烟碱是烟草体内特有的一种生物碱,其含量的高低是衡量烟草及其卷烟制品质量优劣的一个关键指标。为了探讨烟碱合成途径中相关酶活性及代谢产物与杂种优势的关系,为烟碱含量的遗传改良和调控提供依据。本研究选用烟碱含量差异较大的14个材料为亲本,采用NCⅡ遗传交配设计,配制出48个杂交组合,在烟草不同生育期测定了亲本及杂交组合中烟叶的烟碱含量,对烟叶烟碱含量的杂种优势表现进行了分析,探讨了烟碱含量及其杂种优势在不同生育期的变化规律,明确烟碱杂种优势表现的主要时期。筛选强、弱优势材料,采用酶联免疫法测定烟碱合成途径中相关酶活性,采用拟靶向代谢组学(LC-MC)测定烟碱合成途径中相关代谢产物相对含量,探讨了强弱优势组合中相关酶活性及代谢产物的差异,分析烟碱合成途径中相关酶活性及代谢产物与烟碱含量、杂种优势之间的关系。主要研究结果如下:1、烟碱含量动态分析表明,杂交组合烟碱含量整体变化趋势与亲本变化趋势一样,烟碱含量随着生长期的延后呈现上升趋势,不同材料在同一时期烟碱含量差异较大,同一材料在不同时期烟碱含量差异也很大。对随机选择的6个杂交材料不同时期烟碱含量杂种优势动态变化分析可知,各个杂交组合杂种优势值、杂种优势在各个时期表现的平均值都在移栽后74天都达到了最大,说明烟碱杂种优势在这一时期表现较好,因此选取这一时期作为杂种优势表现的关键时期。在这一时期Va116×巴斯玛的杂种优势较强,中亲优势为52.85%;K326×青梗的杂种优势较弱,中亲优势为-5.62%,筛选这两个组合为强、弱优势代表组合,用于烟碱杂种优势的形成与关键酶活性和代谢产物的关系研究。2、酶活性与烟碱含量分析可知,在组合K326×青梗中,A622酶活性与烟碱含量达到显著正相关,其他8个酶活性与烟碱含量但均未达到显著水平;在组合Va116×巴斯玛中,MPO、BBL酶活性与烟碱含量达到显著负相关,AO、A622酶活性与烟碱含量达到和显著正相关,PMT与烟碱含量达到极显著正相关。A622在两个组合中都与烟碱含量达到了显著水平,说明烟碱含量可能受A622酶活性的影响较大,即烟碱含量随着酶活性的A622增加而增加。杂交种烟碱合成途径中相关酶的酶活性高于亲本;酶活性表现最强的是QS和ADC,MPO和BBL表现较高,其余酶活性表现较弱;强弱优势组合酶活性与其亲本之间的酶活性都达到极显著差异。酶活性相对表达量在强弱优势组合差异最大的是PMT、其次为BBL、QPT,PMT和QPT酶活性在强优势组合中减弱,BBL酶活性在强优势组合中增加。对差异酶的酶活性相对表达量与烟碱含量、杂种优势值进行相关性分析可知,PMT、QPT、BBL与烟碱含量、杂种优势相关系数最大的是PMT,其次为QPT,最后为BBL。说明对烟碱合成途径中杂种优势影响最大的酶是PMT,其次为QPT。此外,酶活性相对表达量之间存在互作关系,PMT与QPT呈极显著正相关,两者共同作用从而影响烟碱杂种优势的表现。3、对烟碱合成途径中代谢产物测定后进行相关性分析,结果表明聚类热图和PCA得分均显示强优势组合与双亲代谢产物的差异大于弱优势组合与双亲的代谢产物的差异。代谢产物在强弱优势组合间差异较大的有腐胺、鸟氨酸、N-甲基吡咯烷盐、天冬氨酸、NAMN(烟酸单核苷酸)、胍基丁胺,其中腐胺、鸟氨酸、N-甲基吡咯烷盐、胍基丁胺代谢产物含量在强优势组合中增加,天冬氨酸、NAMN(烟酸单核苷酸)代谢产物含量在强优势组合中降低。对差异代谢产物在强弱优势组合中的相对表达量与烟碱含量、杂种优势值进行相关性分析可知,烟碱合成途径中代谢产物NAMN(烟酸单核苷酸)的相对表达量与烟碱含量、烟碱杂种优势达到了极显著正相关,天冬氨酸、鸟氨酸与烟碱含量、烟碱杂种优势呈负相关,腐胺、N-甲基吡咯烷盐、胍基丁胺与烟碱含量、烟碱杂种优势呈正相关,都未达到显著水平,除NAMN外,腐胺与烟碱含量、烟碱杂种优势的相关系数达到最大,分别为0.74、0.64。说明影响烟碱杂种优势形成的关键代谢产物是NAMN(烟酸单核苷酸),其次为腐胺。以上结果说明影响烟碱杂种优势形成的关键酶是PMT,其次为QPT;关键代谢产物是NAMN(烟酸单核苷酸),其次为腐胺;喹啉酸磷酸核糖基转移酶(QPT)催化其底物喹啉酸形成NAMN(烟酸单核苷酸)以及腐胺-N-甲基转移酶(PMT)催化其底物腐胺形成N-甲基腐胺是烟碱杂种优势形成的两个关键环节。研究结果可为烟碱含量杂种优势的调控提供理论参考。