打顶是烟叶大田生产的一项重要管理措施,能够阻断烟草的生殖生长,促进营养物质向烟叶分配;打破激素平衡;改变烟叶中原有的库源关系,促进根部发育;影响烟碱的合成;影响烟叶中的化学物质和香气成分,从而提高烟叶品质。恰当的打顶时期对提高烟叶品质具有重要作用。目前对于打顶的研究大多集中于烟草根部对打顶的响应机制,而对叶片中的响应研究较少。由于烟叶是烟草的最终收获对象,氮素又对烟叶质量影响较大,研究打顶后烟叶中氮代谢、激素和基因表达的变化对于分析优质烟叶形成的机理具有重要意义。本实验以大田栽培的中烟100(Nicotiana tabaccum cv.Zhongyan100)为实验材料,设置现蕾打顶(BS)、中心花开放打顶(F)和中心花开放7天后打顶(AF)三种不同时期的打顶处理,从农艺性状、烟叶常规成分、中性致香成分、氮素含量、氮代谢相关酶活、转录组检测等方面进行分析,探究不同时期打顶对烟株中部、上部叶(自下而上第16片叶和第21片叶)品质和氮代谢的影响。主要结果如下:1.不同时期打顶对中、上部叶的农艺性状影响显著。移栽后100 d时,BS16叶长为71.17cm显著大于F21和AF21,BS21叶长为72.88 cm、叶宽为38.51 cm显著大于F21和AF21;F和AF打顶处理的16和21叶叶长、叶宽无显著差异。移栽100 d时BS打顶处理叶片数为26.46片均显著低于F和AF打顶处理,株高均显著小于F和AF打顶处理,F和AF打顶处理的株高和叶片数无显著差异,表明BS打顶能够促进中部和上部叶的生长,有利于上部烟叶的开片,但叶片数较少。2.打顶时期影响烟叶的氮代谢。在中部叶中,移栽100 d时F16中总氮、蛋白质、硝态氮含量都显著低于BS16和AF16;F16硝酸还原酶(NR)活性显著高于BS16和AF16,谷氨酸合成酶(GOGAT)活性显著低于BS16,谷氨酰胺合成酶(GS)和天冬酰胺合成酶(AS)的活性都介于AF16和BS16之间,谷氨酸脱氢酶(GDH)活性显著高于AF16。在上部叶中,移栽100 d时F21叶总氮和蛋白质含量显著低于BS21和AF21,硝态氮和氨态氮含量都显著低于BS21;F21中NR、GS和GOGAT活性都显著低于BS21,AS活性显著高于BS21和AF21,三种打顶处理的GDH活性无显著差异。3.打顶时期对烟叶常规成分和致香成分均有影响。中部叶烤烟的总糖和还原糖含量随着打顶时期的推迟先增加后降低,烟碱含量先升高后降低,糖碱比先升高后降低;上部叶烤烟中随着打顶时期的推迟总糖和还原糖含量变化和中部叶一致、烟碱含量先降低后升高、糖碱比先升高后降低,且F总糖还原糖、烟碱和糖碱比在优质烟范围内,表明F打顶促进中、上部叶总糖和烟碱含量的协调。随着打顶时期的推迟中部叶钾含量逐渐降低,氯含量逐渐升高,烟草钾氯比逐渐下降;上部叶钾含量先降低后升高,氯含量逐渐升高,钾氯比逐渐下降,表明Panobinostat打顶时期较早有利于提高中、上部叶燃烧性。打顶时期影响烟叶的致香成分。上部烟叶中的色素含量均随着移栽天数的增加逐渐降低,随着烟叶逐渐成熟在移栽100 d时,随着打顶时期的推迟中、上部叶中叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量均先降低后升高,表明F打顶时能够使叶片在成熟过程中色素降解充分,有利于香气物质的生成,提高烟叶品质。中部叶中性致香成分总含量随着打顶时期的推迟先升高后降低,上部叶中总含量则逐渐升高;烤烟样评吸表明,F处理的中、上部叶得分最高。结合香气成分结果,可见F打顶有利于提高烟叶品质。4.为进一步分析不同时期打顶对中、上部叶烟叶品质和氮代谢的影响,移栽后100 d时,取不同打顶处理的第16和21片叶进行转录组检测。共测得基因49477个,其中BS16 vs Genetic animal modelsF16和AF16 vs F16中显著性差异基因分别为6525个和9648个,同时响应BS16 vs F16和AF16 vs F16的差异基因2984个;BS21 vs F21和AF21 vs F21显著性差异基因分别为2053个和13873个,同时响应BS21 vs F21和AF21 vs F21的差异基因850个。对2984个基因进行KEGG分析,发现主要影响了植物病原体相互作用,类黄酮生物合成,苯丙烷的生物合成,鞘脂类代谢,苯丙氨酸代谢,丙氨酸代谢等代谢途径;在850个基因中主要影响苯丙烷的生物合成,倍半萜和三萜生物合成,植物病原菌互作,类黄酮生物合成,丙氨酸代谢,参与玉米素生物合成,植物激素信号转导,氮代谢,甘油磷脂代谢,丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢,苯丙氨酸代谢,肌醇磷酸盐代谢等代谢途径。其中在BS16 vs F16和AF16 vs F16中都下调的基因有PAL1和4CL3表达均下调,表明这两种打顶时期能够抑制烟叶中苯丙氨酸代谢,导致烟叶中苯丙氨酸类香气物质降低。硝酸盐转运相关基因NPF6.2、NPF5.16、NRT4.2、NPF4.7在BS16中下调,在AF16中上调;在BS16和AF16中氨态氮转运相关基因AMT2均上调,AMT1-2均下调;NR在BS16和AF16中均表达下调,不利于叶片中硝酸盐同化;GS2、GDHA在BS16中下调,在AF16中轻微上调,GLU1/GOGAT在AF16中下调,在BS16中变化不明显,AS1和AS2在BS16中上调,在AF16中下调。TTG2在BS16上调,在AF16中下调表明过早打顶有利于烟叶生长,过晚打顶不利于烟叶的生长发育。BS21vs F21和AF21 vs F2EPZ-64381中,BS21中CKX3下调、ARR3下调、FLS1上调有利于细胞分裂素积累;AF21中CKX3上调、ARR3上调、CHS上调、CHI上调、FLS1上调、DFR下调不利于细胞分裂素积累,但有利于黄酮类代谢增加上部叶香气物质的积累与香气测量结果一致;硝酸盐转运相关基因NPF6.2、NPF5.4、NPF4.7、NPF5.9在BS21和AF21中均下调;氨态氮转运相关基因AMT1-2、AMT1-3在BS21和AF21;氮同化相关基因NR、Ni R、GDHA在BS21中上调,在AF21中下调,GLU1/GOGAT在AF21中上调,在BS21中下调,AS1在BS21和AF21中均下调。另外对部分差异基因进行表达水平分析,其表达结果与转录组一致。综上所述,正常生长条件下,F打顶通过提高烟叶中PAL1、4CL3、NR和CKX3等基因的表达,影响NR、GOGAT、AS和GDH活性,改变苯丙氨酸代谢、黄酮类代谢、木质素合成等代谢途径,使中、上部烟叶中的成分更加协调,提高了烟叶品质和评吸效果。