烤烟碳氮代谢及其关键酶研究进展

从品种、施肥、光照、调控措施和烘烤5个方面对烤烟碳氮代谢及其关键酶活性变化的研究进行了综述,重点阐述了其影响碳氮代谢的作用和机理,并对该研究的前景进行展望.     

不同栽培模式玉米群体光合及碳氮代谢特性研究

2017～2018年,在黑龙江省第一积温带典型地区采用大区对比试验,基于玉米专用控释肥施用,设置常规垄作(CK)、二比空(M1)和大垄双行(M2)3种种植方式处理,研究不同栽培模式玉米群体光合及碳氮代谢特性。结果表明,与CK相比,M2处理叶绿素含量、净光合速率和瞬时光能利用效率分别提高9.80%、27.68%和27.72%,核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶、丙酮酸磷酸二激酶、苹果酸酶、苹果酸脱氢酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性分别提高6.69%、15.98%、4.65%、5.49%和33.42%,硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶和谷氨酸脱氢酶活性分别提高15.14%、17.80%、54.99%和27.73%。     

水稻拔节期叶片碳氮代谢基因型差异及与氮素利用效率的关系

 采用土培盆栽试验,以3个氮素利用效率(NUE)有显著差异的水稻基因型秀恢2号(低NUE)、R83 12(中NUE)和五优244(高NUE)为材料,研究了拔节期叶片碳氮代谢的基因型差异及其与氮素高效利用的关系。结果表明,拔节期不同基因型水稻的叶片蔗糖和可溶性糖含量、淀粉/可溶性糖含量比和淀粉/蔗糖含量比存在极显著差异,前两者为五优244 > R83 12 >秀恢2号,后两者则相反;而淀粉和蔗糖/可溶性糖含量比各基因型差异不显著。不同基因型水稻的叶片全氮含量(TNC)、蛋白氮含量(PNC)、 PNC/TNC、Rubisco含量(RC)/PNC和RC/TNC存在极显著或显著差异,前两者为五优244 < R83 12 <秀恢2号, 后三者则相反;RC无基因型差异。五优244叶片的叶绿素a含量、类胡萝卜素含量、PSⅡ潜在活性、羧化效率、碳酸酐酶、酸性转化酶和蔗糖磷酸合成酶活性极显著或显著高于其他基因型;其叶片的硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶和谷氨酸脱氢酶活性也极显著高于其他基因型。统计分析表明,高NUE水稻叶片具有较高的可溶性糖和蔗糖含量及较大的RC/TNC和RC/PNC,其生理基础是其叶片的高谷氨酰胺合成酶活性和PSⅡ潜在活性。     

低氮胁迫对不同氮效率玉米品种苗期叶片碳氮代谢的影响

研究低氮胁迫对不同氮效率玉米品种幼苗生长及叶片碳氮代谢的影响,分析比较不同氮效率玉米品种对低氮胁迫响应的差异。采用水培方法,以氮高效品种郑单958、正红311和氮低效品种川单428、先玉508为试验材料,在低氮胁迫(0.04 mmol/L)、正常氮(4 mmol/L)和低氮恢复处理3个氮水平下,分别测定苗期干物质积累量、叶片碳氮代谢产物含量及碳氮代谢相关酶活性,比较不同氮效率品种间的差异。结果表明,低氮胁迫显著降低玉米叶片和整株干物质重量、叶片氮代谢指标(硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性、可溶性蛋白和游离氨基酸含量),提高根系干重、根冠比、叶片碳代谢指标(蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性、可溶性总糖和淀粉含量)。不同品种间各指标的变化幅度随着时间的延长表现出不同规律,氮高效品种在氮素胁迫下对碳氮代谢的平衡能力更强,受低氮环境影响较小,植株的恢复能力较强,对胁迫环境具有更强的耐性和适应性。     

