烤烟碳氮代谢关键酶活性动态及其与类胡萝卜素关系研究

烟叶衰老过程中类胡萝卜素代谢及相关基因表达分析作者：文利超吴凤燕李伟郭永峰来源：《中国烟草科学》2019年第04期摘要：成熟葉片中类胡萝卜素含量与烟叶品质密切相关。

为探究烟草叶片衰老过程中类胡萝卜素组分变化及代谢相关基因表达情况，本研究以普通烟草红花大金元为材料，采用液相色谱法测定不同发育时期烟叶中新黄质、叶黄质和β-胡萝卜素的含量;通过转录组数据分析结合实时荧光定量PCR（qRT-PCR）方法，分析烟草叶片衰老成熟过程中类胡萝卜素代谢相关基因的表达变化。

结果显示，烟草进入成熟衰老期叶片中新黄质、叶黄质、β-胡萝卜素含量逐渐降低;类胡萝卜素合成基因GGPS、PSY、PDS、ZDS、CRTISO、LYCB和LYCE呈现下调表达，类胡萝卜素降解基因LOX、POD和CCD1呈现上调表达，PAL和PPO呈现下调表达。

类胡萝卜素转化基因ZEP、NXS、NCED呈上调表达。

类胡萝卜素合成相关转录因子基因ORANGE、HY5、COP1、DET1呈现下调表达，而MYB5b、Cry-2呈现上调表达。

随着烟叶成熟衰老，类胡萝卜素合成减弱，而降解增强。

研究结果为烟叶成熟衰老过程中类胡萝卜素代谢的分子调控及针对类胡萝卜素含量定向改良烟草品种奠定了基础。

关键词：类胡萝卜素;转录组;类胡萝卜素代谢基因;qRT-PCR;烟草中图分类号：S572.03 文章编号：1007-5119（2019）04-0062-07 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2019.04.010Analysis of Carotenoid Metabolism and Related Gene Expressions during Senescence of Tobacco LeavesWEN Lichao1，2， WU Fengyan1， LI Wei1*， GUO Yongfeng1*（1. Tobacco Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences， Qingdao 266101， China; 2. Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China）Abstract：Carotenoid content in mature leaves is important for tobacco quality. In order to explore the changes of carotenoid components and related gene expression during tobacco leaf senescence， the contents of neoxanthin，lutein and β-carotene in the middle leaves of Honghuadajinyuan were analyzed in leaves from different developmental stages using liquid chromatography. Meanwhile， the expression of genes related to carotenoid metabolism was analyzed based on transcriptome data and quantitative real-time PCR verification. The results showed that the contentsof neoxanthin， lutein，and β-carotene in tobacco leaves gradually decreased during tobacco leaf senescence and the carotenoid synthesis genes GGPS，PSY，PDS，ZDS，CRTISO，LYCB and LYCE were down-regulated. The carotenoid-degrading genes LOX，POD and CCD1were up-regulated and PAL and PPO were down-regulated. The carotenoid converting genes ZEP，NXS and NCED were up-regulated.The transcription factors involved in the carotenoid synthesis process ORANGE，HY5，COP1and DET1were down-regulated， while MYB5b and Cry-2were up-regulated. The results showed that， with the aging of tobacco leaves， the synthesis of carotenoids decreased and the degradation increased. The results from this study will facilitate in depth understanding of the molecular regulation of carotenoid metabolism during the maturation and senescence of tobacco leavesand promote genetic improvement of tobacco varieties targeting carotenoid content.Keywords：carotenoids; transcriptome; carotenoid metabolic genes;qRT-PCR; tobacco类胡萝卜素是由8个异戊二烯单位组成，主要呈现红色、橙红色和黄色的色素物质。

不同烤烟品种碳氮及其次生代谢相关酶的动态变化研究陈波;潘文杰;陈伟;孟玉山;宗学凤;王三根【期刊名称】《中国农学通报》【年(卷),期】2013(29)34【摘要】为烤烟品种的推广应用及其品质鉴定提供理论支撑,以‘云烟87’、‘遵烟6号’和‘K326’为材料,研究了不同品种烤烟在移栽后0—45天碳氮及其次生代谢相关酶活性的动态变化。

结果表明,(1)3种烤烟品种淀粉酶都随移栽时间呈逐渐上升的趋势,其中移栽后45天‘云烟87’的淀粉酶活性值最大。

(2)‘云烟87’烟叶蔗糖合成酶活性随着生育期迅速上升;‘遵烟6号’烟叶蔗糖合成酶活性生育期相对稳定;‘K326’烟叶蔗糖合成酶活性呈现先下降后上升的趋势,与其他品种相比,在移栽后30—45天酶活性较低。

