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烟草腋芽发育相关MADS-box基因鉴定及其调控研究

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烟草腋芽发育相关MADS-box基因鉴定及其调控研究

作者：潘志演贵州大学

学位级别：硕士

MADS-box转录因子是植物生长发育过程中一类重要的调控因子。MADS-box基因不仅参与植物根叶的生长、花器官的发育和果实成熟,还在芽发育过程中起着非常重要的作用。本研究利用生物信息学分析方法,基于烟草基因组数据库信息,从烟草全基... 详细信息

MADS-box转录因子是植物生长发育过程中一类重要的调控因子。MADS-box基因不仅参与植物根叶的生长、花器官的发育和果实成熟,还在芽发育过程中起着非常重要的作用。本研究利用生物信息学分析方法,基于烟草基因组数据库信息,从烟草全基因组鉴定出MADS-box基因,并对其理化性质分析、系统进化、基因结构及保守基序分析。通过转录组数据分析其在顶芽和不同部位腋芽及在腋芽生长过程中的表达模式,并筛选出腋芽发育相关MADS-box基因。采用q RT-PCR技术分析腋芽发育相关MADS-box基因的组织表达特性、分析其在打顶后腋芽生长中的表达模式及打顶后施加ABA、GR24后腋芽发育相关MADS-box基因的表达变化。以期为MADS-box基因家族在烟草中的研究及烟草腋芽发育分子调控机制研究提供一定的理论依据。研究结果如下:(1)烟草TN90基因组中有183个MADS-box基因,分别命名为Ntt MADS1～Ntt MADS183,其CDS序列为321～1602bp,蛋白氨基酸长度为106～533aa。K326基因组中有118个MADS-box基因,分别命名为Ntk MADS1～Ntk MADS118,其CDS序列为189～1830bp,蛋白氨基酸长度为62～609aa。烟草MADS-box家族成员可分为Type-Ⅰ和Type-Ⅱ两类,Type-Ⅰ型进一步分为Mα和Mγ;Type-Ⅱ型进一步分为MIKC*和MIKC。所有MADS-box基因均含有MADS结构域,K-box结构域不仅存在MIKC中,少数的Type-Ⅰ基因也含K-box结构域。Type-Ⅰ型与Type-Ⅱ型基因在结构上有明显的差异,Type-Ⅰ型MADS-box基因内含子较少,Type-Ⅱ型基因内含子较多。(2)转录组数据显示,97个NttMADS-box基因在顶芽和不同部位腋芽的表达模式不同,56个Ntk MADS-box基因在腋芽生长过程中差异表达,表明这些基因可能参与调控腋芽的生长。从转录组筛选出22个表达较高且差异较大的MADS-box基因,构建其系统进化树发现,有18个基因与其它植物腋芽发育相关MADS-box基因有较高的同源性,推测其功能相似。组织表达特性结果表明,Ntt MADS25、Ntt MADS29、Ntt MADS53、Ntt MADS61、Ntt MADS91、Ntk MADS30、Ntk MADS37、Ntk MADS42、Ntk MADS48、Ntk MADS91、Ntk MADS100和Ntk MADS113在腋芽中的表达最高,其次是在茎、根、叶,在花中的表达较低;NttMADS19、NttMADS84和NtkMADS41在根、腋芽和茎中的表达较高;NttMADS3、Ntt MADS130、Ntk MADS21和Ntk MADS57在叶片中表达量最高,随后是腋芽、茎、根,在花中低表达;Ntt MADS99、Ntk MADS93和Ntk MADS118在花、腋芽和茎中的表达较高。(3)参与腋芽生长发育的MADS-box基因分属SVP、SOC1、AP1/FUL、SEP、Mα和Mγ亚类,AGL12和AP1/FUL和Mγ分支的基因在腋芽生长过程中的表达量显著下调。SVP、SOC1和SEP分支的不同基因在腋芽生长中的表达模式不同,Ntk MADS30、Ntk MADS42、Ntk MADS48、Ntk MADS113、Ntk MADS91、Ntk MADS100、Ntt MADS29、Ntk MADS93和Ntk MADS118在腋芽生长过程中显著上调表达;Ntt MADS3、Ntt MADS25、Ntt MADS130、Ntk MADS57、Ntt MADS61和Ntk MADS41在腋芽生长过程中显著下调表达。Mα亚类基因Ntk MADS37在腋芽生长过程显著上调表达。这22个基因在腋芽生长过程中起的调控作用不同。(4)打顶后施加ABA和GR24腋芽的生长均受到抑制,同时22个MADS-box基因对ABA和GR24的响应不同。其中,Ntk MADS21对ABA和GR24不敏感。Ntt MADS29、Ntk MADS30、Ntk MADS42、Ntk MADS48、Ntk MADS91、Ntk MADS93、Ntk MADS100、Ntk MADS113和Ntk MADS118在施加ABA和GR24后腋芽生长中表达量均下降。Ntt MADS3、Ntt MADS25、Ntt MADS130、Ntk MADS57、Ntt MADS61及AGL12、AP1/FUL、Mα、Mγ亚类基因对ABA和GR24具有不同的响应,如ABA处理后,Ntt MADS3、Ntt MADS25、Ntt MADS130在腋芽生长中的表达量上升;而GR24处理后,Ntt MADS25、NttMADS130在腋芽生长中表达量下降,NttMADS3的表达量上升,从而可能抑制腋芽的