不同氮效率油菜苗期碳氮代谢差异

为探究氮高效的机制,研究油菜苗期碳氮代谢规律,以两个氮效率差异显著的油菜种质（氮高效种质A294和氮低效种质A364）为材料,通过设置正常（CK, 9.5 mmol/L）和低氮（LN, 0.475 mmol/L）两个处理,比较不同氮效率油菜在根系形态、氮吸收转运同化、光合碳代谢生理指标以及碳氮代谢相关基因表达等方面的差异。结果表明,氮高效的A294在低氮胁迫下根系发达,植株生物量和氮累积量显著高于A364,前者根系吸收及向地上部转运氮的能力较强,而氮同化关键酶硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性在两个种质间无显著差异;同时,A294叶片SPAD值、光合色素含量、净光合速率及磷酸蔗糖合酶基因BnaSPS的表达均更高。进一步分析发现,低氮胁迫下A294根系中硝酸盐转运蛋白基因BnaNPF7.3的表达显著高于A364,而BnaNPF7.2b在A364根系的表达则显著高于A294;此外,A364可溶性糖含量的根叶比及根系中蔗糖合酶基因BnaSUS表达高于A294,说明低氮胁迫下氮高效油菜A294可以将更多的营养元素（氮）分配至地上部,使叶片保持较高的光合速率,为生物体构建提供保障;而氮低效油菜种质A364则倾向于将有限的营养元素（氮）分配在根系并维持其生长发育,同时其根系可溶性糖消耗占比高于A294,导致其根冠比高于A294。由此认为,油菜在响应外界氮缺乏胁迫时,氮素与能量物质（可溶性糖）的分配与消耗差异会影响叶片碳代谢（光合作用、蔗糖合成）速率,最终导致油菜苗期氮效率的差异。     

试论大气CO2浓度升高条件下水稻碳氮代谢变化及其调控途径

 以水稻为例，从分析高等植物光合速率对大气CO2浓度升高的短期与长期反应入手，结合水稻的氮素营养特性，通过分析大气CO2浓度倍增下，水稻体内氮素营养状况与光合速率的关系，以及光合作用过程中酶的活性与总量、光合底物的再生与水稻氮素营养的关系，论述了大气CO2浓度升高对水稻体内碳氮代谢的影响。对稻田生态系统的氮素营养管理提出了建议，并从产量和生态角度对今后水稻氮素营养的研究进行了展望。     

高温胁迫对水稻剑叶氮代谢的影响

对水稻耐热品系996和热敏感品系4628抽穗期进行高温处理（08：00-17：00为37℃，17：00至次日08：00为30℃），研究高温胁迫对水稻剑叶氮代谢的影响。结果表明，高温胁迫下，水稻剑叶总氮含量、硝酸还原酶活性呈下降趋势，996下降幅度小于4628；可溶性蛋白质含量先升后降，996始终高于4628；热稳定蛋白含量、游离脯氨酸含量、游离氨基酸含量和游离脯氨酸／游离氨基酸比值均呈上升趋势，在整个处理期间，耐热品系996各指标的上升幅度均高于热敏感品系4628。     

不同氮肥用量下镁对大豆碳氮代谢的影响

试验采用框栽法,在N50kg/hm2,N75kg/hm2两个水平下施用MgO15kg/hm2,测定了大豆叶片可溶性蛋白、含氮量、可溶性糖、淀粉、植株酰脲以及产量和籽粒蛋白含量.结果表明,与N50相比,N50 Mg的产量增加了12.95%,但差异不显著;与N75相比,N75 Mg的各指标在各时期都有所增加,并达到了差异显著水平.其中可溶性蛋白含量在V4和R2期分别增加了68.04%和52.07%;酰脲含量在R2、R4、R6期分别增加了75.47%、21.04%和46.39%;淀粉含量在R4、R6期分别增加了59.34%和99.02%;产量和籽粒蛋白含量分别增加了28.67%和3.43%.与N50相比,N75的可溶性蛋白含量在V4、R2、R4期分别增加了36.67%、65.90%和19.70%,但酰脲含量在生殖生长期降低,淀粉含量在R4、R6期分别降低了22.34%和18.21%;而N75 Mg的酰脲含量比N50在R2、R4、R6期分别增加了59.81%、8.47%和25.67%,淀粉含量在R4、R6期也分别增加了23.60%和62.78%,差异显著,产量和籽粒蛋白含量各增加了34.38%,2.93%,均达到了5%的显著水平.这些结果表明,在较高氮肥用量下施用适量的镁可协调碳氮代谢平衡,促进光合产物向碳氮方向合理分配,实现优质高产.     

