蔡瑞林 ，陳萬明，朱廣華，朱志遠(yuǎn)，王琳

1南京航空航天大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，江蘇南京江寧區(qū)將軍大道29號 211106；2江蘇省煙草公司，南京市長江路168號 210018

魏攀1，夏玉珍2，史艷梅1,3，陳霞1，許亞龍1，劉萍萍1，王燃1，魏春陽1，楊軍1，林福呈1，李鋒1

1 中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001;2 紅塔煙草（集團）有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南玉溪紅塔大道118號 653100;3 鄭州大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)科學(xué)大道100號 450001

我國煙草種植業(yè)的效率評價

蔡瑞林1，陳萬明1，朱廣華1，朱志遠(yuǎn)1，王琳2

1南京航空航天大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，江蘇南京江寧區(qū)將軍大道29號 211106；2江蘇省煙草公司，南京市長江路168號 210018

運用全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料，采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法，測算了2004年至2013年的烤煙種植效率、全國20個主要省市的烤煙種植效率、非DEA有效決策單元的效率差距。結(jié)果表明：多數(shù)年份處于規(guī)模收益不變或規(guī)模收益遞增狀態(tài)；全國烤煙種植效率存在地區(qū)差異，13省區(qū)有著不同程度的投入冗余和產(chǎn)出不足現(xiàn)象；不同產(chǎn)出指標(biāo)選擇對綜合效率測算結(jié)果造成較大影響，反映了不同省市國家利益和煙農(nóng)利益之間取向的相對偏向。在此基礎(chǔ)上，采用多元回歸模型探討了種植綜合效率的影響因素，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)值對綜合效率具有顯著正向影響；物質(zhì)和服務(wù)費用、人工成本、土地成本3個投入要素與綜合效率存在顯著負(fù)向影響，說明在其他影響因素不變的前提下，單純增加任一投入要素會造成綜合效率的下降；現(xiàn)金收益對綜合效率存在不顯著的正向影響。最后根據(jù)研究結(jié)論提出四點政策建議。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率；煙草；數(shù)據(jù)包絡(luò)分析；回歸分析；農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化

我國是全球煙草第一大國， 2013年煙草行業(yè)全年實現(xiàn)工商稅利9559.86億元，同比增長10.53%；全年上繳財政總額8161.22億元，同比增長13.9%；煙農(nóng)種煙總收入623億元，同比增長6%[1]。煙葉生產(chǎn)環(huán)節(jié)的利益分配僅占卷煙加工、流通的6.52%，比2012年的6.78%下降0.26%。由于煙草種植業(yè)位于產(chǎn)業(yè)鏈的初端，也是煙草產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，煙草行業(yè)的發(fā)展離不開煙草種植業(yè)。當(dāng)前，我國煙草行業(yè)面臨煙草農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型和煙農(nóng)增收問題。對煙草種植效率進行恰當(dāng)評價，不僅有助于更好實現(xiàn)煙草行業(yè)“國家利益至上、消費者利益至上”的使命，也有助于保證穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)煙葉來源和推進煙草農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

1 文獻綜述

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的評價主要包括生態(tài)效率[2-3]和生產(chǎn)效率[4-5]兩個方面。由于包括隨機前沿分析在內(nèi)的參數(shù)方法缺點是生產(chǎn)函數(shù)的確定具有主觀性，故比較認(rèn)可的方法是采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析；由此，指標(biāo)和模型的選擇成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率評價的關(guān)鍵。關(guān)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率評價，針對巴西農(nóng)業(yè)的研究證明了化肥等物料投入、土地和勞動要素等因素對農(nóng)業(yè)產(chǎn)出效率存在顯著影響，且技術(shù)效率存在較大的提升潛力[6]；類似地，中國浙江省和巴基斯坦旁遮普邦的實證研究均驗證了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)公共設(shè)施投入、農(nóng)業(yè)科技投入能夠顯著促進地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率[7-8]。國內(nèi)在測算農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率時也將耕地、資本投入和勞動力作為投入指標(biāo)，而產(chǎn)出指標(biāo)為農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值[9]；也有將農(nóng)業(yè)從業(yè)人員數(shù)量、播種面積、化肥使用量、農(nóng)業(yè)機械總動力作為投入指標(biāo)，將農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)家庭收入作為產(chǎn)出指標(biāo)[10]。關(guān)于模型選擇，主要采用投入導(dǎo)向的BCC（規(guī)模收益可變）模型[4-5]；此外，也有學(xué)者在此基礎(chǔ)上采用多個DEA（Data Envelopment Analysis, 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析）模型、結(jié)合Malmquist生產(chǎn)率指數(shù)進行多階段分析[11-12]。

