烟草是我国重要的经济作物之一,烟叶的品质由外观质量和香气品质共同决定。类胡萝卜素的含量对烟叶外观质量影响显著,其降解形成的香气产物,不但阈值低、香气质好和刺激性小等特点,还具有醇和烟气和减少刺激性的作用,对烟叶香气品质影响巨大。本文对烟草类胡萝卜素的代谢和调控机理进行研究,分析品种间类胡萝卜素降解差异的原因及与降解产物含量的关系,旨在为以提高烟草香气品质为目的的育种工作和调控技术提供理论帮助。主要研究结果如下:1品种间类胡萝卜素降解及其降解产物含量存在差异通过研究不同品种类胡萝卜素的代谢规律,分析了类胡萝卜素的降解量与其降解产物含量的关系。结果表明,烤烟叶片的类胡萝卜素含量在叶龄20-30d达到峰值后开始逐渐下降,其最大积累量,品种间类胡萝卜素的降解量在生长期间的各个阶段和烘烤期间均存在很大差异。类胡萝卜素的降解产物的积累以烟叶生长期间为主,且品种间差异显著。降解产物组分的含量较高的为β-大马酮,其次为法尼基丙酮和巨豆三烯酮的4种同分异构体。品种间类胡萝卜素降解产物含量与组分含量均存在品种间的差异。降解量大的品种黄烟比例高,烟叶香气质,香气量和浓度较高。香气物质总量和主要组分与生长期间、烘烤期间和总的类胡萝卜素降解量呈显著或极显著正相关。通过品种选育和调控措施促进类胡萝卜素的降解,特别是生长期间类胡萝卜素的降解,有利于提升烟叶的外观质量和香气品质。2不同品种类胡萝卜素代谢的存在差异,对高温强光的响应差异显著通过设置高温强光,高温中光,中温强光和中温中光4个处理,研究了类胡萝卜素色素组分含量的代谢规律,结果表明,类胡萝卜素的降解量大的品种色素蛋白复合体稳定性低,氮素营养降解量大,抗氧化能力弱和裂解酶活性较高,品种间类胡萝卜素代谢相关指标差异显著。高温和强光处理下色素蛋白和可溶性蛋白含量下降,超氧阴离子自由基和H2O2积累量高,而SOD和LOX活性较低,活性氧清除能力弱,促进细胞衰老和类囊体片层减少,游离态类胡萝卜素含量高,CCD相对表达量较高。其中烟叶类囊体膜的蛋白质降解和类囊体膜的破坏是类胡萝卜素降解的主要影响因素。高温强光处理下类胡萝卜素生长期间的降解量大,总降解量大,其次是高温中光处理,中温中光处理最低。品种和温度因素对类胡萝卜素降解的贡献率较大,其次是光照强度。结果表明,类胡萝卜素代谢和烟叶生长的相关指标与类胡萝卜素的降解量和降解产物的含量关系密切,与烟叶的色素蛋白复合稳定性,衰老速度和衰老程度,裂解酶活性有关,高温和强光是烟叶类胡萝卜素降解并积累降解产物的促进因素。3蛋白质组学分析验证了类胡萝卜素代谢的差异点对不同光温处理下的烟叶用非标记定量技术进行分析,得到烟叶差异蛋白点3274个,对差异显著的蛋白进行功能分析,结果表明,高温强光处理与中温中光处理相比,差异蛋白与叶绿体或光合作用、内质网加工有关,参与了离子束缚,聚合物,细胞器,抗氧化系统,类胡萝卜素代谢等过程,分别在生物过程差异点。不同品种间的差异蛋白也主要表现在叶绿体和光合作用、内质网结合蛋白合成,抗氧化酶和类胡萝卜素代谢等代谢中,此外还有抗逆和细胞死亡等过程。说明在蛋白质组学层面,处理间和品种间均存在差异,而这些差异点与类胡萝卜素的生理代谢差异点相一致。4品种间氮素代谢特性的差异影响类胡萝卜素的降解过程通过设置三个水平的氮素处理,分析了烟叶氮代谢与类胡萝卜素积累和降解,烟叶衰老和降解产物形成的品种间差异,结果表明,不同品种间可溶性蛋白和总氮的降解,氮代谢相关酶活性,特别是GS活性的变化规律,和氨气补偿点和氨挥发量的差异,说明品种间烟叶的氮素营养的降解和分配存在显著差异。随着施氮量增大豫烟10号的烟叶类胡萝卜素的最大积累量和降解量增大,NC89以中氮条件下最高,品种间存在差异。豫烟10号耐氮肥性强,表现在对氮素的积累的响应是通过氨挥发的再转移,而NC89是再合成;豫烟10号即使在高氮条件下也能保持较快的衰老速度和较高的衰老程度,表现在氮素营养物质降解量大,叶片铵浓度积累较高,氨挥发量大,抗氧化酶活性较低,脂氧合酶活性较高,CCD相对表达量大,在不同施氮量条件下与NC89差异显著。类胡萝卜素最大积累量高,降解量大,降解产物的含量也高。因此应根据品种的氮代谢和衰老特性,选择合适的施氮量,有利类胡萝卜素降解和降解产物积累。5成熟度增加促进了烟叶衰老和类胡萝卜素降解通过对生长期间烟叶设置四种不同的采收成熟度,分析了烟叶成熟度与类胡萝卜素积累和降解,烟叶衰老和降解产物形成的品种间差异,结果表明,类胡萝卜素含量随着烟叶成熟度的增加持续下降,NC89的类胡萝卜素含量均显著高于豫烟10号,但豫烟10号降解量较大。豫烟10号总氮和可溶性蛋白降解较快,抗氧化酶活性低,膜脂过氧化程度高,而耐熟性较强,说明其衰老速度快,其类胡萝卜素即使在欠熟期含量较低的情况下仍具有较高的降解量。适当推迟采收,提高了烟叶总糖和还原糖含量,氮素营养也不断降解,化学成分协调。采收过晚时则品质下降。类胡萝卜素的降解产物总量及主要组分含量也以成熟后5d采收较高,但豫烟10号前期衰老较快,后期对衰老敏感,与NC89相比差异显著。因此应综合品种的代谢特性、成熟时的衰老程度、营养物质的含量、烟叶的耐熟性等因素选择适宜的采收时期,才有利于类胡萝卜素的降解和品质的提升。6外源物质类胡萝卜素降解过程有显著的调节作用通过喷施对类胡萝卜素代谢影响较大的六种外源物质,分析了类胡萝卜素积累和降解状况,结果表明,水杨酸提高了类胡萝卜素含量,烟叶衰老程度降低,类胡萝卜素降解产物含量减少。脱落酸和二硫苏糖醇降低了类胡萝卜素的含量,促进了烟叶衰老和类胡萝卜素降解产物的形成。β-胡萝卜素和叶黄素提高类胡萝卜素含量的同时,其降解产物含量也提高,对类胡萝卜素降解产物的组分也有影响。豫烟10号以β-胡萝卜素和叶黄素处理下类胡萝卜素降解产物增加幅度较大;而NC89以脱落酸和二硫苏糖醇处理下最高。GS抑制剂,有效增加了烟叶的衰老程度,但抑制了酶活性和植物的代谢,对香气成分的增加贡献不大。因此外源物质具有调节类胡萝卜素降解和降解产物积累的作用,且品种间存在显著差异;类胡萝卜素的降解和香气物质的形成建立在烟叶自身衰老程度和相关代谢酶活性共同作用的基础上。