全 文 ：书西北植物学报!
"#$! %$
"
#
#$"#%#&"#% !"#$%&#%&()$*+,""-.)/#0-/ !! 文章编号$
#"""()"!$" !"#$
#
"#("#%#("
!!!!!!!!!!!!!!!
!"#
$#"*+"+ % , *-../*#"""()"!$*!"#$*"#*"#%# 收稿日期$
!"#)("(#0
&修改稿收到日期$!"#)(#"(! 基金项目$中国烟草总公司科技计划面上项目"中烟办
!"#!
(
#!!
号#&中国烟草总公司湖北省公司科技攻关项目"
!1!"##("$" # 作者简介$王
!
京"
#202&
#!男!在读硕士研究生!主要从事烟草品质生态学研究)
3(45-6
$/7/ 8 95:5/ 8, -/ 8! #+%*;74 " 通信作者$许自成!博士!教授!博士生导师!主要从事烟草质量评价研究)
3(45-6
$<;=> ! .7?>*;74 海拔对白肋烟质体色素含量及 相关基因表达的影响 王 ! 京#!王艳丽#!杨永霞#!吴文昊!!王 ! 瑞!!向必坤!!许自成#" " # 河南农业大学 烟草学院!郑州 )$"""!
&
!
湖北省烟草公司恩施州公司!湖北恩施
))$""" # 摘 ! 要$以*鄂烟
#
号+为供试品种!于湖北恩施选取高,中,低
%
个海拔"海拔高度分别为
#$+"4 , #!""4 , 0""4 # 种植区!研究不同海拔白肋烟主要生育期"旺长期,成熟期#内烟叶质体色素含量及其合成代谢过程中相关基因表 达的差异!探讨白肋烟质体色素代谢对海拔高度的生理响应机制)结果表明$烟叶叶绿素
5
,叶绿素
@
和叶绿素总
量及旺长期类胡萝卜素总量均以中海拔地区最高!且显著或极显著高于其他海拔梯度&成熟期高海拔烟叶类胡萝
卜素总量最高!且较旺长期明显增加)叶绿素及旺长期类胡萝卜素合成有关的基因均为中海拔表达最强!成熟期
类胡萝卜素合成基因在高海拔表达最强)结果说明*鄂烟
#
号+更适宜种植在中海拔地区)
关键词$白肋烟&海拔&质体色素&基因表达 中图分类号$
A2)$*2 & A02 文献标志码$
B
$%%&("%)#%%&*&+(,-(#(.!&/"+(0&1"+(&+(/"%2-3/(#!2# 4 5&+( 3+!6&-3(&!7&+&/$8
9
*&//#"+"%:.*-&
;
<"=3"
CBDEF-/
8
#
!
CBDE15/6-
#
!
1BDE17/
8
=-5
#
!
CG CH/?57
!
!
CBDEI>-
!
!
JKBDEL-M>/
!
!
JGN-;?H/
8
#
"
"
#O7@5;;7P76H
8
H7QRH/5/B
8
S-;>6T>S56G/-UHS.-T
V
!
N?H/
8
)$"""! ! P?-/5 & !3/.?-LS5/;?7QR>@H-WS7U-/;HO7@5;;7P74( X 5/ V ! 3/.?- ! R>@H-))$"""
!
P?-/5
#
,=/(*3(
$O5M-/ 8 3 + V 5/#5.T?H45THS-565/9.H6H;T-/ 8 T?SHH56T-T>9H.:?-;?:HSHT?H56T-T>9H7Q#$+"4
!
#
!""45/90""4
!
SH.
X
H;T-UH6
V
!
:H-/UH.T-
8
5TH9T?H9-QQHSH/;H7QT?H;7/TH/T.7Q
X
65.T-9
X
-
8
4H/T5/9SH65TH9
8
H/H.H=
X
SH..-7/7Q@>S6H
V
T7@5;;7-/3/.?-5TT?HQ5.T
8
S7:.T5
8
H5/9T?H45T>SH.T5
8
H*O?HSH.>6T.
.?7:H9T?5TT?H;7/TH/T.7Q;?67S7
X
?
V
65
!
;?67S7
X
?
V
6@5/9T7T56;?67S7
X
?
V
6-/@>S6H
V
T7@5;;76H5UH.5T
4H9->456T-T>9H:HSHT?H?-
8
?H.T
!
5/9T?H;7/TH/T7QT7T56;5S7TH/7-9.5TT?HQ5.T
8
S7:.T5
8
H547/
8
9-QQHS(
H/T56T-T>9H?59T?H.54HTSH/9*O?H9-QQHSH/;H@HT:HH/4H9->456T-T>9H5/97T?HS56T-T>9H.:5..-
8
/-Q-;5/T
7SUHS
V
.-
8
/-Q-;5/T*O?H6H5UH.7Q@>S6H
V
T7@5;;7-/?-
8
?56T-T>9H?59T?H?-
8