关键词：烟草 MADS-box基因家族腋芽脱落酸独角金内酯

橡胶树腋芽体细胞胚再生体系的建立及嫩叶愈伤组织诱导

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橡胶树腋芽体细胞胚再生体系的建立及嫩叶愈伤组织诱导

作者：王泰桦海南大学

学位级别：硕士

巴西橡胶树(Hevea brasiliensis Müll.Arg.),是天然橡胶的主要来源。天然橡胶在全球范围内是重要的工业原料和战略物资。体细胞胚发生途径形成再生植株是橡胶树离体再生的主要途径,但在现有技术中,外植体的来源易受时间和季节的限制。... 详细信息

巴西橡胶树(Hevea brasiliensis Müll.Arg.),是天然橡胶的主要来源。天然橡胶在全球范围内是重要的工业原料和战略物资。体细胞胚发生途径形成再生植株是橡胶树离体再生的主要途径,但在现有技术中,外植体的来源易受时间和季节的限制。为扩大橡胶树组织培养外植体来源,突破时间和季节的制约,本研究初步建立了以橡胶树次生体胚来源试管苗的腋芽体细胞胚发生途径再生体系,并对嫩叶的体胚发生进行了初步研究,为以大田腋芽、叶片为外植体建立植株再生体系提供理论依据和技术方法。本研究以巴西橡胶树‘热研917’无菌体胚苗茎段膨大的腋芽为材料,从试管苗物候期、截断方式、不同浓度6-BA预处理对橡胶树腋芽膨大的影响,优化腋芽外植体获得途径;对影响腋芽愈伤组织体胚发生体系的基本培养基、试管苗物候期、腋芽发育程度、激素种类和配比、蔗糖浓度等主要因子进行筛选优化,结合不同发育时段的培养材料进行组织细胞学观测,并对再生植株进行遗传稳定性分析。再以‘热研73397’无菌体胚苗膨大腋芽为外植体,验证‘热研917’的体胚发生流程培养,成功获得成熟子叶胚,植株再生有待进一步研究;同时以‘热研73397’无菌体胚苗嫩叶为外植体,对嫩叶发育长度、基本培养基、激素种类和配比以及蔗糖浓度进行筛选优化,初步建立橡胶树嫩叶愈伤组织诱导体系,并评价其体胚发生能力。主要研究结果如下:1、橡胶树‘热研917’无菌苗物候期为稳定期时,截取含单个芽、长1 cm的茎段,在添加细胞分裂素2.0 mg/L 6-BA的MS基本培养上,腋芽启动膨大快,萌动率达85.83%,且芽体饱满,是腋芽体胚发生体系的适宜外植体。2、‘热研917’无菌苗膨大腋芽愈伤组织诱导的适宜基本培养基为MH,附加1.5mg/L 2,4-D+1.5 mg/L NAA+1.5 mg/L KT+70 g/L蔗糖的培养基上愈伤组织诱导效果最好,愈伤诱导率为56.55%,愈伤组织诱导快、生长量大、褐化轻微,其中,KT和蔗糖对愈伤组织诱导的影响较大。3、‘热研917’无菌苗在古铜期、变色期、淡绿期、稳定期膨大的腋芽,在其中心生长点处均具有旺盛分生能力的分生细胞,愈伤诱导率无显著性差异;腋芽膨大3d时,分生细胞较为浓密,脱分化形成愈伤组织的能力比已分化形成嫩叶的更强,是腋芽外植体最适宜的剥离时间;腋芽愈伤组织发生过程中,薄壁和分生细胞同时存在,分生细胞的细胞质浓度随愈伤组织诱导形成逐渐增加,先进行垂周分裂后,在外层和内部进行平周分裂包围着薄壁细胞。