(3)‘云烟87’的烟叶蔗糖转化酶活性先缓慢上升,30天后较为稳定‘;遵烟6号’烟叶蔗糖转化酶活性在生育期一直较为稳定;‘K326’的烟叶蔗糖转化酶活性呈现出先升后降的变化趋势。

移栽后30—45天,‘云烟87’和‘遵烟6号’烟叶蔗糖转化酶活性都高于‘K326’。

(4)‘云烟87’硝酸还原酶活性在上升至15天后较稳定,‘遵烟6号’表现出较大的波动,‘K326’呈现逐渐下降的趋势。

(5)‘云烟87’烟叶的苯丙氨酸裂解酶活性呈现先略微升高随后下降的变化趋势;‘遵烟6号’和‘K326’均随着生育期呈现升-降-升的变化趋势。

总之‘,云烟87’具有更强的碳氮代谢和次生物质代谢能力。

【总页数】5页(P66-70)【关键词】烤烟;碳氮代谢;次生代谢;酶【作者】陈波;潘文杰;陈伟;孟玉山;宗学凤;王三根【作者单位】西南大学农学与生物科技学院;贵州省烟草科学研究所【正文语种】中文【中图分类】S572【相关文献】1.烤烟打顶后不同部位烟叶碳氮代谢关键酶活性的动态变化及相关分析 [J], 吕中显;赵铭钦;赵进恒;张迪;张学杰;刘洪华2.不同烤烟品种碳氮代谢关键酶和品质指标比较 [J], 张玲;翟欣;许自成;陈雪;黄化刚;胡玮3.不同烤烟品种成熟期碳氮代谢关键酶活性的变化 [J], 陈永明;王行;赵伟才;罗慧红4.不同生态环境烤烟品种碳氮代谢关键酶活性及其与致香物质的关系 [J], 杨志晓;王轶;王志红;史跃伟;谢升东;王仁刚;郭玉双;任学良;杨铁钊5.不同生态环境烤烟品种碳氮代谢关键酶活性及其与致香物质的关系 [J], 杨志晓;王轶;王志红;史跃伟;谢升东;王仁刚;郭玉双;任学良;杨铁钊;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

烘烤过程中烤烟类胡萝卜素类及多酚的变化刘晓迪;景延秋;宫长荣【期刊名称】《烟草科技》【年(卷),期】2013(000)012【摘要】为探究烘烤过程中烤烟中类胡萝卜素类和多酚类的变化,为增加河南烤烟香气前体物含量提供理论依据,选用河南典型烤烟品种中烟100和秦烟96,利用高效液相色谱法(HPLC)测定了烟叶类胡萝卜素类和多酚类的含量.结果表明:①不同品种烤烟的类胡萝卜素类在变黄前期均大量降解,后期趋于稳定;鲜烟叶中以秦烟96的类胡萝卜素类含量较高,在烤后秦烟96和中烟100中的含量接近.②在烘烤过程中,两种烤烟的多酚含量总体呈现上升趋势;中烟100的多酚含量在整个烘烤过程中均高于秦烟96,前者在烘烤过程中呈现不规则变化,后者则缓慢持续增加.③开烤到38℃前是类胡萝卜素类降解的关键时期;④基因型是影响烤烟中多酚类含量的重要因素.【总页数】4页(P41-44)【作者】刘晓迪;景延秋;宫长荣【作者单位】河南农业大学烟草学院,郑州市文化路95号 450002;河南农业大学烟草学院,郑州市文化路95号 450002;河南农业大学烟草学院,郑州市文化路95号450002【正文语种】中文【中图分类】TS441【相关文献】1.不同烤烟品种成熟及烘烤过程中类胡萝卜素含量分析 [J], 杨虹琦;陈若星;张发明;李永智;白柯;周冀衡2.复烤过程中B4F烤烟烟叶类胡萝卜素和西柏烷类降解产物的变化 [J], 阴耕云;徐世涛;阮昕;魏杰;刘劲芸;候读成3.烤烟密集烘烤变黄期类胡萝卜素及其降解香气成分的变化 [J], 宋朝鹏;武圣江;高远;许自成;张卫建;宫长荣4.烤烟NC55不同部位叶片在烘烤过程中多酚氧化酶活性变化动态研究 [J], 刘凯;刘朋;苑亚汝;徐赛;李建东;刘成林;赵环宇;王玉军5.成熟度对不同烤烟品种烘烤过程中多酚类物质含量及PPO活性变化的影响 [J], 李晓辉;甄焕菊;牛慧伟;李雪利;赵铭钦;典瑞丽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