?HS;7/TH/T7QT7T56;5S7TH/7-9.
5TT?H45T>SH.T5
8
H5/9T?H;7/TH/T7QT7T56;5S7TH/7-9.-/;SH5.H9Q5.T;74
X
5SH9T7Q5.T
8
S7:.T5
8
H*K/4H9-(
>456T-T>9H
X
65/T-/
8
5SH5
!
T?HH=
X
SH..-7/7Q;?67S7
X
?
V
6.
V
/T?H.-.
8
H/H.5TT:7
8
S7:T?.T5
8
H.5/9;5S7TH(
/7-9.
V
/T?H.-.
8
H/H.5TQ5.T
8
S7:.T5
8
H:HSHHQQ-;-H/T
!
:?-6HT?HHQQ-;-H/TH=
X
SH..-7/7QT?H
8
H/H.SH65TH9;5(
S7TH/7-9.
V
/T?H.-.5T45T>SH.T5
8
H5
XX
H5SH9-/?-
8
?56T-T>9H
X
65/T-/
8
5SH5*YH9->456T-T>9H:5.47SH.>-T(
5@6HQ7S
X
65/T-/
8
3
+
V
5/#*
>&
;
?"*!/
$@>S6H V T7@5;;7 & 56T-T>9H & X 65.T-9 X - 8 4H/T & 8 H/HH= X SH..-7/ !! 绿色植物质体色素主要包括叶绿素和类胡萝卜 素!其作为光合色素参与的光合作用是绿色植物生 长发育及形态建成的基础#()烟草质体色素作为重 要的香气前体物质!对烟草特色香气风格的形成具 有重要影响)在烟叶调制过程中!叶绿素分解形成 的新植二烯是烟叶中含量最大的中性挥发物!其香 气阈值较高!具有一定的清香味!是烟叶重要的增香 剂&类胡萝卜素降解因双键断裂位置不同!形成多种 重要的香气物质!如巨豆三烯酮, " ( 大马酮,螺岩兰 草酮等!(%() 生态环境因素决定了烟叶质量和风格的形 成)(!海拔高度作为一个重要的生态因子对烟草的 生长发育,物质代谢及品质有重要的影响)随着海 拔升高!大气温度, PZ ! 浓度,大气压等随之降低! 光照强度增强!烟苗移栽期推迟!烟株生长速度逐渐 减慢!株高稍矮!茎围稍粗!叶片较窄!大田生育期和 成熟期逐渐增长$(()不同海拔地区烟叶化学成分
也存在差异)有研究表明随着海拔升高!烟叶还原
糖含量增加!烟碱含量则随海拔升高而降低0()曹
学鸿等2(也认为烟叶中总糖,还原糖含量与海拔高
度呈正相关关系!总氮,烟碱含量则与海拔高度呈负
相关关系!中海拔地区"
0""
#
#)""4
#烟叶化学成
分协调性好于其他海拔层次)海拔对烟叶中性致香
物质含量也有较大的影响!甄才宏等#"(对
+""
#
#""4
海拔区域烟叶中性致香物质含量比较发
现!
0""4
海拔地区烟叶中性致香物质总量及各组
分含量均最高!
#%""4
海拔地区最低)有关海拔
高度对绿色植物质体色素含量变化的研究多见于云
杉,莨菪等植物)前人对云杉,落叶松的研究表明!
植物叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量均随海拔的升
高而降低##(#!()张波等#%(对青藏高原不同海拔唐
古特山莨菪叶片光合色素含量比较表明高海拔地区
质体色素含量明显高于低海拔地区)关于不同海拔
对白肋烟质体色素代谢的影响还鲜见报道)本试验
研究了白肋烟质体色素随海拔梯度的变化及相关合
成代谢基因的表达规律!旨在分析白肋烟质体色素
代谢对海拔高度的生理响应机制!为研究恩施烟区
特色白肋烟品种在不同海拔生态环境中烟叶品质的
形成过程提供参考)
#
!
材料与方法
@*@
!
试验地概况和试验设计
试验地点设在湖北省恩施市崔坝镇!设置低,
中,高
%
个海拔梯度!分别为滚龙坝"
0""4
#,水淌
"
#!""4
#,马跑山"
#$+"4 #)供试品种为当地白 肋烟主栽品种*鄂烟 # 号+)各试验地土壤理化性质 基本一致!基础肥力见表 # ) % 个海拔试验地土壤均为黄棕壤!质地疏松!肥 力中等)各海拔高度设 % 次重复!小区面积 +$4
!
!
行株距
#!";4[+";4
!本试验采用的肥料分别为
烟草专用复合肥,重过磷酸钙,硫酸钾!
D\W
!
Z
$] ! Z #^\#\! )结合当地施肥习惯! "_ 复合肥和 全部的重过磷酸钙于整地后移栽前条施! %"_ 复合 肥和$"_
硫酸钾于移栽时穴施!余下的硫酸钾于移
栽后
%"9
做追肥施用)其他田间栽培管理措施及
病虫害防治均按照当地优质烟叶生产管理要求进
行)高,中,低海拔烟株移栽时间分别为
$月 #! 日,$
月