4、剥取稳定期、膨大3 d的热研917橡胶树无菌苗腋芽为外植体,在适宜的胚性愈伤组织诱导培养上,约60 d可获得具有体胚发生能力的胚性愈伤组织;约135 d,胚性愈伤组织可诱导形成成熟子叶形体胚,成熟体胚苗在萌发培养上,约175 d体胚萌发形成长势良好的体胚再生植株,其中,体细胞胚发生率为25%,植株再生频率为75%。5、剥取稳定期、膨大3 d的‘热研73397’橡胶树无菌苗腋芽为外植体,依照热研917的体胚发生培养流程,约95 d可获得胚性愈伤组织,约130 d可获得成熟子叶形体胚,植株再生有待进一步的研究。6、以‘热研917’橡胶树腋芽再生植株、同品种芽接苗、次生体胚苗为试验材料,通过流式细胞仪、染色体和ISSR分子标记进行再生植株遗传稳定性鉴定,结果表明,在细胞水平上,腋芽再生植株在倍性上没有发生改变,染色体数目2 n=36条,为正常的二倍体植株;在分子水平上,再生植株总共扩增出704条条带,与芽接苗相比,变异率在7.92%,与次生体胚苗相比,变异率在9.05%,多态性处于较低的水平;当相似系数为0.901时,可将9份材料聚为4类,再生植株与对照母株有较高的遗传距离。7、‘热研73397’无菌苗分化的嫩叶愈伤组织诱导适宜基本培养基为MS;腋芽分化形成1～2 mm的嫩叶为愈伤组织诱导最适外植体,愈伤诱导率38.10%;以MS为基本培养基,在单一生长素和细胞分裂素组合(毒莠定、2,4-D和6-BA)诱导愈伤组织中,以24 mg/L毒莠定+1 mg/L 6-BA的组合最优,愈伤组织诱导率为50%,高浓度生长素2,4-D使愈伤组织诱导率显著降低,毒莠定+6-BA诱导愈伤的效果要优于2,4-D+6-BA,但愈伤组织出现褐化;多因素愈伤组织诱导组合中,以10 mg/L 2,4-D+1mg/L 6-BA+1 mg/L KT+1 mg/L NAA+12 mg/L毒莠定+40 g/L蔗糖的组合最优,愈伤诱导率为52.38%,且愈伤组织生长状态较好,KT和TDZ对嫩叶诱导愈伤组织形成影响明显,2,4-D则影响相对小;对嫩叶进行伤害处理对愈伤组织诱导有一定的抑制作用。嫩叶愈伤组织转入体胚发生诱导培养基,尚未观察到体胚分化,分化培养基有望继续改良。

关键词：巴西橡胶树腋芽嫩叶体细胞胚再生体系遗传稳定性

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腋芽萌发能力对再生稻产量影响的研究进展

中国水稻科学 2020年第3期34卷 205-216页

作者：汪浩张强张文地李思宇黄健朱安刘立军扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省作物栽培生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心江苏扬州225009 信阳市农业科学院河南信阳464000

再生稻能够充分利用温光资源,一种两收,能提高复种指数和单位面积粮食产量,是增加水稻总产的一条重要途径,对保障我国粮食安全意义重大。再生季有效穗数是影响再生稻产量的重要因子,而有效穗数取决于再生芽萌发能力。提高再生稻腋芽萌... 详细信息

