编辑烤烟多酚氧化酶基因NtPPO8后的效应分析

【目的】探究NtPPO8基因在烟草中的功能以及对烟叶耐烤性和烤后烟质量的影响。【方法】以烤烟品种NC89为材料,利用CRISPR/Cas9技术对NtPPO8进行定向编辑,获得纯合突变植株,测定并分析原品种和突变体在叶龄60 d时的基因表达量和植物多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)活性差异,探究NtPPO8基因对烘烤过程中的PPO活性以及烤后烟的多酚物质含量的影响。【结果】(1)共获得6株T0代纯合突变体,突变均发生在靶位点上,为1个碱基的插入突变。(2)4个T1代编辑株系的NtPPO8表达水平显著下降,所有编辑株系的PPO活性显著下降。(3)T1代编辑株系烘烤过程中的PPO活性低于原品种,烤后中部叶总酚含量显著高于原品种。【结论】定向编辑NtPPO8基因后,降低了其在烟叶中的表达量,抑制了烟叶在烘烤过程中的PPO活性,有助于烤后烟多酚类物质的积累。

嫁接对烤烟烘烤特性的影响

为探究嫁接对烤烟烘烤特性的影响,改良烤烟NC89的烘烤特性,以中烟100(易烘烤)和NC89(不易烘烤)为对照,设置中烟100(接穗)/NC89(砧木)、NC89/中烟100两个嫁接组合,测定并分析各处理中部叶在烘烤关键时期的水分含量、叶绿素含量、多酚氧化酶(PPO)活性以及烤后烟叶的外观质量、感官质量和化学成分。结果表明,对照中烟100失水均衡性、叶绿素降解比例、变黄期(烘烤0~72 h)叶绿素平均降解速率和PPO活性平均值均表现最优,其中,失水均衡性为1.26,72 h叶绿素降解比例为95.25%,0~72 h平均降解速率为1.32%/h,0~72 h PPO活性平均值为0.251 U;各处理烟叶的易烤性和耐烤性排名均为中烟100>中烟100/NC89>NC89/中烟100>NC89;NC89/中烟100的烟叶钾含量为1.67%,高于亲本。嫁接烟株中部叶的烘烤特性介于两亲本之间,其中接穗起决定作用;用烘烤特性好的品种作为砧木时,在一定程度上能够改善接穗的烘烤特性;用烟碱含量低和钾积累效率高的品种为砧木可以提高接穗钾含量,降低烟碱含量。因此,合理选取砧木和接穗嫁接组合,可以改良烤烟的烘烤特性,提高烤后烟叶品质。

低钾胁迫下不同钙浓度对烟草钾吸收的影响

为探讨低钾胁迫下钙对烟株生长发育及钾素吸收的影响及其机制,通过室内水培法,以烟草品种K326为试验材料,设置2个钾水平和6个钙浓度,分别测定烟株生理特征、根系钙离子含量和ATPase活性及烟株各部位钾含量。结果表明,不同钾水平对烟株生长发育及钾吸收影响显著,低钾水平下的烟株地上部及根系物质量、烟株生理指标及各部位钾含量均低于常钾水平,低钾胁迫下烟株地上部及根系钾含量分别降低了71.80%~25.63%和88.68%~45.47%。同一钾水平下,随着钙浓度的升高,烟株各部位物质量、烟株生理指标、烟株各部位钾含量呈现先升高后降低的趋势。低钾胁迫下,烟株各部位物质量、叶片和根系可溶性蛋白含量、叶片POD和CAT酶活性及烟株各部位钾含量以钙浓度为5 mmol/L时表现最佳,其中根系钾含量达到7.323 mg/g。低钾胁迫显著影响烟株生长发育及钾吸收,外界适当的Ca^(2+)浓度可以促进烟株K+吸收,但过高的Ca^(2+)浓度则会对烟株K+吸收产生抑制,水培条件下钙浓度为5 mmol/L时最利于烟株生长发育及钾吸收。