日和
$月 % 日)于旺长期和成熟期选取各处 理长势均匀一致的烟株 % 株!取中部叶 + 至 #" 支脉 之间的叶片!迅速置于液氮中低温保存) @*A ! 测定内容和方法 @*A*@ ! 质体色素代谢基因表达检测 ! 取适量冷冻 烟叶叶片!用 OS-<76 法提取总 IDB #) ( !随机引物法 反转 录 合 成 ;` DB )以 ;` DB 为 模 板! WS-4HS WSH4-HS$
软件设计扩增引物"表
!
#!以
!!$"烟草核 糖体蛋白基因#为内参#$(!采用
IO(WPI
法检测质
体色素代谢途径关键基因的表达状况)各基因对应
的合成代谢关键酶名称及功能见表
%
)
WPI
体系为$;` DB 为 #$
a
!
9-R
!
Z
"去离子
水#为
##
$a !上游引物和下游引物均为 #*$
$a !含 染料的 O5 b 4-= 为 #$
$a !整个 WPI 体系共 %"$
a
)
反应程序为
2)c
预变性
$4-/ & 2)c 变性 %". &退 火温度依各引物 " 4 值变化而变化" )c # +"c #& !c 延伸 #4-/ & %$
个循环&
!c
延伸
#"4-/
!于
)
表
@
!
不同海拔高度土壤基础肥力状况
O5@6H#
!
O?H.7-6QHST-6-T-H.7QH=
X
HS-4H/T56Q-H69.-/9-QQHSH/T56T-T>9H.
海拔高度
B6T-T>9H
%
4
X
R
有机质
ZY
%"
8
-
M
8
&#
#
全氮
OD
%
_
速效磷
BW
%"
4
8
-
M
8
&#
#
速效钾
B]
%"
4
8
-
M
8
&#
#
碱解氮
BD
%"
4
8
-
M
8
&#
#
低海拔
a7:56T-T>9H $*2" !%*$" "*! !+*#" !%$*"" #%!*+# 中海拔 Y-996H56T-T>9H$*0" !)*!! "*%) !)*#" !#"*"" ##2*!$高海拔 R- 8 ?56T-T>9H$*+" !)*0 "*!0 !$*$0 !#!*$" #%2*20 !%# 西 ! 北 ! 植 ! 物 ! 学 ! 报 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! %$
卷
表
A
!
引物序列及
216
扩增基因片段
O5@6H!
!
O?H
X
S-4HS.H
b
>H/;H.5/9
8
H/HQS5
8
4H/T.54
X
6-Q-H9@
V
WPI
基因
EH/H
登录号
B;;H..-7/D7*
引物序列
WS-4HS.H
b
>H/;H
"
$d(%d # 正向 e7S:5S9 反向 IHUHS.H !!$ a#02"0 EPOOOPOOPEOPPPBOPB PPPPBBEOBPPPOPEOBO
#$% B1!#20$%*# BPOBOEEOOEEEBPBPOEPO BPPOPPOEEEOBBBOPOOEO
&( BF+#+)!*# PPPOEBPEBEPOOOPEBOEP OOBOPBPBEEBBPOPPPBPO
&() RY%) $$0!*# BOEEEBPBEEBOOPOOEEBO OOEPEEBEOOBOEOEEEBOE *+& F1!0)$+ EBBPOPEPPEOBBBEBPOEE OEBBEPPEPBEEBEOEBBBE *( Fe2$$ ++*# OOEOOEBOBEBPEOEEBBBP BPBPPEBEPBPOEBOBOOEO
!#), RA22%"20*# EOPPOEPOEEOPOOEPOPOO EEBBOEBPBBOEOPEPPPOP
!#)- J0#0*# OEEBBEEEOOBBOPEEBBBP OEBEEEBOEBBPPBEBPPBE
&$. B1)2!#)*# EEEPBOOEBBBBPOEEBBEB OOBPOOEEPEBOPBBBBBOE #!/ 3G!2)!#" EOOEPBBPPOEOPBEPBO OEEOEOPOEBPOPEBPOO ### ]P)%" OEBBBPOPPOPPOOOOBBEBBP PEPBOPOBEBOPOEEBOOPOEP #/!0 Be"#)"$! EEOEEBBPPOEOOBEPPO OOEEEOPOEBBOPEBBEO
表
B
!
参与质体色素合成代谢的酶及编码基因
O5@6H%
!
O?H
8
H/HH/;79-/
8
H/<
V
4H.5/9T?HH/<
V
4H.-/U76UH9-/
X
65.T-9
X
-
8
4H/T5/5@76-.4
基因
EH/H
酶
3/<
V
4H
功能
e>/;T-7/
#$%
捕光叶绿素
5
%
@
结合蛋白
P?67S7
X
?
V
65
%
@(
@-/9-/
8X
S7TH-/
编码叶绿素结合蛋白
5
%
@
!
3/;79-/
8
;?67S7
X
?
V
6(@-/9-/
8X
S7TH-/5
%
@
&(
八氢番茄红素脱氢酶
W?
V
T7H/H9H.5T>S5.H
催化八氢番茄红素向
%
(
胡萝卜素的转化
P5T56
V
<-/
8
T?HTS5/.Q7S45T-7/QS74
X
?
V
T7H/HT7
%
(;5S7TH/H
&()
八氢番茄红素合成酶
W?
V
T7H/H.
V
/T?5.H
类胡萝卜素合成途径重要的限速酶
O?H-4
X
7ST5/TS5TH(6-4-T-/
8
H/<
V
4HQ7S;5S7TH/7-9.
V
/T?H.-.
*+&
玉米黄素环氧化酶
NH5=5/T?-/H
X
7=-95.H
催化来源于
P
"
)"
#类类胡萝卜素的玉米黄素经过两次环氧化形成紫黄质
P5T56
V
<-/
8
T?HH
X
7=-95(
T-7/7Q"
)"
#
Q7S47Q;5S7TH/7-95/9T>S/-/
8
-/T7U-765=5/T?-/
*(
%
(
胡萝卜素脱氢酶
%
(;5S7TH/H9H.5T>S5.H
催化
%
(
胡萝卜素向番茄红素的转化
P5T56
V
<-/
8
T?HTS5/.Q7S45T-7/QS74
%
(;5S7TH/HT76
V
;7
X
H/H
!#),
番茄红素
(
&
(
环化酶
a
V
;7
X
H/H(
&
(;
V
;65.H
催化番茄红素形成
&
(
环!从而合成

