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

　　摘要：[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、80～190 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（SuSI）、淀粉合成酶基因（SSI）、颗粒结合型淀粉合成酶基因（GBSSI）、支链淀粉合成酶基因（SBEI）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（NRTI）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。
　　关键词：烤烟；有机氮肥；无机氮肥；上部叶；碳氮代谢；基因表达
　　中图分类号：S572 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2018）03-0462-07
　　0引言
　　[研究意义]碳氮代谢是烟草的最基本代谢之一（黄树永和陈良存，2005）。碳氮代谢易受土壤、肥料等因素影响（刘卫群等，1998；母少东等，2014），尤其受植烟土壤中的氮素影响显著（李春俭等，2007）。植烟土壤中的氮素主要以无机硝态和铵态氮被植物根系细胞膜上的氮转运蛋白利用，即不同氮素来源与烤烟碳氮代谢的协调程度关系密切（张新要等，2005），而碳氮代谢协调程度及动态变化又决定着烟葉化学成分比例，与烟叶品质关系紧密。烤烟上部烟叶是产量核心，但在大田生长过程中存在含氮化合物含量偏高、含碳化合物含量偏低等问题，造成烟叶内部化学成分不协调，进而导致上部烟叶品质降低（刘芳等，2005；许自成等，2005）。因此，研究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，对提高上部烟叶品质具有重要意义。[前人研究进展]优质烟叶的生产受烟叶碳氮代谢动态平衡的影响，不同肥料的施用对烟叶碳氮代谢动态平衡影响明显。樊武广等（2012）研究表明，硝酸铵和芝麻饼肥配施作为氮源，烟株的淀粉酶活性及硝酸还原酶等活性较协调，有利于优质烟叶生产。刘维智等（2014）分析了氮素及其形态对烟草碳代谢的影响，结果表明烟草对氮素的吸收能影响其自身的糖代谢过程。王晶等（2016）研究表明，增施生物炭会对烟株的化学成分和香气物质产生影响，抚州烟区以300 kg/ha施炭量处理烟株的化学成分更协调。杨胜男等（2016）提出施用复合有机肥可改变烟叶直链和支链淀粉的比例，促进淀粉积累。张弘等（2016）研究表明，有机物料的施用能改善植烟土壤养分，添加生物炭可显著增加土壤碳氮代谢相关酶活性，进而提高烟株的碳氮代谢，改善烟叶品质。张嘉炜等（2016）研究发现，添加生物炭对烤烟碳氮代谢平衡影响明显，进而影响烤烟总糖、总氮等碳氮化合物含量。牛德新等（2017）提出，烤烟成熟期中部烟叶碳氮代谢关键基因表达量受氮肥施用量影响明显，进而影响烤烟的碳氮代谢平衡。[本研究切入点]目前，关于不同氮素来源尤其是酒糟有机肥对成熟期烤烟上部叶碳氮代谢及基因表达影响的研究鲜有报道。[拟解决的关键问题]通过对烟株施用不同肥料（无机氮肥和有机氮肥），从烤烟上部叶细胞的超微结构、总糖、总氮、烟碱及相关基因表达分析等方面人手，系统研究不同氮素来源对烤烟上部叶碳氮代谢及基因表达的影响，为进一步调控肥料施用、提高上部烟叶品质提供理论依据。
　　1材料与方法
　　1.1试验材料
　　供试烤烟品种为云烟87。
　　供试肥料中有机氮肥为金沙酒糟有机肥，购自贵州市金沙县加孟农业专业合作社，总养分6.98%，水含量29.00%，有机质含量74.80%，含氮量3.50%；无机氮肥购自贵州毕节灵丰复肥有限公司，其养分配比为N：P：K=10：10：25。
　　1.2试验方法
　　在贵州省毕节市金沙县开化科技园（东经106。11’33.26”、北纬27。29’56.56”）进行试验。试验田土地开阔、平坦、向阳，土壤类型一致，土壤理化性状：碱解氮159.27 mg/kg、速效磷25.36 mg/kg、速效钾308.22 mg/kg、有机质23.7 g/kg，土壤pH 6.36。
　　试验设有机氮肥和无机氮肥2个处理，其中无机氮肥处理按照当地最佳施肥方式进行，施用复合肥（N：P：K=10：10：25）1050kg/ha；有机氮肥处理参照当地有机烟施肥方式，施用有机肥3000 kg/ha（含N 3.5%），另施用硫酸钾镁和钙镁磷肥各225 kg/ha，以保证与无机施肥处理的钾、磷用量一致。无机氮肥和有机氮肥处理均施用一次基肥，不再进行追肥。
　　试验采用随机区组设计，每小区面积约330m²，3次重复，共6个小区。采用漂浮育苗方法育苗，成熟期取样4次，即烟苗移栽后60、70、80和90 d各取一次样。取样时随机选5株长势基本相同的烟株，混合选取上部叶片，田间操作时样品快速放人液氮，并在超低温冰箱中保存。每处理3次重复。烤后烟叶样品选取等级为B3F的烟叶。

相关热词搜索：氮素 烤烟 代谢 基因 表达