不同氮素来源对烤烟上部叶碳氮代谢及其基因表达的影响

[目的]研究不同氮素来源(有机氮肥和无机氮肥)对烤烟上部烟叶碳氮代谢及关键基因表达的影响,为进一步调控肥料施用、提高烟叶品质提供理论依据.[方法]在保证用氮量一致的基础上,设无机氮肥和有机氮肥两个处理,烟苗移栽后60、70、80和90 d各采样1次,观察不同处理的细胞超微结构,测定烟叶的总糖、总氮和烟碱含量,并对比分析影响碳氮代谢的关键基因表达.[结果]随着移栽时间的延长,有机氮肥处理上部烟叶细胞中的淀粉颗粒增多,嗜锇颗粒含量增加且体积增大.两种氮肥处理成熟期上部烟叶总糖含量均呈先降低再升高的变化趋势,其中有机氮肥处理上部烟叶的总糖含量相对较高;两处理上部烟叶总氮含量随着生育期的延长呈下降趋势,有机氮肥处理在成熟前期显著低于无机氮肥处理(P<0.05,下同),但移栽后90 d二者趋于一致;两处理上部烟叶烟碱含量在成熟期呈上升趋势,有机氮肥处理的烟碱含量除移栽后80 d显著较低外,其他取样时期均高于无机氮肥处理.碳代谢途径关键基因表达分析结果显示,蔗糖合成酶基因(SuS1)、淀粉合成酶基因(SS1)、颗粒结合型淀粉合成酶基因(GBSSI)、支链淀粉合成酶基因(SBE1)和α-淀粉酶基因(AMML)在成熟后期(移栽后90 d)高表达是导致上部烟叶总糖积累较多的主要原因.氮代谢途径关键基因表达分析结果显示,硝酸盐转运蛋白基因(NRT1)和鸟氨酸脱羧酶基因(ODC)在有机氮源条件下高表达是导致上部烟叶烟碱含量显著升高的主要原因.[结论]施用有机氮肥有利于成熟期上部烟叶碳氮代谢途径关键基因的表达,从而促进上部烟叶总糖和烟碱含量增加,同时降低总氮含量.     

红壤、水稻土上不同氮素形态配比对烤烟碳氮代谢关键酶活性的影响*

 通过不同氮素形态配比盆栽试验，研究了K326中部叶不同发育时期氮代谢的相关酶即硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）和碳代谢的关键酶即转化酶（Inv）、蔗糖合成酶（SS）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性变化。结果表明：硝酸还原酶随硝态氮比例的增加酶活性呈上升趋势，而谷氨酰胺合成酶活性的变化趋势则与之相反；转化酶和蔗糖合成酶对烟草叶片生长发育的作用时期不同，即转化酶在烟草叶片发育中期，蔗糖合成酶在叶片发育后期。在云南玉溪砂红壤上以配施60%硝态氮复合肥有利于烟叶中碳代谢，而在水稻土上以配施40%硝态氮复合肥有利于烟叶中碳代谢。铵态氮比例过大不利于叶片碳氮代谢的适时转化。     

采收时间对雪茄烟叶主要碳水化合物变化及品质的影响

为探明雪茄烟叶不同采收时间主要碳水化合物及相关酶活性的变化规律,了解其对雪茄烟品质形成的作用机理,本试验以川雪1号中部烟叶为材料,设置5个采收时间(H1C～H5C)处理,研究其对烟叶糖类物质(总糖、还原糖、蔗糖、葡萄糖和果糖)、淀粉含量及相关酶活性的影响。结果表明：随采收时间推后,蔗糖合成酶SS-Ⅱ活性逐渐下降,蔗糖磷酸合成酶SPS活性先上升后下降,淀粉酶活性先下降后上升;烟叶水溶性糖(葡萄糖、蔗糖除外)、淀粉含量均呈先上升后下降趋势,葡萄糖、蔗糖、非还原糖比例呈先下降后上升趋势。打顶后28 d(H4C)采收的烟叶蔗糖含量、非还原糖比例最低,淀粉含量较低,且调制后水溶性糖组分含量较高,淀粉分解较完全,此时烟叶内部香气质、香气量好,刺激性小,感官质量最好。综合来看,雪茄烟中部叶适宜在打顶后28 d左右采收。     