(
胡萝卜素
P5T56
V
<-/
8
6
V
;7
X
H/HTS5/.Q7S45T-7/5/9
&
(;
V
;6HQ7S(
45T-7/
!
5/9T?H.
V
/T?H.-.7Q

(;5S7TH/H
!#)-
番茄红素
(
"
(
环化酶
a
V
;7
X
H/H(
"
(;
V
;65.H
催化番茄红素形成
"
(
环!从而合成
"
(
胡萝卜素
P5T56
V
<-/
8
6
V
;7
X
H/HTS5/.Q7S45T-7/5/9
"
(;
V
;6HQ7S(
45T-7/
!
5/9T?H.
V
/T?H.-.7Q
"
(;5S7TH/H
&$. 脱镁叶绿酸 5 加氧酶 W?H7 X ?7S@-9H547( /77= V8 H/5.H 叶绿素分解代谢过程中的关键限速酶 O?HMH V S5TH(6-4-T-/ 8 H/< V 4HQ7S;?67S7 X ? V 6;5T5@76-.4 #!/ 叶绿素酶 P?67S7 X ? V 65.H 将叶绿素水解成为羧酸的脱植基叶绿素和高级一价醇叶绿素"植醇# R V 9S76 V <-/ 8 ;?67S7 X ? V 6T7 ;?67S7 X ? V 6-977Q;5S@7= V 6-;5;-9.5/9 X ? V T76 ### 类胡萝卜素裂解双氧合酶 P5S7TH/7-9;6H5U( 5 8 H9-7= V8 H/5.H. 可催化很多类胡萝卜素底物生成许多天然活性化合物 P5T56 V <-/ 8 45/ V ;5S7TH/7-9.>@.TS5TH. T>S/-/ 8 -/T75/>4@HS7Q/5T>S56@-75;T-UH;74 X 7>/9. #/!0 镁离子螯合酶 Y 8 (;?H65T5.H 四吡咯化合物生物合成途径中合成叶绿素分支"镁分支#的第一个酶!该酶不仅控制着叶绿素的合 成!其不同亚基还参与叶绿体到细胞核的反向信号传导 KT-.T?HQ-S.TH/< V 4H7QT?H;?67S7 X ? V 6 @S5/;?H. " @S5/;?7Q45 8 /H.->4 # 7QTHTS5 XV SS76H;74 X 7>/9.@-7. V /T?H.-.;7/TS76-/ 8 T?H. V /T?H.-. 7Q;?67S7 X ? V 6 ! 5/9-T.9-QQHSH/T.>@>/-T.-.-/U76UH9-/5SHUHS.H.- 8 /56TS5/.9>;T-7/QS74;?67S7 X 65.T T7T?H/>;6H>. c 保存) @*A*A ! 质体色素含量的测定 ! 采用低温冷冻干燥 机将烟叶样品冻干!粉碎机粉碎后!准确称取 "*! 8 粉碎烟样置于$"4a
棕色瓶中!准确加入
!$4a 2"_ 丙酮溶液!轻微震荡后低温条件下超声波萃取 !"4-/ !用移液管取适量萃取液后用有机膜" *)$
$4 #过滤!移入 #*$4a
棕色色谱瓶"液相色谱分
析仪#)
工作条件为
f
V
44HTS
V
P
#0
反相色谱柱"
%*2
44-*9*[#$"44 !$
$4 !美国 C5THS. 公司#!流动 相 B 为甲醇的异丙醇溶液"体积比为 #\# #!流动相 L 为超纯水)流速 "*$4a
%
4-/
)梯度洗脱$" # #" 4-/ " "_Bg%"_L #! #" # #4-/ " #""_B #! # # %"4-/ " 2"_ Bg#"_ L #)以梯度洗脱线性递增 "减#的梯度条件!平衡 #"4-/ 后手动进样)进样量 #"$
a
)检测波长
)$"/4 )柱温为室温) @*B ! 数据处理 采用 3=;H6!""% , fWff#2*" 等统计软件进行 %%# # 期 !!!!!!!!!!! 王 ! 京!等$海拔对白肋烟质体色素含量及相关基因表达的影响
数据分析)并用
a5>/;?h-.-7/C7SM.af
软件对
IO(WPI
检测所得半定量图片进行量化!提取各个
基因表达的亮度相对值进行对比!每个基因均以旺
长期高海拔处理为基准)
!
!
结果与分析
A*@
!
不同海拔白肋烟质体色素代谢关键基因的表
达分析
A*@*@
!
叶绿素代谢关键基因的表达差异
!
对叶绿
素代谢关键基因
#$% , #/!0 , &$.
,
#!/
进行
IO(WPI
检测分析"图
#
,表
)
#!结果表明!旺长期叶
绿素合成关键基因
#$% 和 #/!0 的表达量均高于 成熟期!而参与编码叶绿素分解基因 &$.
和
#!/
图
#
!
不同海拔白肋烟叶绿素代谢关键酶基因的检测结果
R*
高海拔&
Y*
中海拔&
a*
低海拔&下同
e-
8
*#
!
O?HTH.TSH.>6T.7QMH
V8
H/H.SH65TH9T7
;?67S7
X
?
V
64HT5@76-.4-/9-QQHSH/T56T-T>9H.
R*R-
8
?56T-T>9H
&
Y*Y-996H56T-T>9H
&
a*a7:56T-T>9H
&
O?H.54H5.@H67:
表达量则正好相反!即成熟期高于旺长期)不同海
拔比较!旺长期和成熟期
#$% 均在中海拔表达最 强!低海拔最弱& &$.
和
#!/
表达在旺长期以中
海拔最强!成熟期
#/!0
和
#!/
均随海拔的升高
而增强!而
&$. 则逐渐减弱) A*@*A ! 类胡萝卜素代谢关键基因的表达差异 ! 由 图 ! 和表$
可知!旺长期
&()
,
*(
,
!#)-
,
!#),
,
*+&
,
###
均表现为中海拔表达量最高!而
&(
则随海拔升高表达逐渐增强)成熟期
&(
和
!#)-
均在低海拔表达最强!中海拔最弱&
*(
,
!#),
,
*+&
,
###
随海拔升高表达逐渐增强&
&()
图
!
!
不同海拔白肋烟类胡萝卜素代谢
关键酶基因的检测结果
e-
8
*!
!
O?HTH.TSH.>6T.7QMH
V8
H/H.SH65TH9T7
;5S7TH/7-94HT5@76-.4-/9-QQHSH/T56T-T>9H.
表
C
!
不同海拔白肋烟叶绿素代谢关键酶基因相对表达量的多重比较
O5@6H)
!
O?H4>6T-
X
6H;74
X
5S-.7/7QT?HSH65T-UHH=
X
SH..-7/
b
>5/T-T
V
