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。      

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.     

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。     

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。      

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。      

烤烟碳氮代谢几个问题的探讨

对烤烟碳氮代谢方面的几个问题包括碳氮代谢的概念、碳氮代谢在烟叶生长发育和成熟过程中的动态变化、碳代谢和氮代谢之间的关系及协调性等进行了系统的阐述，并根据碳氮代谢过程中物质的分配和转化规律，提出了可以对代谢过程进行有效调节的关键位点及主要调节途径。     

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。     

氮钾配施对烤烟碳代谢关键酶活性及化学成分的影响

采用田间小区试验探讨了氮钾配施对烤烟碳代谢关键酶活性及化学成分效果。试验结果表明:烤烟生长过程中各处理的淀粉酶活性的变化趋势是:高氮处理(N9K12、N9K18和N9K24)>中氮处理(N6K12、N6K18和N6K24)>低氮处理(N3K12、N3K18和N3K24)。从移栽后44d到62d各处理的烟叶蔗糖转化酶活性上升,而后呈现下降-上升-下降的趋势,在移栽后60d达到高峰;在移栽后44d(团棵期)烟叶可溶性总糖含量较高,随着烤烟生长,烟叶可溶性总糖含量逐渐下降,到移栽后89d(成熟期)达到最低。     

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。      

施氮量对烤烟打顶期叶片光合响应的影响

为进一步明确氮肥施用量与烤烟打顶期中部叶片光合作用的关系,设置了3个氮肥水平45、90和135 kg/hm²,在盆栽试验条件下研究了不同施氮量对烤烟打顶期中部烟叶光响应曲线及其拟合参数的影响。采用开放式气路测定了烤烟中部叶净光合速率、胞间CO₂浓度和蒸腾速率,并计算了瞬时蒸腾速率和光能利用效率。结果表明,随着光合有效辐射水平增强,打顶期中部烟叶净光合速率逐渐提高并趋于稳定;但增加施氮量,叶片净光合速率、胞间CO₂浓度和瞬时光能利用效率逐渐降低,表观量子效率、最大净光合速率和光补偿点随之降低;施氮为45 kg/hm²的叶片瞬时水分利用效率和光补偿点最低。综上所述,盆栽试验条件下,施氮量为45~90 kg/hm²有利于增强烤烟打顶期中部叶片的光合响应。     

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。     

氮肥施用与烤烟氮素营养关系研究

通过调查、营养诊断与化学分析等方法,研究了烤烟叶片硝酸盐浓度速测结果与烟株氮素营养状况之间的对应关系.结果表明,施氮量对烤后烟叶产质量和内在化学成分中总氮和烟碱含量有较大影响;烟株大田生育期内最新平展叶硝酸盐浓度呈反"S"型变化,该曲线可用二元四次方程曲线拟合,相关关系极显著;不同农户烟株硝酸盐浓度下降的反"S"型曲线在横坐标水平上出现较明显变异,纵坐标方向变异较小.最新平展叶硝酸盐浓度与施氮量和烟叶氮素含量有较好的对应关系,能够反映大田烟株氮素营养状况,可用于大田烟株氮素营养速测.     

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。     

不同光质对烤烟质体色素含量及相关酶活性的影响

为明确不同光质条件下,烤烟叶片成熟过程中质体色素代谢的生理响应机制,在大田环境下通过覆盖不同颜色薄膜获得不同光质,研究了不同光质对烤烟生长发育过程中质体色素代谢的影响。结果表明,红、黄光抑制了这一过程中叶绿素的降解,表现在促进了叶绿素a的积累。红光还抑制了类胡萝卜素的降解。与之相比,蓝光相反。黄、红光显著降低了叶绿素酶的活性,蓝光则提高了叶绿素酶的活性。各单色光处理的脂氧合酶活性在成熟末期明显上升,可能延缓叶片的衰老引起质体色素的进一步完全分解,引起烤烟品质的改变。     

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。     

日本外担菌培养液对烤烟幼苗生长及碳氮代谢酶活性的影响

为探明日本外担菌培养液对烤烟幼苗生长及碳氮代谢的影响,以K326为材料,用不同浓度（原液、1/10原液、1/50原液和1/100原液）日本外担菌培养液喷施烤烟幼苗,分析其对烤烟幼苗生长及叶绿体色素含量、根系活力和碳氮代谢关键酶活性的影响。结果表明,处理后3 d,1/50原液处理的幼苗根系活力最高,较对照显著增加276 μg/（g·h）;原液处理的幼苗叶绿体色素含量显著高于对照,叶绿素a、b和类胡萝卜素含量分别增加0.324、0.104和0.060 mg/g。处理后7 d,1/100原液处理的幼苗硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、可溶性淀粉合成酶（SSS）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）和蔗糖转化酶（INV）活性最高,较对照显著增加0.36、0.44、5.16、58.02和362.60 U/g;处理后11 d,1/100原液处理的幼苗叶长、叶宽、叶面积和株高显著高于对照,分别增加3.11 cm、1.03 cm、25.39 cm²和5.13 cm。综合而言,1/100原液浓度促进烤烟幼苗生长的效果最显著,1/50原液次之。