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。      

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。     

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。      

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。     

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。      

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。     

不同烤烟品种(基因型)氮效率及耐低氮能力的差异

以豫烟5号、豫烟6号、豫烟7号、中烟100烤烟品种为材料,研究了不同烤烟品种(基因型)氮效率及耐低氮能力的差异.结果表明:不同烤烟品种间氮效率及耐低氮能力差异显著,且低氮水平下表现出的差异最大.豫烟5号品种单株叶质量、氮素反应指数、干物质积累量、氮素积累量、氮效率均最高,中烟100品种均最低,说明豫烟5号品种具有较强的氮素吸收与积累能力,是氮高效品种,耐低氮能力强,属耐低氮的种质;中烟100为氮低效品种,耐低氮能力弱,属于不耐低氮的种质.     

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。     

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。      

烤烟烘烤过程中变黄温度对氮素代谢的影响

对烘烤期间不同变黄温度条件下主要含氮化合物变化规律的研究表明,高温变黄使蛋白质降解减慢,而低温变黄有助于蛋白质降解,因此烤后蛋白质含量表现为高温变黄 > 低温变黄 > 低温拉长变黄;氨基酸则相反,表现为低温拉长变黄 > 低温变黄 > 高温变黄。NO₃-和NO₂-含量在烘烤开始后同步上升,达到最高值后又下降,但烤后含量仍高于烤前;低温变黄有利于NO₃-和NO₂-积累,烤后含量较高。蛋白酶和硝酸还原酶活性在烘烤期间先上升后下降,呈倒"V"字型变化;高温变黄条件下酶失活性较快,缩短酶的作用时间。施氮量与烤后烟叶中蛋白质、氨基酸、NO₃-和NO₂-含量成正比。      

不同氮素利用效率基因型烤烟叶片衰老期间氮素代谢差异研究

选用氮素利用效率差异较大的两个烤烟基因型中烟100和K326,采用喷施谷氨酰胺合成酶(GS)抑制剂(Glufosinate)和质外体提取等方法分别测定叶片衰老过程中叶片的氮素代谢产物和相关酶活性的变化,并计算气孔氨气补偿点,研究了烤烟叶片衰老期间氮素的转移和再利用特性与氮素利用效率的关系。结果表明,氮低效基因型烤烟中烟100衰老时间早、速度快,GS和NR活性低,GDH活性高,氨气挥发量大,对叶片NH4+的积累反应速度快,再转移量大,与氮高效基因型烤烟K326相比差异显著。说明烤烟叶片衰老期氮素的再转移和再利用,与叶片衰老程度和速度密切相关。     

不同蛋白含量大豆品种氮代谢关键酶活性及叶片氮同化物含量变化

以高蛋白野生大豆、普通野生大豆和栽培大豆为材料,研究大豆籽粒蛋白质含量与各生育期叶片谷氨酰胺合成酶活性（GSA）、硝酸还原酶活性（NRA）以及叶片不同氮同化物含量之间的关系。结果表明：高蛋白野生大豆在V6期到R8期的NRA、R3期开始各个时期的GSA都明显高于其它品种。R3期以外的其它各生育期,高蛋白野生大豆可溶性蛋白含量高于其它品种。叶片游离氨基酸含量则表现为R2期之前野生大豆高于栽培大豆,R2期及以后各个时期又明显低于栽培大豆。籽粒蛋白质含量与R3期到R8期的NRA以及R3、R8期的GSA呈正相关关系。V3期可溶性蛋白质含量和V6期游离氨基酸含量与籽粒蛋白质含量呈正相关。叶片硝态氮含量与籽粒蛋白质含量没有相关性。     

钾对烟草根际氮细菌、氮古菌群落及氮代谢的影响

为提高烟草栽培品质,采用高通量测序技术和分光光度法探讨了不同施钾水平对根际氮细菌、氮古菌和氮代谢的影响。结果表明:旺长期,烟草根际反硝化作用菌和硝酸还原菌与施钾水平呈负相关,且当N:K₂O=1:2.1时,氮素有效性较高,相比对照提高了20.9%,利于烟草生长。晚成熟的上部叶总氮、烟碱含量升高,糖含量降低,烟叶质量受到影响,但在N:K₂O=1:3.5~4.2时总氮含量显著降低,此时根际脲酶活性同样显著降低。揭示出施钾水平不仅会直接影响烟草根际氮细菌、氮古菌的群落结构,还会影响土壤氮素有效性、土壤酶活,进而影响氮营养的供应和烟草品质。建议前期适量施肥,并在打顶后追施钾肥,改变根际钾环境,提高烟草品质。      

烟草品种对TMV抗性差异的比较研究

对不同遗传类型的7个烟草品种设计水杨酸（SA）预处理与对照,而后进行TMV接种和挑战接种,调查这些品种的响应程度,发现对TMV侵染的响应可分为花叶和枯斑反应2种类型,在两个对TMV侵染具有系统获得抗病性（SAR）特性的烟草品种中,品种HZNH在病斑数量、形态及大小等方面与前人已沿用多年的品种Xanthi-nc存在明显差异,且两者对于SA预处理后再接种的响应也不一样。     

不同质量类型香料烟品种成熟叶生理生化特性比较

采用大田试验对芳香型、中性型、吃味型3种不同质量类型香料烟品种成熟叶的生理生化特性进行了对比。结果表明:类胡萝卜素含量、比叶重、硝酸还原酶活性、脯氨酸含量等,芳香型品种明显高于中性型品种,且上部叶高于中部叶,说明芳香型品种在云南保山的适性较强,特别是云香巴斯玛1号表现更好。吃味型品种脯氨酸含量较低、丙二醛含量及多酚氧化酶活性较高,说明其抗逆性较弱。      

烟草优质品种叶片全长cDNA文库的构建和质量分析

为研究优质烟叶的分子基础,以翠碧一号不同生长时期的叶片为材料,CTAB法提取总RNA,利用SMART技术合成全长cDNA,之后按经修改的Clontech技术成功构建了烟草叶片全长cDNA文库.经鉴定,初级文库库容为3.85×106个克隆,重组率为100％,重组子插入片段集中在750-2000 bp之间.随机挑取25个克隆测序后,经生物信息学分析表明,烟草上已经报道的基因占10条,11条为全长基因序列;20条序列有功能注释.综合分析表明,所构建的文库质量较高,达到了基因的分离、筛选和克隆的建库目的.