7QMH
V8
H/H.
SH65TH9T7;?67S7
X
?
V
64HT5@76-.4-/9-QQHSH/T56T-T>9H.
基因
EH/H.
生育期
ES7:T?
X
HS-79
高海拔
R-
8
?56T-T>9H
中海拔
Y-996H56T-T>9H
低海拔
a7:56T-T>9H
#$% 旺长期 e5.T 8 S7:-/ 8 .T5 8 H #""*""@ ##!*$"5 2*"!@
成熟期
Y5T>SH.T5
8
H 2$*)$5 2+*0!5 2!*+5
#/!0
旺长期
e5.T
8
S7:-/
8
.T5
8
H #""*""@ ##$*25 2$*#%;
成熟期
Y5T>SH.T5
8
H 2+*)+5 2+*#05 2%*++5
&$. 旺长期 e5.T 8 S7:-/ 8 .T5 8 H #""*""5 #"#*!)5 2+*%!@ 成熟期 Y5T>SH.T5 8 H #")*$#; ##!*!0@ #!%*#!5
#!/
旺长期
e5.T
8
S7:-/
8
.T5
8
H #""*""; #"0*2+5 #")*"0@
成熟期
Y5T>SH.T5
8
H ##2*+5 ##!*2"@ #"0*$); !! 注$对同一生育期不同海拔烟叶中同一基因的相对表达量进行多重比较&同一行中不同小写字母表示不同海拔间差异显著"
&
#
"*"$#&表$
同)
D7TH
$O?H4>6T- X 6H;74 X 5S-.7/7QSH65T-UHH= X SH..-7/ b >5/T-T V SHQHS.T7T?H;74 X 5S-.7/547/ 8 9-QQHSH/T56T-T>9H.Q7S.54H 8 H/H5/9.54H 8 S7:T?.T5 8 H & -`QQHSH/T.4566HTTHS.-/T?H.54HS7:4H5/.- 8 /-Q-;5/T9-QQHSH/;H5T"*"$6HUH6547/
8
9-QQHSH/T56T-T>9H.*O?H.54H5.-/O5@6H$* )%# 西 ! 北 ! 植 ! 物 ! 学 ! 报 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! %$
卷
表
D
!
不同海拔白肋烟类胡萝卜素代谢关键酶基因相对表达量的多重比较
O5@6H$! O?H4>6T- X 6H;74 X 5S-.7/7QT?HSH65T-UHH= X SH..-7/ b >5/T-T V 7QMH V8 H/H. SH65TH9T7;5S7TH/7-94HT5@76-.4-/9-QQHSH/T56T-T>9H. 基因 EH/H. 生育期 ES7:T? X HS-79 高海拔 R- 8 ?56T-T>9H 中海拔 Y-996H56T-T>9H 低海拔 a7:56T-T>9H &() 旺长期 e5.T 8 S7:-/ 8 .T5 8 H #""*""; #%$*2"5 ##2*!@
成熟期
Y5T>SH.T5
8
H #+$*!0; #2$*"5 #2"*#0@
&(
旺长期
e5.T
8
S7:-/
8
.T5
8
H #""*""5 2*+5 2#*)$@ 成熟期 Y5T>SH.T5 8 H #*#"@ )$*+!; 2$*$+5
*(
旺长期
e5.T
8
S7:-/
8
.T5
8
H #""*""; #))*"5 #!#*#@
成熟期
Y5T>SH.T5
8
H #%"*++5 0+*)2@ 0)*0%@
!#)-
旺长期
e5.T
8
S7:-/
8
.T5
8
H #""*""; #*"#5 #!#*2!@
成熟期
Y5T>SH.T5
8
H #")*20@ 0*$; #+*!$5
!#),
旺长期
e5.T
8
S7:-/
8
.T5
8
H #""*""@ #!"*"5 +0*!;
成熟期
Y5T>SH.T5
8
H #"%*))5 2)*)2@ 2!*+#@
*+&
旺长期
e5.T
8
S7:-/
8
.T5
8
H #""*""; #%#*)!5 #!"*"+@
成熟期
Y5T>SH.T5
8
H #%!*0%5 #")*!+@ )*02;
###
旺长期
e5.T
8
S7:-/
8
.T5
8
H #""*""; #)0*#+5 #%+*!$@ 成熟期 Y5T>SH.T5 8 H !"0*)+5 #++*#2@ 2%*0$;
表
E
!
不同海拔白肋烟质体色素含量的差异比较
O5@6H+
!
O?H;74
X
5S-.7/7Q
X
65.T-9
X
-
8
4H/T;7/TH/T.7Q@>S6H
V
T7@5;;76H5UH.-/9-QQHSH/T56T-T>9H.
%"
4
8
-
8
&#
#
项目
KTH4
旺长期
e5.T
8
S7:-/
8
.T5
8
H
#$+"4 #!""4 0""4 成熟期 Y5T>SH.T5 8 H #$+"4 #!""4 0""4
叶绿素
5P?65 +*#$L@ 0*!+"B5 +*!2)L@ )*$)$L@$*2$B5 )*%$)L@
叶绿素
@P?6@ %*"!0L@ %*2)B5 !*0%"L@ !*!)2L@ %*!)%B5 !*#"#L@
"
(
胡萝卜素
LHT5(;5S7TH/H "*0%L; #*"2B5 #*"!)B@ "*2"$B5 "*0$"B5 "*++!L@
叶黄素
a>TH-/ "*#)B@ "*2)#B5 "*B5@ "*"+L@ "*$B5 "*$0$P; 新黄质 DH7=5/T?-/ "*#0"L; "*!+%B5 "*!##L@ "*!%%B5 "*!!0B5 "*#+2L@ 紫黄质 h-765=5/T?-/ "*#%)BL@ "*#$!B5 "*##)L; "*#%2B5 "*"2"L@ "*"$!P; 叶绿素总量 O7T56;?67S7 X ? V 6 2*)%L@ #!*!%)B5 2*#!)L@ +*2)L@ 2*!""B5 +*)$)L@
类胡萝卜素总量
O7T56;5S7TH/7-9. #*0++L; !*)%$B5 !*#!+L@ #*20%B5 #*2))B5 #*)+2L@ P?65 % P?6@ !*!#B5 !*"0#B5 !*!!!B5 !*"!#B5 #*0$!B5 !*"0+B5