再生稻能够充分利用温光资源,一种两收,能提高复种指数和单位面积粮食产量,是增加水稻总产的一条重要途径,对保障我国粮食安全意义重大。再生季有效穗数是影响再生稻产量的重要因子,而有效穗数取决于再生芽萌发能力。提高再生稻腋芽萌发能力对提高再生季水稻产量有关键作用。本文介绍了国内再生稻发展现状,综述了腋芽萌发能力和其影响因素以及提高腋芽能力的技术措施等,并提出了未来加强再生稻腋芽萌发的研究重点,以期为再生稻高产栽培提供理论依据。

关键词：再生稻腋芽萌发能力产量

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打顶对烟草腋芽生长及植物激素含量的影响

烟草科技 2013年第10期46卷 72-75页

作者：杨洁胡日生童建华曾中王若仲湖南农业大学植物激素与生长发育湖南省重点实验室长沙市芙蓉区410128 中国烟草中南农业试验站长沙市芙蓉区410128

为揭示植物激素调控烟草腋芽萌发及生长的生理机制,以烟草K326(腋芽生长势强品种)和云烟87(腋芽生长势弱品种)为材料,测定和分析了打顶期、打顶后5,10,15,20和25 d的烟株上第1、第3腋芽(从上至下数)长度及腋芽内生长素(IAA)、脱落酸(ABA... 详细信息

为揭示植物激素调控烟草腋芽萌发及生长的生理机制,以烟草K326(腋芽生长势强品种)和云烟87(腋芽生长势弱品种)为材料,测定和分析了打顶期、打顶后5,10,15,20和25 d的烟株上第1、第3腋芽(从上至下数)长度及腋芽内生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、赤霉素(GA3)等植物激素含量的变化。结果表明:烟株顶的存在严重影响着腋芽的萌发与生长,打顶可以促进腋芽的萌发和伸长,且越靠近顶部的腋芽,萌发能力和生长势越强。打顶后上部腋芽较下部腋芽先萌发,且K326品种的腋芽长度在各个时期均显著高于云烟87;打顶后烟株腋芽内IAA,ABA和GA3含量显著低于打顶期,总体上呈现出先减少再增加的趋势。打顶后顶端优势削除,腋芽部位IAA和GA3含量迅速减少,从而促进了腋芽的萌发与生长。

关键词：打顶烟草腋芽植物激素

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樱桃小番茄腋芽去除点定位方法研究

农业机械学报 2016年第9期47卷 23-28页

作者：王萌李建平喻擎苍季明东朱松明浙江大学生物系统工程与食品科学学院杭州310058 浙江理工大学信息学院杭州310018

为实现对樱桃小番茄腋芽去除点的精确定位,用蓝色LED光源对目标植株腋芽部位进行照射染色,区分目标植株与背景,提取获得图像的RGB颜色空间B通道分量,分割后得到完整目标图像;通过快速傅里叶变换(FFT),使用低通滤波器去除毛刺和噪声,保... 详细信息

为实现对樱桃小番茄腋芽去除点的精确定位,用蓝色LED光源对目标植株腋芽部位进行照射染色,区分目标植株与背景,提取获得图像的RGB颜色空间B通道分量,分割后得到完整目标图像;通过快速傅里叶变换(FFT),使用低通滤波器去除毛刺和噪声,保留基本轮廓特征;由形态学膨胀算法突出腋芽两侧特征点,通过ShiTomasi角点检测算法,找到目标图像角点,再经过特征点判别算法,找到特征点,由此判别腋芽存在与否,定位腋芽去除点,最后摘除腋芽。实验结果表明,腋芽识别成功率为93.94%,腋芽摘除成功率为88.9%,能够满足自动去除的要求。

关键词：樱桃小番茄腋芽去除点定位蓝光染色角点检测

外源独脚金内酯对烟草腋芽伸长及独脚金内酯代谢途径相关基因表达的影响

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亚热带植物科学 2023年第5期52卷 369-380页