烟草碳氮代谢及其调控技术研究进展摘要：烟草在进行代谢的过程中，碳氮代谢在其中饰演着十分重要的角色，它会在一定程度上对烟草的生长带来影响。

文中首先对当前我国烟草在进行碳氮代谢过程中的状况进行了分析，并分析了影响代谢的主要因素以及调控技术，希望能够为我国烟草质量以及产量的提高提供帮助。

关键词：烟草；碳氮代谢；现状；影响技术一、当前我国烟草碳氮代谢的状况1.1当前我国烟草氮代谢的主要特征在烟草的生长过程中，经过氮代谢能够促进其叶片的生长，并且氮元素能够被烟叶有效吸收，促进其生长，在吸收氮元素的过程中，烟草会吸收一定量的硝态氮，但其中含有的氮具有强氧化性，另外，烟草中所含有的蛋白质具有还原性，基于此，需要对烟草进行还原处理，才能帮助其吸收足量的硝态氮。

而烟草在进行氨态氮吸收时会吸收大量的氨气以及铵根离子，同时能够还能够释放出某些谷氨酸组织。

通过调查可以发现，硝酸在烟草氮元素代谢过程中还能够起到还原剂的作用，无论是帮助烟草进行代谢还是促进烟草活性具有很大的作用。

1.2当前我国烟草碳代谢的主要特征与氮代谢不同的是，碳代谢有着相对复杂的过程，烟草在进行碳代谢的过程中会释放出一定量的氧气，另外，还能够在光合作用下对反应产物进行划分。

烟草在代谢的整个环节，会产生一定量的糖类促进烟草脂类、蛋白质等物质的代谢。

烟草进行碳代谢是一项比较复杂的过程，其不仅仅会涉及到多种物质的参与，还会产生一定量的亲水型含氮化合物，这些均能够在一定程度上提高烟草的质量以及产量。

1.3 目前烟草碳氮代谢过程和质量、产量之间联系烟草在进行碳氮代谢的过程中产生的物质会对其质量以及产量的好坏带来影响。

其在进行代谢的过程中会产生一定量的碳水化合物以及氮化合物，这些均会对烟草的生长带来一定影响。

通过分析碳氮比可以对其受环境影响的发现进行分析，即碳氮比越大，则可以表明烟草代谢过程受环境影响是较小的。

基于此，研究人员可以通过分析碳氮比来对烟草质量以及产量进行评价。

密集烘烤定色期烟叶类胡萝卜素降解及相关酶活性变化宋朝鹏;高远;武圣江;许自成;宫长荣;张卫建【期刊名称】《中国农业科学》【年(卷),期】2009(042)008【摘要】[目的]研究密集烘烤定色阶段烤烟类胡萝卜素降解及相关酶活性的变化,为密集烤房烘烤工艺优化和完善提供理论依据.[方法]采用河南农业大学设计的电热式温湿自控密集烤烟箱,按照低温中湿变黄、中湿定色烘烤工艺,对比研究定色期不同升温速度对类胡萝卜素各组分含量变化及相关酶活性的影响.[结果]类胡萝卜素含量随烘烤过程推进逐渐降低,慢速升温烘烤(T1)类胡萝卜素各组分(β-胡萝卜素、叶黄素、新黄质、紫黄质)降解量相对较大,比快速升温烘烤(T2)分别高10%、2%、32%和32%,但处理问差异不显著(P＞0.05).烘烤条件对酶活性影响显著,并且脂氧合酶(LOX)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)对烟叶烘烤质量的影响是双向的,定色前期相对较高的酶活性有利于生成更多的香气前体物质.[结论]慢速升温定色能很好地调控各种酶活性的变化,使细胞氧化还原反应达到一种动态平衡,使类胡萝卜素充分降解,又能避免酶促棕色化反应的发生,为进一步改善烟叶品质和优化密集烤房增香工艺提供参考.【总页数】7页(P2875-2881)【作者】宋朝鹏;高远;武圣江;许自成;宫长荣;张卫建【作者单位】南京农业大学农学院,南京,210095;河南农业大学烟草学院,郑州,450002;河南农业大学烟草学院,郑州,450002;河南农业大学烟草学院,郑州,450002;河南农业大学烟草学院,郑州,450002;河南农业大学烟草学院,郑州,450002;南京农业大学农学院,南京,210095【正文语种】中文【中图分类】S6【相关文献】1.密集烘烤定色期升温速度对烤烟类胡萝卜素降解和颜色的影响 [J], 詹军;周芳芳;贺帆;李伟;王涛;宫长荣2.密集烘烤定色和干筋期风机转速对上部烟叶外观质量和内在品质的影响 [J], 詹军;贺帆;宋朝鹏;李伟;刘冲;宫长荣3.密集烘烤定色期升温速度对上部烟叶吸食品质的影响 [J], 詹军;李伟;王涛;刘建军;贺帆;宫长荣4.烤烟密集烘烤变黄期类胡萝卜素及其降解香气成分的变化 [J], 宋朝鹏;武圣江;高远;许自成;张卫建;宫长荣5.密集烘烤变黄期和定色期关键温度点延长时间对上部烟叶质量的影响 [J], 王涛;毛岚;范宁波;符宗伟;唐荣禄;蒋利明;张军刚;张豹林;杨树虹因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

