全 文 ：植物生理学通讯 第41卷 第3期，2005年6月 319
外源植物生长调节物质对烟草根中烟碱含量和烟碱合成酶活性变化的生理
效应
刘华山1 朱大恒2 韩锦峰1,* 毕庆文3 曾涛1
1 河南农业大学农学院，郑州450002; 2郑州大学生物工程系，郑州450052；3 武汉烟草(集团)有限公司，武汉430051
提要 水培法研究烟草打顶和喷施外源生长调节物质的结果表明：打顶的比不打顶的烟草根中鸟氨酸脱羧酶(ODC)、腐
胺 N- 甲基转移酶(PMT)和 N- 甲基腐胺氧化酶(MPO)活性升高，烟叶中烟碱含量剧增；打顶喷施 ABA 和 6-BA 烟叶中烟
碱含量升高，喷施 IAA 和 GA3 的下降，IAA 的效果更明显。
关键词 烟草; 烟碱; 鸟氨酸脱羧酶; 腐胺N-甲基转移酶; N-甲基腐胺氧化酶; 植物生长调节物质
Physiological Effects of Exogenous Plant Growth Regulators on Changes in
Nicotine Content and Some Enzyme Activities in Tobacco Roots
LIU Hua-Shan1, ZHU Da-Heng2, HAN Jin-Feng1,*, BI Qing-Wen3, ZENG Tao1
1College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2Department of Bioengineering, Zhengzhou
University, Zhengzhou 450052, China; 3Wuhan Tobacco Group Co. LTD, Wuhan 430051, China
Abstract Effects of shoot topping and exogenous plant growth regulators on some enzyme activities and
nicotine content of roots were studied. The results showed that the activities of ornithine decarboxylase(ODC),
putrescine N-methyltransferase (PMT) and N-methylputrescine oxidase (MPO) and nicotine content in topping
plants were higher than those in non-topping plants. Leaf spraying with ABA and 6-BA could increase the
nicotine content in topping plants, but leaf spraying with IAA and GA3 significantly decreased nicotine content.
The effect of IAA was more than that of GA3.
Key words tobacco; nicotine; ornithine decarboxylase; putrescine N-methyltransferase; N-methylputrecine
oxidase; plant growth regulators
收稿 2004-07-27 修定 　2005-01-17
资助 河南烟草公司项目(HJK2003002)。
*通讯作者(E-mail: jinfenghan2002@126.com, Tel: 0371-
3558113)。
烟草根系中的鸟氨酸脱羧酶(ornithine decar-
boxylase，ODC)、腐胺N-甲基转移酶(putrescine
N-methyltransferase，PMT)和N-甲基腐胺氧化酶
(N-methylputrescine oxidase，MPO)是烟碱生物合
成中的关键酶，其活性影响烟叶中烟碱的积累，
烟碱积累过多或过少影响烟叶吸食品质和卷烟工业
的可用性[1,2]。目前，我国烟叶中烟碱含量偏高是
多种因素影响的结果。已有实验表明，氮肥施用
量增加，打顶高度降低，光照期延长和腋芽控制
等[3]均导致烟碱的积累。施用蒸腾抑制剂[4]和植物
生长物质[5]，以及施用单一化学物质降低烟碱含
量[6,7]已有所报道。但迄今还没有调节烟草叶中烟
碱积累、降低烟碱含量的最有效途径和措施。本
文从烟草中合成烟碱的酶活性、烟碱含量与叶面
喷施外源生长调节物质之间的关系进行了探讨，
以期能为抑制或减少烟叶中烟碱的积累，提高烟
叶品质和可用性提供参考。
材料与方法
实验材料为烟草(Nicotiana tabacum L.)品种
K326。烟苗培育采用漂浮育苗法，烟苗长到四叶
时，用作水培试验。营养液采用Hoagland的溶液
配方，烟苗管理按常规的溶液培养方法进行。烟
苗长至 60 d 时打顶，打顶后进行如下处理：不
打顶不加生长调节物质，打顶不加生长调节物
质，打顶喷施 20 mg·L-1 IAA、5 mg·L-1 ABA、5
mg·L-1 6-BA 和 30 mg·L-1 GA3。
酶液制备按Mizusaki等[8]的方法，植株样品
按1∶2 (W/V)比例加入0.05 mol·L-1 Tris-HCl缓冲
植物生理学通讯 第41卷 第3期，2005年6月320
液(pH 7.5)，内含0.01 mol·L-1巯基乙醇、0.005
mol·L-1 EDTA、0.5% 抗坏血酸钠、2% PEG-400。
快速匀浆后，用4层纱布过滤，滤液以10 000×g
