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烟碱是衡量烟草品质的重要因素,直接影响着烟叶的质量。目前用常规育种方法选育高烟碱品种时,没有有效的田间筛选参照指标。本研究筛选与烟碱含量遗传相关的农艺性状,可为高烟碱烤烟品种的田间选择提供依据。在此基础上,同时对烟碱转运特异蛋白基因NUP1、囊泡运输调节因子基因(GEF)等在苗期及打顶前、打顶后3个时期进行表达量检测,探索NUP1、GEF基因在烟草不同时期对烟碱累积贡献大小,为高烟碱种质的早期选择提供参考,也为定向培育高烟碱品种提供理论依据。本研究以116份烤烟种质为供试材料,连续种植4年,于烟叶成熟期测定其13个农艺性状以及检测腰叶的烟碱含量,采用多种统计分析方法探讨烤烟烟碱含量与农艺性状的相关性,筛选出与烟碱含量相关性较大的农艺性状。再根据116份烤烟烟碱含量高低,筛选出7份高低烟碱烤烟品种为供试材料进行水培种植,并对NtGEF、NtNUP1以及其它烟碱代谢相关基因(NtPMT、NtQPT、NtJAT1/2、NtMATE1/2)分别在苗期、打顶前、后3个时期的表达量进行检测和分析,探讨NtNUP1、NtGEF等多个烟碱转运蛋白基因表达量在各个时期与叶部烟碱含量的关系。主要结果如下:(1)116份烤烟种质之间主要农艺性状差异明显,变异系数在5.64%~16.96%之间。烟碱含量变异系数达到24.3%。简单相关分析表明,烟碱含量与节距呈极显著正相关,与茎围、叶数呈显著负相关。通过因子分析,与烟碱含量相关的主要农艺性状包括烟叶长宽比、叶数、叶长、株高。采用逐步回归分析法,建立了烤烟主要农艺性状与烟碱含量之间的回归模型,经统计学检验,达到极显著水平。通过二次响应面分析,显示腰叶长、下二棚叶长与烟碱含量之间的动态变化关系,当下二棚叶长=63.7 cm,腰叶长=58.7 cm,烟株的烟碱含量稳定且有极小值。除烟叶长宽比较小的烤烟烟碱含量较高之外,以节距较大、叶数较少和株高较高的烤烟烟碱含量较高。(2)RT-PCR结果,囊泡运输调节因子基因(NtGEF)在苗期叶部、根部中都较强表达,而NtNUP1在苗期叶部表达较弱,根部表达较强,此外,NtMATE1/2、NtPMT 2个基因在苗期叶部不表达。主成分分析结果,NUP1不是苗期根部的主要转运蛋白,而转运效率最高的是MATE1/2,其次是JAT1,囊泡运输调节因子(GEF)以及NtPMT、NtQPT 2个烟碱合成基因是苗期根部中影响叶部烟碱含量的主要因子。此外,JAT1是苗期叶部中主要的烟碱转运蛋白,NtQPT是影响烟碱含量的主要基因;烟碱与其代谢基因的网络关系图显示,NtPMT基因是根部中影响叶部烟碱含量的主要因子,NtMATE1/2基因在根部中的表达对NtPMT、NtQPT 2个烟碱合成基因的表达有促进作用。(3)QRT-PCR结果,NtNUP1、NtGEF等7个烟碱代谢基因在打顶后于多数品种的根部、叶部中均上调表达。主成分分析结果,NUP1是成熟期根部中烟碱效率最高的转运蛋白,其次是JAT1,最低是MATE1/2。囊泡运输调节因子GEF在腰叶中能间接影响烟叶中烟碱的积累,此外,NtGEF在根部中的表达对NtMATE1/2、NtJAT1表达的有较大影响。相关分析结果,JAT1是成熟烟叶中转运烟碱效率最高的转运蛋白;而且,烟碱转运蛋白基因NtNUP1、NtMATE1/2与烟碱合成基因NtPMT、NtQPT相互促进表达。