作者：田慧源唐博希王原秀刘帆郭凯阳刘国琴贵州大学烟草学院/贵州省烟草品质研究重点实验室贵州贵阳550025

通过研究外源独脚金内酯(SL)对烟草Nicotiana tabacum腋芽伸长及其SL代谢途径相关基因表达的影响,探究SL与烟草腋芽生长的关系及烟草腋芽伸长过程中SL相关基因的表达变化,为SL调控烟草腋芽生长的分子机理研究提供理论依据。采用石蜡切... 详细信息

通过研究外源独脚金内酯(SL)对烟草Nicotiana tabacum腋芽伸长及其SL代谢途径相关基因表达的影响,探究SL与烟草腋芽生长的关系及烟草腋芽伸长过程中SL相关基因的表达变化,为SL调控烟草腋芽生长的分子机理研究提供理论依据。采用石蜡切片和转录组技术研究烟株打顶后烟草腋芽分生组织发育及在SL生物合成类似物GR24处理下腋芽SL代谢途径相关基因表达的变化。结果表明,烟草腋分生组织由中央母细胞区(CM)、周缘分生组织(PM)和肋状分生组织(RM)三个细胞区域组成,其中CM位于腋分生组织顶端,其可通过基部及侧面细胞的分裂形成PM及RM,PM位于腋分生组织两侧,RM处于CM下方及PM内侧的位置。三个细胞区域的细胞体积、排列方式不同,说明分生组织中各部分细胞分裂存在差异性;腋分生组织发育形成腋芽后,通过外源施加不同植物生长调节剂发现,GR24能抑制1~3节位腋芽的伸长,而BR能促进腋芽伸长;转录组分析发现,SL能影响其自身代谢途径相关基因的表达,与CK和独脚金内酯合成抑制剂(TIS-108)处理相比,SL诱导D27、D14、DAD2和SMAX1-LIKE4的表达,而在TIS-108处理中D27、D14及DAD2下调表达,SMAX1的表达受到SL的抑制,而TIS-108处理诱导SMAX1的表达。烟草腋芽由腋分生组织三个细胞区域发育而来,同时,不同植物生长调节剂对烟草腋芽的影响不同,BR促进烟草腋芽的伸长,而SL抑制腋芽伸长,且在烟草腋芽伸长过程中其代谢途径相关基因可能发挥着重要的调控作用。

关键词：独脚金内酯烟草腋芽分生组织基因表达

独脚金内酯与脱落酸对烟草腋芽生长及烟叶主要化学成分的影响

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山地农业生物学报 2022年第4期41卷 49-53页

作者：范吴蔚肖志文潘志演刘国琴贵州大学烟草学院/贵州省烟草品质研究重点实验室贵州贵阳550025 云南省玉溪市烟草公司易门县分公司云南易门651100

以‘云烟87’为试验材料,通过盆栽试验,探索独脚金内酯与脱落酸对烟草腋芽生长的调控作用以及对烟叶内在质量的影响效应。结果表明:独脚金内酯、脱落酸及两者混合施用后,烟草第1~3节位腋芽的长度显著低于对照,脱落酸及两者混合施用对第... 详细信息

以‘云烟87’为试验材料,通过盆栽试验,探索独脚金内酯与脱落酸对烟草腋芽生长的调控作用以及对烟叶内在质量的影响效应。结果表明:独脚金内酯、脱落酸及两者混合施用后,烟草第1~3节位腋芽的长度显著低于对照,脱落酸及两者混合施用对第4~6节位的腋芽没有显著作用;各处理烟叶总酚、总糖和还原糖含量高于对照,在两者混合处理下最高,且与对照达到显著差异。两者混合处理下,烟叶烟碱含量显著高出对照35.71%,对淀粉含量没有影响。可见,独脚金内酯、脱落酸及两者混合施用后能够抑制烟草第1~3节位腋芽伸长,两者混合处理有利于烟叶内在质量的形成。

