烟糖氮比较为协调,烟叶品质提高.     

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。      

不同氮素水平对烟草碳氮代谢关键酶活性的影响

用盆栽试验研究了不同氮素水平对烟草碳氮代谢关键酶活性的影响。结果表明,随着氮素水平的提高,淀粉酶活性有升高趋势,烟叶硝酸还原酶活性呈上升趋势。低氮水平下由氮代谢转化为碳代谢的时间提前,高氮水平下由氮代谢转向碳代谢的时间推后。综合认为中氮水平是生产优质烟叶的较好选择。     

采后烟叶碳代谢的动态变化分析

为探究采后离体烟叶内碳代谢的变化规律,以烤烟品种豫烟12号和秦烟96为供试材料,测定采后不同时段烟叶淀粉、总糖和还原糖含量变化,并对淀粉和糖代谢相关基因进行实时荧光定量PCR分析。结果表明,秦烟96采后烟叶淀粉含量显著高于豫烟12号,烟叶采后0~30 h,淀粉含量逐渐下降,总糖和还原糖含量逐渐升高,且糖含量在采后12 h后增加速率变快。秦烟96鲜烟叶中淀粉和糖代谢相关基因的表达量高于豫烟12号,而淀粉分解相关基因Ntα-amylase和Ntβ-amylase表达量低于豫烟12号。烟叶采后30 h内,淀粉合成相关基因NtAGPS1、NtAGPS3和直链淀粉合成关键基因NtGBSS1表达量逐渐下调;支链淀粉合成的相关酶基因表达量变化呈无序增降模式;淀粉分解代谢和糖代谢相关酶基因的表达量或呈先升后降趋势,或呈逐渐上升趋势。NtAGPS1和NtGBSS1表达量变化与采后烟叶中淀粉和糖含量变化相关性显著。同一生态条件下,豫烟12号和秦烟96采后烟叶淀粉和糖代谢规律存在差异,其中NtAGPS1和NtGBSS1可能是采后离体烟叶碳代谢的关键调控基因。     

施氮水平和移栽期对烤烟还原糖及烟碱含量的影响

在南雄烟区采用二次饱和D-最优设计方法研究了施氮水平和移栽期对烤烟还原糖及烟碱含量的影响,建立了施氮水平和移栽期对烤烟还原糖及烟碱含量影响的模型,并进行了单因素效应分析和双因素互作效应分析。结果表明,在试验条件下,随着施氮水平的提高,烟叶还原糖含量表现为下降的趋势,烟碱含量表现为上升的趋势;随着移栽期的推迟,烟叶还原糖含量表现为上升的趋势,烟碱含量表现为下降的趋势。因此,在南雄烟区,适当降低施氮水平和推迟移栽期可以提高烤烟还原糖含量和降低烟碱含量。     

烤烟碳氮代谢关键酶活性动态及其与类胡萝卜素关系研究

以红花大金元、K326为试验材料,采用大田种植方式,研究了不同基因型烤烟叶片碳氮代谢关键酶的活性动态及其与类胡萝卜素的相关性。结果表明,在烟草生长发育过程中,硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、蔗糖转化酶和淀粉酶活性均呈现先上升后降低的变化规律,硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和淀粉酶在移栽后60 d达到最大值,而蔗糖转化酶活性最大值出现在移栽后75 d。类胡萝卜素各组分（β-类胡萝卜素、叶黄素、新黄质和紫黄质）含量随着生育进程的推移,呈下降趋势。在整个生育期内,红花大金元叶片硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、蔗糖转化酶和淀粉酶活性以及类胡萝卜素各组分含量均高于K326。相关分析结果表明,蔗糖转化酶活性与类胡萝卜素各组分含量呈显著负相关。     

始兴烟区旱地烤烟氮素利用及生态经济适宜施氮量

为解决氮肥施用不合理引起的氮肥利用率低及环境恶化等问题,以烤烟品种K326为材料,研究了不同施氮水平对烤烟氮素利用率及经济性状的影响。结果表明,适当增施氮肥有利于提高烤烟产量及产值,以195 kg/hm²(N3)处理产量最高,150 kg/hm²(N2)处理产值最大。随着施氮水平的增加烤烟的氮肥偏生产力(NPFP)、氮肥吸收利用率(NRE)逐渐减小,烟叶生产效率(NTPE)、氮肥生理利用率(NPE)、氮肥农学利用率(NAE)先增加后减小,施氮水平为150 kg/hm²(N2)时,NTPE、NPE、NAE最大,此时烤烟的氮肥利用率最高。通过环境经济学的 Coase 原理和边际收益分析,综合烟叶产量、经济和生态效益,当前始兴烟区旱地烤烟适宜氮肥用量为115.10~162.13kg/hm²,相应的产量为2381.42~2677.72 kg/hm²。     

不同连作时期对烤烟氮素吸收和利用的影响

田间试验研究了连作3年和5年对烤烟氮素吸收和利用的影响.结果表明,无论在自然肥力还是常规施肥条件下,连作5年氮积累量均明显低于连作3年,并且氮素快速积累期拖后2周;连作3年烤烟根和茎氮素分配比例高于连作5年,烤烟氮肥利用率也高10.60个百分点,此说明延长连作时间严重影响烤烟氮素吸收,烤烟连作不宜超过5年.     

缓释肥配合减氮对烤烟品质和氮素利用的影响

为有效减轻保山烟区因大量施用速效氮肥可能引起的面源污染,研究了缓释肥减氮施用对保山烟区土壤理化性质、烤烟品质和氮素平衡利用的影响。研究结果表明：（1）与不施肥（CK）和单施化肥（T1）相比,缓释肥（T2）及其减氮处理（T3）使团聚体粒径趋于集中,提升了表层土壤速效养分碱解氮、有效磷和速效钾含量;T2与T3相比,速效养分无显著变化;（2）与CK相比,施肥处理增加了烟叶中总糖、还原糖、总氮、烟碱和钾含量;与T2相比,T3降低了总糖、还原糖、总氮、钾和烟碱含量,增加了钾氯比和糖碱比;不同施肥处理间烤烟评吸质量档次差异不显著;（3）T2、T3较T1提高了氮肥农学利用率（RE）、农学效率（AE）和偏生产力（PFP）,T3提高显著（p<0.05）;T3较T1和T2显著降低了氮素表观淋失率（LLR）（p<0.05）;T2、T3氮素稍有盈余,T1氮素稍有亏损。综上所述,缓释肥可以在减氮基础上保持氮素平衡利用和烤烟品质,可考虑在保山烟区推广。