P5S
%
P?6 "*#2#B@ "*#22B5@ "*!%$B5 "*!2!B5 "*!##L; "*!!0L@ !! 注$同一行中同一生育期对应的
%
个数字后不同大,小写字母分别表示该指标在不同海拔间差异极显著"
&
#
"1"#
#和显著"
&
#
"*"$#) D7TH$
-`QQHSH/T@-
8
5/9.4566HTTHS.5QTHST?HT?SHHU56>H.7Q.54H
8
S7:T?.T5
8
H-/T?H.54HS7:4H5/.-
8
/-Q-;5/T9-QQHSH/;H5T"*"#6HUH65/9"*"$6HUH6547/ 8 9-QQHSH/T56T-T>9H.* 在中海拔表达最强!低海拔次之!高海拔最弱)高海 拔烟叶成熟期除 &( 外各基因表达量均高于旺长 期!表明高海拔成熟期烟叶中类胡萝卜素合成分解 旺盛) A*A ! 不同海拔白肋烟质体色素含量变化的差异 白肋烟各生育期不同海拔间烟叶质体色素含量 差异如表 + 所示)烟叶中叶绿素 5 ,叶绿素 @ 含量 及叶绿素总量随海拔升高呈现出先升高后降低的趋 势!具体表现为$中海拔
$高海拔$
低海拔!且中海
拔极显著高于高海拔和低海拔!高海拔和低海拔差
异不显著)旺长期类胡萝卜素总量及各组分含量的
变化规律与叶绿素相似!也表现为先升高后降低)
!
(
胡萝卜素,新黄质,紫黄质含量及类胡萝卜素总量
在各海拔间差异均显著!叶黄素含量在中海拔和高
海拔间差异达到极显著水平)成熟期除叶黄素含量
为中海拔产区最高外!类胡萝卜素总量及其他各组
分含量均随海拔升高而逐渐升高)
!
(
胡萝卜素,新
黄质含量及类胡萝卜素总量在高海拔和中海拔间差
异不显著!但极显著高于低海拔产区!叶黄素和紫黄
质含量在各海拔间呈极显著差异)各海拔烟叶叶绿
$%# # 期 !!!!!!!!!!! 王 ! 京!等$海拔对白肋烟质体色素含量及相关基因表达的影响
素
5
含量是叶绿素
@
的
!
倍左右!且随生育进程的
推进叶绿素
5
%
@
有下降的趋势!说明叶绿素
5
的降
解速率快于叶绿素
@
!烟叶对光能的利用减弱)旺
长期低海拔烟叶类胡萝卜素%叶绿素最高!显著高于
高海拔烟叶&而成熟期高海拔烟叶该比值最高!不同
海拔烟叶类胡萝卜素%叶绿素在
"*"$水平差异 显著) % ! 讨 ! 论 在旺长期!烟株生长迅速!叶面积迅速扩大!光 合速率上升!质体色素含量增加!但随着烟叶成熟! 叶片在生育后期感知衰老信号!各项生理代谢减弱! 光合速率下降!质体色素加速降解#()本研究表明! 烟叶中质体色素含量在旺长期处于较高水平!随着 烟叶成熟!质体色素含量降低!这与已有研究一 致#+()烟叶叶绿素 5 ,叶绿素 @ 和叶绿素总量及旺 长期类胡萝卜素总量均以中海拔地区最高!且显著 或极显著高于其他海拔梯度!这与曹艳玲等#(研究 结果一致)也有研究认为叶绿素含量随着海拔升高 而降低#0()这种代谢差异可能是由于烟株生长的 其他生态环境不同引起的!尚需进一步验证)叶绿 素 5 % @ 是衡量植物利用光能能力大小的指标)通常 认为!随着海拔升高!叶绿素 5 % @ 比值呈上升趋 势#!!#2()但本研究结果表明叶绿素 5 % @ 比值在各 海拔间差异不显著!可能是由于本试验选取的海拔 梯度尚未引起烟叶对不同波长光照的选择性吸收所 致)成熟期烟叶类胡萝卜素含量随海拔的升高而逐 渐升高!类胡萝卜素%叶绿素比值在高海拔显著高于 中海拔和低海拔!这可能是由于在烟株生育后期高 海拔地区的紫外线强度过高!烟株为适应这种逆境 胁迫!与类胡萝卜素合成相关的关键酶基因表达量 增加!进而调控合成大量类胡萝卜素来调节类囊体 膜的物理活性!保护叶绿素不受光氧化伤害#!!"() 这种类胡萝卜素含量的增加是烟叶为应对环境变化 而采取的一种保护性机制!与韩锦峰等!#(的研究结 果一致) 从相关代谢基因 IO(WPI 检测结果可以看出! 与质体色素合成相关的基因在旺长期表达活跃!但 此时与质体色素降解相关的基因的表达量却维持在 较低水平&成熟期相关合成基因的表达量略有下降 或维持原有水平!而相关降解基因的表达明显加强! 这与质体色素含量随烟叶成熟逐渐下降的趋势一 致)表明基因对代谢关键酶的调控是影响烟叶质体 色素含量变化的原因之一) 恩施中海拔烟叶质体色素最高!相关基因表达 活跃!更有利于烟叶进行光合作用!进而促进烟株物 质代谢!为提高烟叶产质量和彰显香气风格提供了 物质基础)*鄂烟 # 号+更适宜在恩施中海拔地区种 植)然而!烟叶品质的形成是烟草品种基因型和生 态环境综合作用的结果)(!不同烟草品种在相同生 态环境下烟叶化学成分也存在较大差异!!(!鉴于当 地白肋烟种植品种较多!恩施白肋烟整体种植区划 还需进一步研究) 参考文献! # ( ! 李合生 * 现代植物生理学 Y ( * 北京$高等教育出版社!
""+
$#))!* ! ( ! 史宏志!刘国顺 * 烟草香味学 Y ( * 北京$中国农业出版社!
"##
$#%&#))* % ( ! a3eeKDEC3aaFP ! a3eeKDEC3aa`*P?H4-;565/9.H/.7S V 5. X H;T.7QT7@5;;7Q65U7S F ( *2,31$451"6-1(371
!
#200
!"
#)
#$#+2&!#0* ) ( ! JGNPR "许自成#! aKGEfR "刘国顺#! aKGFR "刘金海# *B/56 V .-.7QH;767 8 -;56Q5;T7S.5/9 b >56-T V 7QQ6>H(;>SH9T7@5;;76H5UH.-/ O7/ 8 .?5/T7@5;;7( 8 S7:-/ 8 5SH5. F ( 1$389+36:6
;
739(7<739
"生态学报#!
""$! AD " #$
#)0&#$% " -/P?-/H.H # *$
(
!
AKF
"祁
!
建#!
YB]Y
"马克明#!
NRBDE1J
"张育新#
*O?H56T-T>9-/56U5S-5T-7/7Q6H5QTS5-T.7Q=>,?3>@:7968><
;
,<@7@5/95..7;-5TH9
H/U-S7/4H/T56H=
X
65/5T-7/.