水稻糖代谢相关酶和糖类转运蛋白编码基因的鉴定和表达分析

水稻(Oryza sativa L.)子粒淀粉的积累是产量形成的基础,灌浆期叶片通过光合作用合成蔗糖,并运输到子粒为淀粉合成提供原料,该过程中所涉及的代谢相关酶和运输相关蛋白已有研究报道。对卡尔文循环、蔗糖合成与降解、淀粉合成与降解等糖代谢相关的酶以及糖类转运蛋白编码基因进行了系统分析,共发现糖代谢相关蛋白编码基因148个和糖类转运蛋白编码基因102个,其中有228个基因已有文献报道,新鉴定基因22个。表达谱分析发现其中的部分基因表达具有组织特异性,与其功能有密切的关系。同时还发现许多基因受逆境胁迫影响表达发生变化,表明这些基因可能在水稻抗逆境胁迫中具有重要的作用。     

采后烟叶软化与淀粉、糖代谢及相关基因表达的研究

为探究采后离体烟叶内淀粉和糖代谢变化规律,及其与采后烟叶软化的关系,以烤烟品种豫烟12号为材料,测定采后烟叶硬度、呼吸强度、总糖、还原糖和淀粉含量变化,并对淀粉和糖代谢相关基因的表达水平进行分析。结果表明：采后烟叶硬度逐渐下降,且与淀粉含量变化呈显著正相关（r=0.827*）,与总糖和还原糖含量变化呈极显著负相关（r=-0.964**、-0.958**）。离体烟叶内淀粉合成代谢相关酶基因NtAGPS、NtGBSS、NtSS、NtSBE和NtISO的表达量呈下降趋势,其中烟叶支链淀粉合成酶基因NtSS、NtSBE和NtISO表达量在烟叶离体18 h内仍维持较高水平,24 h后急速下降;淀粉水解酶基因Ntα-amylase和Ntβ-amylase,以及糖代谢相关酶基因NtSPS、NtSuS和NtVIN表达量呈先上调后下降趋势;即采后烟叶淀粉合成代谢减弱,分解代谢加强,同时糖代谢逐渐旺盛,当糖代谢底物消耗殆尽或叶片衰老至一定程度,糖代谢又减弱。     

烤烟不同生育期蔗糖代谢关键酶基因的表达

为了研究烤烟不同生育期蔗糖代谢的分子特点,采用SYBR Green I实时荧光定量RT-PCR法对云烟87在不同生育期的3种蔗糖代谢关键酶基因——转化酶(invertase,Inv)、蔗糖合成酶(sucrose synthase,Su Sy)和蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase,SPS)基因的表达水平进行分析。结果表明:在烟叶发育前期(团棵期、旺长期)Inv酶基因的表达量较高;Su Sy酶基因的在烤烟不同生育期的表达量变化呈单峰曲线,在打顶后表达量最高,之后又降低。SPS酶基因的表达量在烤烟生长发育后期较高,说明烤烟蔗糖的累积主要在发育后期进行。     

添加生物炭对烤烟碳氮代谢的影响

为探究添加生物炭对烤烟碳氮代谢的影响,以烟草品种K326为材料,从细胞组织结构、基因表达以及物质代谢3个层面进行了系统研究。超微结构分析表明:中部叶成熟早期,不施生物炭处理的烟叶淀粉粒积累较多,随着叶片成熟降解更快。基因表达分析显示:打顶后,糖、淀粉代谢相关基因表达逐渐增强,氮代谢相关基因的表达减弱。中部叶成熟后期,添加生物炭越多,相关基因表达越强。物质代谢分析表明:打顶后,添加生物炭处理的总糖、还原糖含量降低,调制后,糖含量较高。打顶及调制后,添加600 kg/hm2生物炭处理的淀粉含量较高。添加生物炭后,总氮、烟碱含量增加,调制后差异变小,这说明添加生物炭对烟叶碳氮代谢有较大影响,进而影响烟叶品质。     