乙氧磺隆对烟草的早期药害症状识别及风险管控

[目的]磺酰脲类除草剂乙氧磺隆在我国烟-稻轮作区广泛使用,正确识别乙氧磺隆的药害症状,明确导致药害发生的原因及阈值,有助于保障烟草生产安全。[方法]采用大田试验和室内盆栽试验相结合的方式,研究了乙氧磺隆残留导致烟草产生的药害症状。[结果]大田试验结果表明,乙氧磺隆残留会导致烟草叶片黄化和褶皱,烟株矮小,严重时会导致烟株枯萎死亡。室内盆栽结果表明,乙氧磺隆残留与烟草药害之间呈现明显的“剂量-效应”关系。随着乙氧磺隆暴露剂量的增大,其对烟草株高和叶面积的抑制作用逐渐增强。在施药后30 d,30μg/kg处理组乙氧磺隆对烟草株高和叶面积的抑制率均超过10%。在高剂量处理组,乙氧磺隆导致烟草叶片中叶绿素含量和生长素(IAA)含量显著减少,而脱落酸(ABA)含量显著增加,这可能是烟株矮小黄化的主要原因。此外,乙氧磺隆暴露导致烟株体内脯氨酸含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量发生变化,这表明乙氧磺隆在烟株体内诱导了抗逆和抗氧化效应。乙氧磺隆在大田土壤中的残留消解符合一级动力学方程,其半衰期为16.5 d。[结论]根据乙氧磺隆的残留消解动态和致害阈值,推算乙氧磺隆在烟草作物上的使用安全间隔期约为69 d。可为烟-稻轮作区乙氧磺隆的正确使用和保障烟草生产安全提供帮助。

基因型、施氮量及其互作对烤烟多酚类物质的影响

为探讨基因型、施氮量及其互作效应对烤烟多酚类物质含量的影响,采用二因素随机区组设计,以烤烟品种中烟100、云烟87和K326为材料,设置低氮(45kg/hm^(2))、中氮(60kg/hm^(2))和高氮(75kg/hm^(2))处理,研究其对烟叶中总酚、绿原酸、芸香苷和莨菪亭含量的影响。结果表明,基因型、施氮量及其互作效应对烤烟总酚、绿原酸、芸香苷和莨菪亭含量变异的贡献率不同,其中基因型对四者的贡献率分别为2.50%、5.13%、4.70%和15.95%,施氮量的贡献率分别为59.30%、42.55%、38.30%和67.79%,基因型与施氮量互作效应的贡献率分别为36.40%、51.20%、51.50%和15.03%。基因型与施氮量互作效应结果表明,高氮与中烟100互作条件下总酚、绿原酸和芸香苷含量较高,与K326互作时总酚和芸香苷含量较高,与云烟87互作时莨菪亭含量较高;中氮与云烟87互作时总酚、绿原酸和芸香苷含量较高,与K326互作时总酚、芸香苷和莨菪亭含量较高;低氮与云烟87互作时绿原酸含量较高。与种植品种相适应的施氮量是提高烟叶多酚类物质含量的重要措施。

RNA干扰对烟草NtPPO8基因沉默的效应分析

多酚氧化酶(PPO)是发生酶促褐变的关键酶,PPO活性过高会使烟叶变褐。为明确烟草NtPPO8基因对PPO活性的影响,建立降低NtPPO8基因表达量的病毒诱导的基因沉默(virus induced gene silencing,VIGS)体系,探究使用RNA干扰技术对烟叶NtPPO8基因表达量及PPO活性的影响。以中烟100和K326为材料,分析在移栽后50d进行VIGS载体侵染的植株,并在侵染后10、20、30、40d分别测定NtPPO8基因表达量及PPO活性。结果表明,接种VIGS载体的转化植株,其中在侵染后20d时NtPPO8基因的沉默效率最高,为78.46%;随着侵染时间推移,NtPPO8基因的沉默效率逐渐降低,在接种后40d内有效表达;且转化植株中的病毒载体会随着植株的生长而向上传导,随着接种部位的上移,沉默效率逐渐降低。因此,研究建立VIGS体系能够有效沉默NtPPO8基因的表达,并且有效降低PPO活性,为提高烟叶耐烤性及降低烟叶褐变比例提供了新的思路和方法。