离心10 min，取 2 mL 上清液经过SephadexG-25
层析柱(柱事先用0.025 mol·L-1的Tris-HCl缓冲液，
pH 7.5，内含0.01 mol·L-1巯基乙醇、0.01 mol·L-1
EDTA 进行平衡)，洗脱液用于测定酶活性。所有
操作过程均在 4℃条件下进行。
ODC 活性用鸟氨酸 -C14 释放的 CO2 测定，按
文献8分析方法；MPT 活性通过测定腐胺与 S- 腺
苷-L-甲硫氨酸-14CH3生成的N-甲基腐胺-14CH3的
放射性方法进行[9]; MPO活性通过测定N-甲基吡咯
生成的1-甲基-2-氰吡咯烷的放射性强度方法[10]进
行，以30 min形成 1 nmol·L-1 反应产物为1个单
位酶活性。上述酶活性测定，每个样品重复 3
次，取平均值。
DL-鸟氨酸-1-C (15 Ci·mmol-1)和S-腺苷-1-
甲硫氨基酸 -CH3 (0.5 mCi·mmol-1)购自英国
Arnershan放射中心。
取烟株自下而上第12片叶测定烟碱含量[11]。
实验结果
1 烟草根中烟碱合成酶活性和烟碱含量的变化
从表1可知，不论打顶与否，烟株生长1~20 d
内，ODC、PMT 和 MPO 3 种酶活性均逐渐增强，
30 d 时降低，打顶的酶活性比不打顶的高，根系
内 3 种酶活性与烟碱含量呈显著正相关( r =
0.9975)，其中 PMT 的活性比其它 2种酶活性高。
根系中合成的烟碱由于不断运到地上部，因而根
系中烟碱含量比叶中低，打顶的比不打顶的高。
2 生长调节物质处理的烟株中烟碱含量的变化
从表2 可见，无论打顶与否，未用外源生长
调节物质处理的叶和根中烟碱含量均随着生育期的
延长而增加。打顶的烟株喷施各种外源生长调节
物质的烟叶和根中烟碱含量差异较大：经 ABA 和
6-BA 处理的烟碱含量升高；IAA 和 GA3 处理的则
下降，IAA 处理的下降更明显。不打顶喷施 IAA、
ABA、6-BA 或 GA3 后叶和根中烟碱含量比打顶喷
施的低些，其含量变化较小。
3 IAA处理的烟株根中烟碱合成酶活性的变化
表 3 显示，IAA 处理与否的打顶和不打顶烟
株根中，ODC、P M T、M P O 3 种酶活性逐渐增
强，20 d后下降，不打顶和打顶烟株喷施IAA比
不喷施的明显低，表明根中烟碱合成减弱，因而
叶中烟碱积累减少。这与Misusaki等[9]的结果一致。
讨　　论
据报道，打顶能引起烟株中激素代谢失调，
导致烟草根中 MPO 活性的变化[10]。本文结果表
明：烟株打顶显著提高根中与烟碱合成有关的 3
种关键酶的活性，这可能是打顶后叶中烟碱含量
剧增的原因。
打顶后喷施生长调节物质对烟草中烟碱含量
有影响。我们的结果表明，喷施 IAA 和 GA3 后打
顶烟草的叶中烟碱含量下降，喷施ABA和 6-BA则
上升，显示这些生长调节物质对烟碱积累的作用
不同。从烟碱含量下降的结果来看，IAA 处理最
明显。另外，有文献称，打顶还会促进根系生
表1 烟株根系烟碱合成酶活性和烟碱含量的变化
Table 1 Changes in ODC, PMT and MPO activities and nicotine content in tobacco roots
处理后 处理 酶活性/U·g
-1 (蛋白质) 烟碱含量/ %
时间/d ODC PMT MPO 叶 根
1 不打顶 7.4±0.114 7.6±0.163 9.8±0.157 0.90±0.014 0.41±0.028
打顶 10.2±0.122 15.1±0.191 12.1±0.183 1.15±0.023 0.56±0.027
10 不打顶 9.6±0.294 10.9±0.213 12.5±0.305 1.01±0.092 0.43±0.018
打顶 19.1±0.252 30.5±0.156 20.6±0.211 2.13±0.007 0.62±0.029
20 不打顶 10.8±0.251 20.1±0.235 16.5±0.161 1.20±0.023 0.58±0.012
打顶 25.3±0.272 43.4±0.129 28.7±0.283 2.61±0.019 0.74±0.014
30 不打顶 8.9±0.158 18.7±0.241 19.1±0.302 1.22±0.016 0.65±0.026
打顶 18.6±0.176 21.9±0.204 19.4±0.197 3.10±0.015 0.91±0.024
植物生理学通讯 第41卷 第3期，2005年6月 321
长和根尖 IAA 的形成，最终导致根系 IAA 浓度增
高，从而抑制根系合成烟碱的 3 种酶的活性，烟
碱合成受阻[12]。可见，喷施IAA 可能是解决烟叶
中烟碱含量过高的措施之一。
参考文献
1 Tso TC. Production, Physiology, and Biochemistry of To-
bacco Plant. Beltsville: Maryland IDEALS, Inc, 1992.
427~428
2 Harada T. Studies of breeding of burley tobacco with respect
to the nicotine-nornicotine conversion. Bull Morioka To-
bacco Exp Station, 1985, 19: 1~80
3 Davis DL, Nielsen MT. Tobacco Production, Chemistry and
Technology. Oxford: Blackwell Science Limited, 1999.