关键词：烟草腋芽独脚金内酯脱落酸化学成分

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单头切花菊腋芽抑制剂的筛选研究

昆明学院学报 2023年第6期45卷 89-95页

作者：王悦周琦刘敏荣彭孝琴涂艳芳赵娅红陈志星苏源昆明学院农学与生命科学学院云南昆明650214 开远天华生物产业有限公司云南开远661602 昆明虹之华园艺有限公司云南昆明651708 云南农业大学植物保护学院云南昆明650201 开远市农业技术推广中心云南开远661699

为寻找能代替目前单头切花菊人工抹芽的方法,借鉴烟草栽培中的化学抑芽方法,以常用于烟草的6种抑芽剂为试验药剂,单头切花菊品种‘神马’为试验对象,通过试验比较不同抑芽剂对植株的药害情况和对植株腋芽的抑芽率.结果表明:使用氟节胺... 详细信息

为寻找能代替目前单头切花菊人工抹芽的方法,借鉴烟草栽培中的化学抑芽方法,以常用于烟草的6种抑芽剂为试验药剂,单头切花菊品种‘神马’为试验对象,通过试验比较不同抑芽剂对植株的药害情况和对植株腋芽的抑芽率.结果表明:使用氟节胺和仲丁灵在单头切花菊采收之前施用药剂一次,所测试的所有质量浓度的处理均不会对植株产生药害.同时在各药剂处理中,氟节胺稀释350倍和仲丁灵稀释50倍处理的抑芽率最高,分别为65.11%和63.93%.而使用菜草通稀释50倍和除芽通稀释50倍为抑芽药剂处理植株会对产生轻度药害,但对其正常生长的影响不显著.相对的,使用抑芽丹为抑芽药剂以不同质量浓度处理植株,都会产生严重的药害,影响其生长和开花.结合植株药害情况,所试药剂对单头切花菊腋芽抑制效果评价为:氟节胺、仲丁灵>菜草通>除芽通>抑芽丹.采用适合的抑芽剂对于替代人工抹芽、减本增效有重要意义.

关键词：单头切花菊腋芽抑芽剂药害抑芽率

独脚金内酯对烟草腋芽生长以及抗氧化酶活性和糖含量的影响

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植物生理学报 2021年第4期57卷 910-918页

作者：范吴蔚潘志演王原秀杨胜成曾仁川刘国琴贵州大学烟草学院贵州省烟草品质研究重点实验室贵阳550025

为探明独脚金内酯对烟草(Nicotiana tabacum)腋芽生长及生理的作用机理,以‘云烟87’为试材,研究了不同浓度(1、10和50μmol·L^(-1))独脚金内酯类似物GR24溶液对烟草腋芽生长、抗氧化酶活性和糖含量的影响。结果表明:1和10μmol·L^(-1... 详细信息

为探明独脚金内酯对烟草(Nicotiana tabacum)腋芽生长及生理的作用机理,以‘云烟87’为试材,研究了不同浓度(1、10和50μmol·L^(-1))独脚金内酯类似物GR24溶液对烟草腋芽生长、抗氧化酶活性和糖含量的影响。结果表明:1和10μmol·L^(-1) GR24溶液处理后烟草第1~6节位腋芽的萌芽率均显著低于对照,而50μmol·L^(-1) GR24溶液处理与对照差异不显著;GR24处理后不同时期和不同节位的腋芽长度均低于对照,其中1μmol·L^(-1) GR24溶液处理后的指标与对照均达到显著差异;不同处理腋芽的过氧化氢酶(CAT)活性均不同程度地增加,其中1μmol·L^(-1) GR24溶液处理在第1~3节位相比对照分别增加了1.67、1.22和1.72倍;第1、2节位腋芽的过氧化物酶(POD)活性与对照差异不显著;1μmol·L^(-1) GR24溶液处理显著提高了烟草第1、2节位腋芽的蔗糖含量,还提高了超氧化物歧化酶(SOD)活性以及可溶性糖、蔗糖和果糖含量,10和50μmol·L^(-1) GR24溶液处理与对照无显著差异。可见,独脚金内酯对烟草腋芽的生长具有一定抑制作用,且对烟草不同节位腋芽生长、抗氧化酶活性和糖含量的影响存在一定的浓度效应和位置效应。

关键词：烟草独脚金内酯腋芽抗氧化酶