外源物质降低白肋烟TSNAs含量及其机制的研究
白肋烟(Burley Tobacco)是混合型卷烟的重要原料之一，其品质以及有害物质的多少将会很大程度地影响烟制品的安全性。烟草特有亚硝胺(Tobacco-specifici nitrosamines，TSNAs)是烟草中致癌性很强的一类有害物质，降低TSNAs是目前国内外科学家非常关注的热点。当前工业上有些措施能够有效的降低TSNAs的累积量，但在农业上还没有一种能够推广的有效技术措施。近些年湖北烟草科研所通过多年的大田试验，发现白肋烟打顶后施用一系列的外源物质能够有效降低白肋烟TSNAs以及烟碱累积量，而且在农业上有大规模推广施用的前景。本研究以此为基础，从TSNAs合成前体物质及其关键基因表达和相关酶活性入手，试图从分子、生理和生化3个层面上揭示施用外源物质降低白肋烟TSNAs的机制。课题研究采用盆栽试验，研究白肋烟打顶后施用不同外源物质及其组合对TSNAs累积的影响及其可能机制。获得的主要结果如下:
1.打顶后施用外源物质，能够显著降低白肋烟中、上部叶片中TSNAs的含量，尤其是NNN和NNK的含量。中部叶片中TSNAs降幅为9.21％-39.33％，NNN+NNK降幅为5.58％-41.69％;上部叶片中TSNAs降幅为14.47％-29.43％，NNN+NNK降幅为11.18％-28.22％。其中YCL4(IAA)处理对中部叶片的降幅最大为39.33％，YCL5(NAA)对上部叶片的降幅最大为29.43％。综合考虑中部叶片和上部叶片中TSNAs的降幅，处理YCL6(IAA+NAA)的效果是最好的。总氮、总糖、钾和氯作为烟草品质的几个重要指标，施用外源物质后对于它们的影响不明显。
2.施用外源物质降低白肋烟中TSNAs含量归因于两个前体物质含量的降低。亚硝酸盐和烟碱是TSNAs生物合成的两个前体物质，施用外源物质后叶片中亚硝酸盐含量的降幅为12.76％-38.33％，中、上部叶片中烟碱含量降低的幅度分别为为18.30％-34.65％，19.55％-30.45％。另外，由于烟碱是NNN和NNK最直接的前体物质，所以施用外源物质对NNN和NNK降幅要大于对TSNAs降幅。
3.施用外源物质后叶片中亚硝酸盐含量下降的原因是施用外源物质显著抑制叶片中硝酸还原酶的活性，提高了叶片中硝酸盐的累积量。施用外源物质后硝酸还原酶的活性下降45.53％-66.24％，硝酸盐含量提高3.21％-71.35％。同时，硝酸还原酶活性下降是因为施用外源物质之后能够有效的降低叶片中硝酸还原酶基因的表达，降低倍数为7.45-212.51。
4.施用外源物质后叶片中烟碱含量下降的原因施用外源物质显著抑制白肋烟根系中烟碱合成过程中几个关键酶的活性。施用外源物质后，对精氨酸脱羧酶ADC影响不明显，但能够显著地抑制鸟氨酸脱羧酶(ODC)和喹啉酸磷酸核糖基转移酶(QPRT)的活性，其中ODC酶活性下降31.92％-91.54％，QPRT活性下降25.85％-46.71％。进一步分析表明:QPRT酶的活性和烟碱的含量呈显著正相关，与上、中部叶片中烟碱含量相关系数分别为0.824、0.897，故推测施用外源物质抑制QPRT酶活性是其能够有效降低烟碱含量最直接的原因。
5.荧光定量PCR实验结果表明，白肋烟根系中烟碱合成过程中几个关键酶活性下降是因为施用外源物质能够降低这几个关键酶相应基因的表达。具体来说，施用外源物质使得ODC基因的表达下调2.25-49.80倍，PMT基因的表达下调0.46-6.48倍，QPRT基因的表达下调0.96-3.10倍。
6.三种外源物质在调节烟碱合成存在不同的机制。对于IAA而言，打顶后施用IAA，它会作为一个负信号传导给烟草，从而使烟草根系中烟碱合成过程中ODC，PMT以及QPRT几个关键酶的基因下调表达，导致其活性相应的降低，抑制烟碱的合成。对于NAA，其作用可能和IAA类似，都起到负信号的作用，打顶后施用外源物质NAA，也能够使ODC，PMT以及QPRT几个关键酶的基因下调表达，导致其活性相应的降低，从而抑制烟碱的合成。但是对于SA的作用则和IAA、NAA不同。根据本研究结果推测，SA的作用可能是在一定范围内抑制IAA和NAA作为负信号调节烟碱的合成。即当SA和IAA、NAA中任何一种在一起时，SA的抑制作用很明显，烟碱的合成不再受负信号调控;当SA和IAA、NAA同时在一起时，SA的抑制作用则没有效果，烟碱的合成仍受到负信号的调控。
白肋烟;外源物质;烟草特有亚硝胺;酶活性
华中农业大学
硕士
植物营养学
徐芳森
2013
中文
S572
77
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）