淮北稻茬超高产小麦碳氮代谢特征研究

研究了淮北稻茬超高产小麦植株碳、氮代谢特征 ,分析了不同器官的碳、氮变化动态 ,表明超高产小麦氮含量生育前期较低 ,返青～拔节期达峰值 ,开花后较低 ,但碳含量、C/N中后期显著高于高产和中产群体。超高产小麦开花前叶片氮含量变化较小 ,茎鞘中以拔节期高 ,不同蘖位养分量的高低是导致各蘖位分蘖成穗率高低的主要原因。提出了高产小麦不同生育期C、N指标     

花前氮亏缺对水稻叶片氮代谢酶活性的影响

以籼型杂交稻中浙优1号和籼粳型杂交稻甬优12为材料,试验分析了花前不同时期氮亏缺处理对水稻叶片氮代谢酶活性的影响。结果表明,花前氮亏缺导致植株上3叶氮浓度、NR、GS、GOGAT、GOT和GPT酶活性大幅下降,GDH活性显著增长,且各叶位对花前氮亏缺敏感度总体上表现为剑叶倒2叶倒3叶;破口期亏氮对籼型杂交稻中浙优1号上3叶氮同化酶活性的影响远小于减数分裂期处理,与之相比,籼粳杂交稻甬优12对破口期亏氮胁迫仍较敏感,表明中浙优1号植株氮代谢酶的亏氮敏感性由减数分裂期至破口期逐步下降,对土壤速效氮的需求同步降低,甬优12则对土壤供氮存在更高需求。     

KCl对烤烟光合作用、碳氮代谢主要酶活性的影响

采用单因素随机区组试验,研究不同氯化钾浓度对烤烟光合作用、碳氮代谢主要酶活性的影响。结果表明:2~4 mmol/L氯化钾处理促进烟叶的光合作用,其蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)、蔗糖转化酶(INV)、α-淀粉酶、β-淀粉酶的活性利于烟叶的碳代谢;而2 mmol/L氯化钾处理浓度可有效提高烟叶的硝酸还原酶(NR)和中性蛋白酶活力,有利于烟叶氮代谢的进行。     

蓖麻碳氮代谢规律及其 与株高关系的初步分析

对4个不同株高的蓖麻品种生育过程中可溶性糖、还原糖、蔗糖转化酶、可溶性蛋白、谷氨酰胺合成酶、 游离氨基酸的差异进行了比较研究。结果表明,株高快速增长时期在7月上旬至8月上旬;不同株高的蓖麻品种 其碳氮代谢指标存在差异,在生育前期叶片相对较多的可溶性糖积累和旺盛的氮代谢以及生育中后期高的蔗糖转 化酶活性、低还原糖含量有利于其株高的增长。     

烯效唑对水稻氮代谢及稻米蛋白质含量的影响

以杂交稻组合汕优63为材料,探讨了烯效唑处理对水稻开花后剑叶和籽粒氮代谢、稻米蛋白质含量及产量的影响。结果表明,烯效唑处理后,籽粒灌浆前、中期剑叶内可溶性蛋白质含量提高,而成熟期其含量与对照基本相同,甚至略低于对照;烯效唑提高了强、弱势粒中谷氨酰胺合成酶活性以及强势粒发育前期的非蛋白氮含量,并促进其向蛋白氮的转化,使成熟期非蛋白氮含量低于对照,而各时期蛋白氮含量均高于对照,成熟期强、弱势粒中蛋白氮含量和单粒蛋白氮绝对积累量均得以提高;烯效唑提高了稻米内蛋白质含量和蛋白质产量,浸种和喷施处理蛋白质含量平均分别比对照高7.2%和8.3%,蛋白质产量平均分别比对照高13.1%和13.4%。     