添加生物炭对烤烟碳氮代谢的影响

为探究添加生物炭对烤烟碳氮代谢的影响,以烟草品种K326为材料,从细胞组织结构、基因表达以及物质代谢3个层面进行了系统研究。超微结构分析表明:中部叶成熟早期,不施生物炭处理的烟叶淀粉粒积累较多,随着叶片成熟降解更快。基因表达分析显示:打顶后,糖、淀粉代谢相关基因表达逐渐增强,氮代谢相关基因的表达减弱。中部叶成熟后期,添加生物炭越多,相关基因表达越强。物质代谢分析表明:打顶后,添加生物炭处理的总糖、还原糖含量降低,调制后,糖含量较高。打顶及调制后,添加600 kg/hm2生物炭处理的淀粉含量较高。添加生物炭后,总氮、烟碱含量增加,调制后差异变小,这说明添加生物炭对烟叶碳氮代谢有较大影响,进而影响烟叶品质。     

四川三大烟区烤烟蔗糖分解酶类及其基因表达的差异分析

为探究四川烟叶风格特色重要物质蔗糖对四川三大烟区烤烟品质、香气特征的影响,本研究以四川主要栽培种红花大金元和云烟87为材料,在攀西烟区(攀枝花、凉山)、川南烟区(泸州)、川北烟区(广元)驻点采样,研究烟株旺长期、现蕾期和成熟期碳代谢重要产物蔗糖相关分解酶活性及基因表达情况,初步解析影响四川烟叶风格特色重要物质蔗糖分解规律,经研究发现:1.攀西地区酸性转化酶活性呈现出先增后降的趋势,川北剑阁及川农古蔺烤烟酶活性则在旺长期最高。中性转化酶除冕宁外,各地酶活性随着烤烟生育期不断上升。各地蔗糖合成酶变化趋势一致,均出现逐渐升高的趋势。2.各烟区相比较,川南烟区及川北烟区酸性转化酶活性旺长期时达到峰值,攀西地区则在现蕾期时酶活性最高。各烟区中性转化酶活性均较低,各地差异较小。三烟区蔗糖合成酶活性均出现逐渐升高的趋势。其中酸性转化酶、蔗糖合成酶攀西烟区与川南、川北烟区差异较大,可能是各烟区烟叶香型不同的因素。3.推测蔗糖及淀粉分解酶相关基因时空表达特性分析:(1)现蕾期表达活跃型:V-inv;(2)成熟期表达活跃型:C-inv,Sus,N-inv。其中,V-inv、Sus可看作影响各烟区香型不同的因素之一。     

施用有机肥对成熟期烤烟碳氮代谢关键基因表达的影响

为了探明有机肥用量对烤烟碳氮代谢途径关键基因表达的影响,设置3种有机肥施用量(0、200、600 kg/667m2)来分析烤烟成熟期叶片碳氮代谢相关关键基因的表达水平。结果表明:施用有机肥显著降低了碳代谢途径中蔗糖合成酶基因(SUS)、蔗糖磷酸合成酶基因(SPS)、颗粒结合型淀粉合成酶基因(GBSSI)和淀粉分支酶基因(SBE)的表达水平,3个处理表现为:CKC200C600。通过对氮代谢途径关键基因硝酸还原酶(NITR)、亚硝酸还原酶(NIR)、谷氨酸脱氢酶(GDH)和谷氨酰胺合成酶(GS)中一个重要家族成员(GLN1-3)的表达分析表明:施用适量(200 kg/667 m2)有机肥对氮代谢途径关键基因的表达量影响不显著,仅在高用量(600 kg/667 m2)有机肥条件下表现出抑制。因此,通过添加不同有机肥用量对烤烟碳氮代谢关键基因的表达分析可以看出,有机肥处理下的碳氮代谢基因表达量明显受到抑制,且与有机肥的施用量呈正相关性,有机肥对碳代谢途径的影响大于氮代谢。