烟草类胡萝卜素代谢的遗传研究及基因工程研究进展摘要：烟草类胡萝卜素具有重要的生物学功能，近年来一直是研究的热点。

本文综述了烟草类胡萝卜素合成和降解途径及关键酶基因的分离、调控，以及类胡萝卜素基因工程研究进展，同时对烟草类胡萝卜素以后的研究方向和应用前景进行了讨论和展望。

植物中的类胡萝卜素是生物体内通过类异戊二烯途径合成而呈现黄色、橙红色和红色的一大类萜类色素物质，主要是含有40个碳原子的萜类色素。

类胡萝卜素在光合作用中担负着光吸收辅助色素的重要功能，它在提高光合效率、保护光合器官、防止光氧化损伤等方面起着重要作用[1,2]。

类胡萝卜素也是许多植物花和果实中的重要色素，赋予植物花、果实等器官绚丽的色彩。

此外，植物类胡萝卜素还是植物激素(如ABA，独脚金内酯等)、防御化合物和风味芳香物等许多生理活性物质生物合成的前体[3-6]，因此，研究类胡萝卜素具有重要的现实意义。

1. 类胡萝卜素的代谢途径1.1类胡萝卜素的生物合成过去的若干年里，对于植物类胡萝卜素的生物合成已经有较深入的研究。

几乎所有与编码绿色植物类胡萝卜素生物合成相关酶类的基因和cDNA都已经进行了鉴定或测序[7]，编码的蛋白质等产物的特性也进行了相关分析，这为基因工程改良作物中类胡萝卜素的种类及含量奠定了重要基础。

烟草中存在的类胡萝卜素主要有八氢番茄红素、叶黄素、a，β-胡萝卜素、新叶黄素和叶红素等。

烟草中类胡萝卜素在质体中合成（见图1），其前体物质IPP 通过3－磷酸甘油醛／丙酮酸途径合成类胡萝卜素，其生物合成主要是先合成前体物异戊烯焦磷酸(IPP)，IPP和其异构体二甲基丙烯基焦磷酸(DMAPP)缩合形成牻牛儿基焦磷酸，再与2个IPP在牻牛儿牻牛儿基焦磷酸合成酶(GGPS)催化下合成牻牛儿牻牛儿基焦磷酸(GGPP)，GGPP是植物多种物质生物合成的共同前体。

然后2分子的GGPP由八氢番茄红素合成酶(PSY)催化形成无色的八氢番茄红素。

后者在八氢番茄红素脱氢酶(PDS)和ζ－胡萝卜素脱氢酶(ZDS)的作用下形成红色的番茄红素。

烤烟碳氮代谢关键酶活性动态及其与类胡萝卜素关系研究杨志晓1，史跃伟1，林世峰1，王志红1，谢升东1，任学良1*（贵州省烟草科学研究院，贵阳550081）摘要：以红花大金元、K326为试验材料，采用大田种植方式，研究了不同基因型烤烟叶片碳氮代谢关键酶的活性动态及其与类胡萝卜素的相关性。

结果表明，在烟草生长发育过程中，硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、蔗糖转化酶和淀粉酶活性均呈现先上升后降低的变化规律，硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和淀粉酶在移栽后60 d达到最大值，而蔗糖转化酶活性最大值出现在移栽后75 d。

类胡萝卜素各组分（β-类胡萝卜素、叶黄素、新黄质和紫黄质）含量随着生育进程的推移，呈下降趋势。

在整个生育期内，红花大金元叶片硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、蔗糖转化酶和淀粉酶活性以及类胡萝卜素各组分含量均高于K326。