F
(
*$389+36:6 ; 739(7<739 "生态学报#! "" ! AF " % #$
2%"&2%
"
-/P?-/H.H
#
*

+
(
!
PR3DYPR
"陈孟传#!
PR3DFfR
"陈继树#!
B`OfR
"答堂生#
*IH.H5S;?7QH6HU5T-7/?H-
8
?T7/
b
>56-T
V
7QQ6>H(;>SH9T7@5;;7-/D5/(
6-/
8
SH
8
-7/

F
(
*#A7<,@,"6-9336(37,<3,
"中国烟草科学#!
#22
!"
)
#$0&#! " -/P?-/H.H # * ( ! RG1P "胡元才#! 1G1PR "余永超# *IH.H5S;?7QSH65T-7/.?- X @HT:HH/5S7455/9Q6>H(;>SH9T7@5;;7 V -H695/9 b >56-T V F ( 1B>7CA6>$
;
D
?73>:8>?9:(37,<3,@
"贵州农业科学#!
#22$! C@ "$
#$%+&%2 " -/P?-/H.H # * 0 ( ! FKBD1J "简永兴#! 1BDEa "杨 ! 磊#! JK3aF "谢龙杰# *3QQH;T.7Q56T-T>9H7/ X HTS76H>4HT?HSH=TS5;T5/9S7>T-/H;?H4-;56;74 X 7.-( +%# 西 ! 北 ! 植 ! 物 ! 学 ! 报 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! %$
卷
T-7/.-/Q6>H(;>SH9T7@5;;7

F
(
*"6-9336(37,<3,E",3A<6:6
;F
"烟草科技#!
""$!" #$
%&+
"
-/P?-/H.H
#
*

2
(
!
PBZJR
"曹学鸿#!
fR3DEY
"申国明#!
CBDE1
"王
!
永#
*fT>9
V
7/SH65T-7/.?-
X
.@HT:HH/56T-T>9H5/9;?H4-;56;7/.T-T>H/T.-/6H5UH.
7QT7@5;;7-/3/.?-T7@5;;7(
8
S7:-/
8
5SH5.

F
(
*#A7<,@,"6-9336(37,<3,
"中国烟草科学#!
"##
!
BA
"
B"#
#$!#&!) " -/P?-/H.H # * #" ( ! NR3DPR "甄才宏#! aKGEfR "刘国顺#! CBDE1O "王彦亭# *3QQH;T.7Q56T-T>9H.7/;7/TH/T.7Q5S745;74 X 7/H/T.7QQ6>H(;>SH9T7( @5;;7-/3/.?- X SHQH;T>SH F ( *G6>?<9:6 H /,<9<$
;
?73>:8>?9:(37,<3,@
"河南农业科学#!
"#"
!"
%
#$)2&$%
"
-/P?-/H.H
#
*

##
(
!
C3Da1
"文陇英#!
PR3DO
"陈
!
拓#
*P?5/
8
H.7Q
X
-
8
4H/T.-/(9-7<9
I
?C,J9:@K775/9&73,93?9@@7
H
6:79/HH96H.567/
8
:-T?9-QQHSH/T
56T-T>9H.