271~272
4 Yasumatsu N. Studies on the chemical regulation of alkaloid
biosynthesis in tobacco plants. II. Inhibition of alkaloid
biosynthesis by exogenous auxin. Agr Biol Chem, 1967,31:
1441~1447
5 Atkinsin WO, Kasperbauer J. Influence of sublethal foliar
application of 2,4-D on burley tobacco yield and composition.
Agron J, 1970, 62: 421~424
6 刘华山, 韩锦峰, 杨素勤. 丙二酸对白肋烟烟碱含量的影响.
中国烟草学报, 2000, 6(3): 47~48
7 徐晓燕, 王松华, 武雪萍. 施肥及生长调节剂对烟碱含量的
影响. 山西农业大学学报, 2002, (1): 18~22
8 Mizusaki S, Tanabe Y, Noguchi M et al.Changes in activities
of ornithine decarboxylase, putrescine N-methyltransferase
and N-methylputrescine oxidase in tobacco roots in relation
to nicotine biosynthesis. Plant Cell Physiol, 1973, 14:
103~110
9 Mizusaki S, Tanabe Y, Noguchi M et al. N-methylputrescine
oxidase from tobacco roots. Phytochem, 1972, 11: 2757~2762
10 Mizusaki S, Tanabe Y, Noguchi M et al. Phytochemical stud-
ies on tobacco alkaloids. XIV. The occurrence and properties
of putrescine N-methyltransferase in tobacco roots. Plant
Cell Physiol, 1971, 12: 639~640
11 王瑞新. 烟草化学. 北京: 中国农业出版社, 2003. 102~104
12 梁峥, 郑光植. 高等植物的次级代谢. 植物生理学通讯, 1981,
(1): 18~21
表2 生长调节物质处理的烟株中烟碱含量的变化
Table 2 Changes in nicotine content in tobacco plants treated by growth regulators
　　　　烟碱含量 / %
处理 叶
1 d 10 d 20 d 30 d 1 d 10 d 20 d 30 d
不打顶, 不加生长调节物质 0.90±0.026 1.01±0.019 1.20±0.021 1.22±0.013 0.41±0.018 0.43±0.025 0.58±0.028 0.65±0.017
打顶, 不加生长调节物质 1.15±0.023 2.13±0.017 2.61±0.025 3.17±0.021 0.56±0.009 0.62±0.012 0.74±0.016 0.81±0.019
不打顶, +IAA 0.91±0.033 0.89±0.028 0.93±0.031 0.95±0.022 0.39±0.016 0.42±0.024 0.48±0.026 0.53±0.028
打顶, +IAA 1.01±0.015 1.63±0.030 2.22±0.028 2.54±0.025 0.51±0.013 0.66±0.015 0.78±0.019 0.87±0.025
不打顶, +ABA 1.03±0.031 1.06±0.026 1.09±0.018 1.12±0.014 0.38±0.021 0.42±0.026 0.46±0.020 0.52±0.032
打顶, +ABA 1.33±0.024 2.09±0.032 3.17±0.026 3.72±0.017 0.69±0.027 0.79±0.033 0.90±0.019 1.02±0.021
不打顶, +6-BA 0.81±0.018 0.83±0.024 0.86±0.033 0.92±0.024 0.34±0.012 0.38±0.022 0.41±0.029 0.43±0.027
打顶, +6-BA 1.07±0.015 2.01±0.026 2.92±0.029 3.55±0.020 0.63±0.008 0.76±0.011 0.82±0.025 0.95±0.031
不打顶, +GA3 0.92±0.030 0.94±0.028 0.97±0.027 1.01±0.025 0.39±0.025 0.41±0.022 0.43±0.014 0.48±0.018
打顶, +GA3 0.94±0.024 1.49±0.031 2.38±0.016 2.86±0.023 0.47±0.023 0.64±0.017 0.74±0.013 0.85±0.016
表3 I AA处理的烟草根中3种酶活性的变化
Table 3 Changes in three enzyme activities in tobacco roots treated by IAA
酶 处理 酶活性/U·g
-1 (蛋白质)
1 d 10 d 20 d 30 d
O D C 不打顶, +IAA 12.1±0.156 2.4±0.194 2.7±0.236 2.5±0.162
打顶, +H2O 10.2±0.293 19.1±0.235 25.3±0.172 18.6±0.225
打顶, +IAA 6.8±0.261 9.3±0.312 14.1±0.243 12.5±0.281
P M T 不打顶, +IAA 3.2±0.232 3.4±0.165 3.9±0.292 3.6±0.263
打顶, +H2O 15.1±0.238 30.5±0.301 43.4±0.224 21.9±0.231
打顶, +IAA 7.0±0.272 12.8±0.217 14.5±0.262 11.9±0.217
M P O 不打顶, +IAA 2.4±0.158 2.8±0.223 3.6±0.274 2.7±0.290
打顶, +H2O 12.1±0.214 20.6±0.290 28.7±0.256 19.4±0.282
打顶, +IAA 7.3±0.265 11.9±0.202 16.3±0.247 12.7±0.299