相关分析结果表明，蔗糖转化酶活性与类胡萝卜素各组分含量呈显著负相关。

关键词：烤烟；碳氮代谢；酶；类胡萝卜素；相关分析中图分类号：S572.01 文献标识码：A 文章编号：Dynamic of Key Enzymes Activity Involved in Carbon and Nitrogen Metabolism in Flue-cured Tobacco and their Correlation with CartenoidsYANG Zhixiao1, SHI Yuewei1, LIN Shifeng1, WANG Zhihong1, XIE Shengdong1, REN Xueliang1*(Guizhou Academy of Tobacco Science, Guiyang 550081, China)Abstract: The dynamic of key enzyme activities involved in carbon and nitrogen metabolism in different flue-cured tobacco cultivars were studied with K326 and Honghuadajinyuan in field condition, and their correlations with cartenoids was also investigated. The results showed that the activities of nitrate reductase, glutamine synthetase, invertase and amylase all increased at the earlier stage and decreased at later stage in the growth and development period of tobacco. The activities of nitrate reductase, glutamine synthetase, and amylase reached maximum at 60 d after transplanting, but the peak activity value of invertase was at 75 d after transplanting. The contents of carotenoids components (β-carotene, lutein, neoxanthin, violaxthin) decreased gradually with the proceeding of tobacco growth and development process. In the whole growth period, Honghuadajinyuan had higher enzyme activity and carotenoids content than K326. There was significant negative correlation between the activity of invertase and the contents of carotenoids components.Keywords: tobacco; carbon and nitrogen metabolism; enzyme; carotenoids; correlation近年来，我国烟叶生产水平大幅提升，烟叶生长的整齐度和烤后烟叶质量的均衡性大大提高[1]；但与国外优质烤烟相比，香气质差、香气量不足、化学成分不够协调仍是影响我国烟叶质量提高的制约性因素[2]。

氮对烤烟植株内生理活性物质的影响方平;阳显斌;彭友;王增平;张婕;李中权;孟祥【摘要】烤烟是对氮营养需求量比较高的农作物之一,氮肥施用量的高低直接影响烤烟的最终产量的形成以及烟叶的品质,同时也会影响烤烟生长过程中的生理活动,即从外在表现上则是不同生理活性物质活性或者含量的变化.详细分析了氮对烤烟硝酸还原酶活性、谷氨酞胺合成酶活性的影响规律,明确了氮对烤烟叶片内色素、蛋白质、氨基酸、烟碱含量的影响规律,以期为烤烟生产中科学合理地施用氮肥提供理论依据.【期刊名称】《天津农业科学》【年(卷),期】2017(023)009【总页数】4页(P62-64,81)【关键词】氮肥;烤烟;生理活性物质【作者】方平;阳显斌;彭友;王增平;张婕;李中权;孟祥【作者单位】遵义市烟草公司习水县分公司,贵州习水564600;遵义市烟草公司习水县分公司,贵州习水564600;遵义市烟草公司习水县分公司,贵州习水564600;遵义市烟草公司习水县分公司,贵州习水564600;遵义市烟草公司绥阳县分公司,贵州绥阳563300;遵义市烟草公司习水县分公司,贵州习水564600;遵义市烟草公司习水县分公司,贵州习水564600【正文语种】中文【中图分类】S572氮是烤烟生长过程中非常重要的营养物质之一，生长季节供应量的高低直接影响烤烟的生长，同时也影响烤烟最终产量的形成，并且对烟叶的品质也有比较大的影响[1]。

除此之外，氮营养也会影响烤烟的生理活动，直接影响烤烟植株内不同生理活性物质的含量变化以及生理活性的高低，例如硝酸还原酶等一系列酶的活性，氨基酸、蛋白质、烟碱的含量变化等，均与氮营养的供应量高低有直接的关系[2]。

笔者将重点分析氮对烤烟植株内生理活性物质的影响，以分析氮元素对烤烟生理作用的影响规律，为烤烟生产中合理地施用氮肥提供理论依据。

硝酸还原酶是烤烟内吸收的硝态氮转化的重要酶，是影响硝酸盐同化速率的重要酶，对于烤烟在生长过程中对氮营养的利用具有重要作用，特别是烤烟对硝态氮的利用效率，该酶是判断烤烟氮代谢强度的重要指标，所以该酶活性的高低直接反映了烤烟对硝态氮的利用效率[3]。