增氧对水稻根系生长与氮代谢的影响

 以国稻6号(杂交籼稻)和秀水09(粳稻)为材料,在水培条件下研究通气增氧对水稻苗期根系生长和氮代谢的影响。结果表明,增氧处理水稻根系干物质积累量、根长、根体积、根系活力以及吸收面积较对照均有不同程度增加。水稻根系硝态氮（NO3 N）含量、游离氨基酸和可溶性糖含量均增加。谷氨酸合成酶（GS）、谷草转氨酶（GOT）和谷丙转氨酶（GPT）活性均增强。在本试验条件下,增氧能显著提高粳稻秀水09苗期根系氮代谢相关酶生理活性;但增氧对杂交籼稻国稻6号根系氮代谢相关酶生理活性影响不显著,说明通气增氧对水稻根系氮代谢生理活性的影响可能与水稻基因型有关。     

宁麦9号植株碳氮代谢特点及其与籽粒品质的关系

为给弱筋小麦优质栽培提供凭据,在大田条件下,以弱筋小麦宁麦9号为材料,测定小麦各生育期植株氮、可溶性糖含量以及籽粒产量和品质,研究种植密度及氮肥运筹对植株碳氮代谢变化和籽粒品质的影响.结果表明,植株体内含氮量在越冬始期最高,随生育进程的推移而逐渐下降,可溶性糖含量在越冬始期、孕穗～开花期含量较高,拔节期含量较低,C/N比值与糖含量变化趋势相似.拔节、孕穗、开花期植株糖含量及糖氮比与籽粒淀粉含量呈显著正相关.适当降低施氮量、减少后期施氮比例及提高种植密度,能显著提高生育中后期植株可溶性糖含量及C/N比值,降低生育后期植株含氮量,减少氮素的吸收积累,降低花后14～35 d硝酸还原酶(NR)活性,从而降低籽粒蛋白质含量,改善弱筋小麦品质.在本试验条件下,种植密度为240万/ha,施氮量240 kg/ha,氮肥运筹比例为7:1:2(基肥:壮蘖肥:倒二叶肥)时,各生育时期碳氮含量和碳氮比值均较适宜,易于实现弱筋小麦高产优质.     

羧甲基壳聚糖对小麦幼苗碳氮代谢相关酶活性的影响

为探讨羧甲基壳聚糖对小麦幼苗碳氮代谢的调控效果,以鲁麦22号为材料,利用0.2%羧甲基壳聚糖水溶液喷洒小麦幼苗,测定幼苗的NRA,GOGAT,RUBP羧化酶活性,光合速率和氨基酸含量的变化。使用羧甲基壳聚糖后,种子萌发后的7～15d内,NRA的活性始终比对照高30%～40%,GOGAT的活性比对照高15%～37.5%,游离氨基酸含量可提高10%左右,光合速率及RUBP羧化酶活性也比对照高。试验结果表明羧甲基壳聚糖对小麦幼苗的碳、氮代谢特别是对氮代谢具调节作用。     

腐植酸浸种对不同耐盐性小麦品种幼苗碳氮代谢的影响

为了解腐植酸对小麦盐胁迫的缓解作用,以春小麦耐盐品种龙麦26和盐敏感品种克旱16为材料,分别用清水和腐植酸浸种,利用水培方式进行幼苗培养,在NaC1胁迫7d后,测定幼苗叶片硝态氮、铵态氮、可溶性蛋白质、蔗糖、可溶性糖含量,以及硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性,分析腐植酸与盐胁迫对小麦碳氮代谢的互作效应.结果表明,盐胁迫抑制了春小麦茎叶的生长,降低了幼苗叶片硝态氮、铵态氮、可溶性蛋白质含量,以及NR活性和NR/SPS活性比.盐胁迫后,龙麦26的蔗糖、可溶性糖含量降低,叶片GS活性提高,但克旱16的蔗糖和可溶性糖含量升高.腐植酸浸种降低了盐胁迫下叶片硝态氮含量和NR、GS、SPS活性,提高了铵态氮、蔗糖和总可溶性糖含量,增加了龙麦26的可溶性蛋白质含量和NR/SPS活性比,以及克旱16的SPS活性,而降低了克旱16的可溶性蛋白质含量和NR/SPS活性比及龙麦26的SPS活性.推测腐植酸浸种可能是通过调控SPS活性和降低NR活性来增加蔗糖含量,从而影响小麦在盐胁迫下的碳氮代谢及平衡.