不同基因型烤烟对光温环境的生理生化响应研究

通过盆栽试验，研究了K326和CB-1两种不同基因型烤烟苗期在植物生长箱中的强光高温和温室中自然光温环境下的生理响应和蛋白质表达差异，并探讨了其应对强光高温的生理生化适应机制。该研究结果可为福建特色优质烟叶生产中烟叶风格和品质形成机理研究提供理论参考。（1）两种基因型烤烟的光合特性对不同光温环境的响应存在差异。本试验烤烟苗期叶片的叶绿素（Chl）含量受基因型和光温环境的影响，类胡萝卜素（Car）含量只受基因型与环境互作效应的影响；气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）、羧化效率（CE）受基因型、光温环境以及二者互作效应的共同影响；1,5-二磷酸核酮糖羧化酶（Rubisco）活性受光温环境和基因型与环境互作效应的影响，以环境影响为主；净光合速率（Pn）只受环境效应的影响；叶绿素荧光参数中，暗适应下初始荧光（Fo）、光化学猝灭系数（qP）、光下实际光化学效率（ΦPSⅡ）和PSⅡ反应中心的过剩光能（Ex）只受环境效应的影响，可变荧光（Fv）受光温环境以及基因型与环境互作效应的影响。强光高温处理后，虽然两基因型烤烟叶片光合能力增强，但是烟叶光合机构易受破坏，烤烟叶片PSⅡ反应中心的开放程度降低，用于光化学反应的能量比例相对减少，将更多的吸收光能分配给天线热耗散和反应中心的非光化学反应耗散途径。强光高温处理后CB-1的PSⅡ活性降低幅度较大。（2）两种基因型烤烟的干物质积累和分配对不同光温环境的响应存在差异。在温度较低的情况下有利于CB-1地上部生物量的积累，而在强光高温条件下K326表现出明显的生长优势。从产量和品质的角度来看，强光高温不利于CB-1烟叶产量和品质的提高。（3）两种基因型烤烟各器官可溶性总糖、蔗糖和淀粉含量对不同光温环境的响应存在差异，烤烟各器官蔗糖含量受基因型、光温环境以及二者互作效应的共同影响，烤烟不同器官中可溶性总糖和淀粉的影响因素不同，各因素对其的影响程度也不同。不同基因型烤烟叶片蔗糖磷酸合成酶（SPS）、酸性转化酶（AI）、蔗糖合成酶（SS）、硝酸还原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性对强光高温的响应程度存在差异。强光高温处理后两基因型烤烟叶片的SPS、AI、SS、GS活性均升高，NR活性下降。烟叶SPS活性受基因型和光温环境的影响，AI、SS、NR活性受基因型、光温环境以及二者互作效应的共同影响，GS活性只受环境效应的影响。（4）两种基因型烤烟各器官总氮、磷、钾、烟碱对不同光温环境的响应存在差异。基因型效应对烤烟各器官磷、烟碱含量的影响最大，烤烟不同器官中总氮和钾含量的影响因素不同，各因素对其的影响程度也不同。（5）不同基因型烤烟叶片抗氧化系统及膜脂过氧化水平对不同光温环境的响应存在差异。强光高温处理后，两基因型烤烟叶片的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、脂氧合酶（LOX）、多酚氧化酶（PPO）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性均升高，CB-1烤烟叶片过氧化氢酶（CAT）活性降低，两基因型烤烟叶片的丙二醛（MDA）含量下降，两基因型烤烟叶片的H2O2含量升高。强光高温处理后，K326烤烟叶片的SOD、POD、APX、PPO、PAL活性升高程度较大，CB-1烤烟叶片的LOX活性升高程度较大。强光高温环境下，CB-1烤烟叶片SOD、POD、APX、PAL活性低于K326，MDA含量高于K326；两种光温环境中CB-1烤烟叶片LOX活性均高于K326。说明在强光高温环境下CB-1易受到氧化伤害，K326的抗氧化能力较强。烤烟苗期叶片的SOD、POD、CAT、APX、LOX、PPO、PAL活性受基因型、光温环境以及二者互作效应的共同影响；MDA含量受光温环境和基因型影响，以环境影响为主；H2O2含量受光温环境、基因型以及二者互作效应的影响。（6）采用蛋白质组学研究了不同光温环境下烤烟叶片的差异蛋白表达情况。经MALDI-TOF/TOF质谱仪分析和数据库检索，成功鉴定了25个蛋白点，共21种蛋白质。分析结果表明，强光高温处理后两基因型烤烟叶片参与光合作用光反应的蛋白和CO2固定的酶、参与光呼吸途径的酶、能量代谢相关酶、抗逆和防御相关蛋白的表达量上升；参与光合电子传递的酶、光系统Ⅱ中的蛋白、细胞物质合成代谢相关蛋白表达量下降。即这两种基因型烤烟的蛋白表达对强光高温的响应规律基本一致，烤烟叶片的蛋白表达受光温环境的影响较大。两种光温环境中，胁迫诱导的叶绿体应激蛋白（CDSP32protein）在CB-1中均特异表达，且强光高温处理后该蛋白上调表达。基因型不同，在相同光温环境下烤烟的蛋白表达量和种类也存在差异。25个差异蛋白点中，只有胁迫诱导的叶绿体应激蛋白（CDSP32protein）受基因型效应影响最大，其它蛋白点都主要受光温环境的影响。蛋白质组学分析结果与生理学分析结果都表明，在本试验温度较低的温室条件下，CB-1具有较强的生长优势，说明CB-1适合于早栽，而早栽可能不利于K326生长；CB-1较易受到强光高温的伤害，K326对强光高温的耐受性较强。福建生态条件下，CB-1应尽可能早栽，避开烤烟生产后期特别是6月下旬以后的强光高温天气较有利于其烟叶产量和品质的形成。