F
(
*%>::,87<6
H
%689<
F
"植物学报#!
"#!
!
CF
"
)
#$)"$&)#!
"
-/P?-/H.H
#
*

#!
(
!
aKBDEFW
"梁建萍#!
DKG1
"牛
!
远#!
JK3Ff
"谢敬斯#
*B/T-7=-95.H5;T-U-T-H.5/9
X
?7T7.
V
/T?HT-;
X
-
8
4H/T;7/TH/T.-/!9?7L
I
?7<37
I
7@D?>
II
?,D
3A8776H5UH.567/
8
5/56T-T>9-/56
8
S59-H/T

F
(
1#A7<,@,G6>?<9:6
H
$II :7,4+36:6 ;F "应用生态学报#! "" ! @G " #$
#)#)&#)#2
"
-/P?-/H.H
#
*

#%
(
!
NRBDEL
"张
!
波#!
fRKfRL
"师生波#!
aKRW
"李和平#
*P74
X
5S-.7/7Q
X
?7T7.
V
/T?HT-;
X
-
8
4H/T;7/TH/T.5/95/T-7=-95.H5;T-U-T
V
7Q
5/-.79>.T5/
8
>T-;>.QS749-QQHSH/T6H5Q65
V
HS.
8
S7:/5TT:756T-T>9H.6HUH6-/A-/
8
?5-(O-@HT
X
65TH5>

F
(
*$389%681%6?,9:1D.3374,<81(7<1 "西北植物学报#! ""0 ! AG " 2 #$
#0�+
"
-/P?-/H.H
#
*

#)
(
!
K`DEeNR
"丁福章#!
aKFJ
"李继新#!
1GBD1L
"袁有波#
*3QQH;T-UH-.765T-7/7QT7T56IDBQS74T7@5;;7T-..>H.

F
(
*#A7<,@,$; ?73>:D 8>?9:(37,<3,%>::,87< "中国农学通报#! "" ! AB " #! #$
20&#"#
"
-/P?-/H.H
#
*

#$( ! EI3EZI C ! fPRYK` Ofh3D] ! ,89:*fT5@6H-/THS/56SHQHSH/;H 8 H/H.Q7S/7S456-<5T-7/7QSH56(T-4HIO(WPI-/T7@5;;7 " M736879<9 89-93>N # 9>S-/ 8 9HUH67 X 4H/T5/95@-7T-;.TSH.. F ( *O6:1B,<,8B,<6N73@ ! "#" ! AGB " % #$
!%%&!)#*

#+
(
!
NRBZ3C
"赵二卫#!
JKBZLE
"肖炳光#!
1BDE1J
"杨永霞#
*fT>9
V
7/T?HSH
8
>65S-T
V
7Q
X
65.T-9
X
-
8
4H/T@-7.
V
/T?H.-.-/1>//5/QH/(
Q65U7SQ6>H(;>SH9T7@5;;7

F
(
*$389"9-939?79(7<739 "中国烟草学报#! "## ! @F " # #$
"&$% " -/P?-/H.H # * # ( ! PBZ1a "曹艳玲#! CBDEJa "王稀玲# *h5S-5T-7/7Q;?67S7 X 65.T X - 8 4H/T.7Q5;HS 8 -//565567/ 8 H6HU5T-7/ 8 S59-H/T.-/A-6- V > ! f?5/=- F ( *G6>?<9:6 H$
;
?73>:8>?,
"农学学报#!
"#!
!
A
"
##
#$#&!" " -/P?-/H.H # * #0 ( ! NRZG`C "周党卫#! NRGC1 "朱文琰#! O3DENRR "腾中华# *B/T-7=-95T-UH;74 X 7>/9.7Q&6: F; 6<>N5757 I 9?>Na*QS749-QQHSH/T 56T-T>9H. F ( *#A7<,@,G6>?<9:6 H$
II
:7,4E+<57?6;F
"应用与环境生物学报#!
""%
!
H
"
$#$
)02&)2!
"
-/P?-/H.H
#
*

#2
(
!
R3O
"何
!
涛#!
CGJY
"吴学明#!
CBDEJI
"王学仁#
*W?7T7.
V
/T?HT-;;?5S5;THS-.T-;.7Q6H7/T7
X
79->46H7/T7
X
79-7-9H.
8
S7:-/
8
5T9-Q(
QHSH/T56T-T>9H.

F
(
*$389%681%6?,9:1D.3374,<81(7<1 "西北植物学报#! ""$
!
AD
"
#!
#$!$#2&!$!% " -/P?-/H.H # * !" ( ! NRZGFR "周冀衡#! CBDE1 "王 ! 勇#! fRBZ1 "邵 ! 岩# *O?H;74 X 5S-.7/7/T?H;7/TH/T7Q;?S747 X 65.T X - 8 4H/T.5/9U765T-6H5S7( 45T-;45THS-56.7QQ6>H(;>SH9T7@5;;7QS74974H.T-;5/95@S759 F ( *G6>?<9:6 H /><9<$
;
?73>:8>?9:P<75,?@78
F
"
D5T*f;-*39-*
#"湖南农
业大学学报-自然科学版#!
""$! B@ " ! #$
#!0&#%!
"
-/P?-/H.H
#
*

!#
(
!
RBDFe
"韩锦峰#!
aKGCA
"刘卫群#!
1BDEfA
"杨素勤#
*O?HHQQH;T7QT7@5;;75S745;74
X
7/H/T.-/9-QQHSH/T56T>T>9H.

F
(
*#A7<,@,
"6-9336
"中国烟草#!
#22%
!"
%
#$#&% " -/P?-/H.H # * !! ( ! YBFJ "马剑雄#! JGJ1 "徐兴阳#! aGZR1 "罗华元# *f>.;H X T-@-6-T V 7QQ6>H(;>SH9T7@5;;77Q9-QQHSH/TU5S-HT-H.T756T-T>9H F ( *"6-9336 (37,<3,E",3A<6:6 ;F "烟草科技#! ""2 !" % #$
%&$$
"
-/P?-/H.H
#
*
!编辑"宋亚珍#
!!
%#
#
期
!!!!!!!!!!!
王
!
京!等$海拔对白肋烟质体色素含量及相关基因表达的影响