目前，煙草農(nóng)業(yè)的相關(guān)研究主要集中于農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域，而煙草農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的研究主要集中在煙農(nóng)合作社的運行[13]上，相關(guān)研究試圖通過煙葉生產(chǎn)組織形式的變革提高煙草種植效率，但因為缺乏實證數(shù)據(jù)難以獲得令人信服的結(jié)論。除此之外，也有針對特定地區(qū)開展烤煙適宜種植規(guī)模的定量分析[14]，還有如何實現(xiàn)煙葉精益生產(chǎn)的路徑探討[15]。但是，相關(guān)研究要么局限于特定區(qū)域的煙草農(nóng)業(yè)的經(jīng)驗性總結(jié)，要么局限于微觀調(diào)查數(shù)據(jù)存在研究結(jié)論的普適性問題，如何利用大范圍、長時間的統(tǒng)計數(shù)據(jù)研究我國煙草種植的整體效率顯得十分必要。

綜上所述，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的評價已經(jīng)引起較多的關(guān)注，而且研究方法多采用認(rèn)可度較高的DEA非參數(shù)技術(shù)效率分析方法，這些成果對于特定農(nóng)作物的種植效率研究提供了有益借鑒。就煙葉生產(chǎn)而言，目前一方面面臨煙草農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型，必須逐步改變“小農(nóng)生產(chǎn)、分散種植、粗放經(jīng)營、人畜作業(yè)”的傳統(tǒng)煙草種植模式，繼而轉(zhuǎn)向規(guī)?；N植、集約化經(jīng)營、專業(yè)化分工、信息化管理的煙草農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，為煙草農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。另一方面，大部分煙草種植地區(qū)仍然面臨脫貧致富的挑戰(zhàn)，只有讓煙農(nóng)共享煙草行業(yè)的發(fā)展紅利，才能根本上解決“有人種煙”和“愿意種煙”的難題。

2 研究方法

2.1 模型選擇

自第一個數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型CCR（規(guī)模收益不變模型）提出以來[16]，DEA分析技術(shù)迅速推廣至醫(yī)療衛(wèi)生、公共交通、能源環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個領(lǐng)域，主要研究多個輸入指標(biāo)和多個輸出指標(biāo)決策單元（Decision Making Unite，DMU）之間的相對規(guī)模有效與技術(shù)有效。CCR模型未考慮投入產(chǎn)出的規(guī)模報酬變化，僅能計算決策單元的綜合效率，其線性規(guī)模模型表示為：

把每個省（直轄市）視作決策單元（DMU），θj為每個DMU煙草種植的綜合效率，并界定：

式中：Xik和Yik分別為DMUK的第i個投入量和第r個產(chǎn)出量，Vi和Ur分別為m項投入S項產(chǎn)出的非負(fù)權(quán)重。這一非線性規(guī)劃模型的含義在于：在使所有DMU的種植效率值都不超過1的條件下，使被評價DMU的效率值最大化，模型確定的權(quán)重U和V是對被評價DMUK最有利的。因此，式（1）是對被評價DMU的無效率狀況作出的一種保守估計。

用CCR模型測算綜合效率小于1時，說明該DMU的現(xiàn)有投入產(chǎn)出組合并非是最優(yōu)組合，這可能是由于技術(shù)因素造成的，也有可能是規(guī)模因素造成的，于是Banker等在CCR模型基礎(chǔ)上提出規(guī)模報酬可變的BCC模型，可以將CCR模型測算的綜合效率分解為技術(shù)效率和規(guī)模效率[17]。

在國家煙草局“宏觀控量”的調(diào)控下，煙草種植面積穩(wěn)中略降，預(yù)計2015年將降至1580萬畝。與此同時，煙草種植方式和生產(chǎn)服務(wù)體系也發(fā)生著變化，煙農(nóng)合作社逐步取代傳統(tǒng)小農(nóng)煙草種植模式，農(nóng)地流轉(zhuǎn)下煙草種植實現(xiàn)了適度規(guī)模經(jīng)營；特別地，隨著近年來煙草公司對煙葉生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施大額的資金投入，煙草種植的科技服務(wù)體系越來越完善，兩方面因素使得有必要考慮不同年份之間的規(guī)模效率與技術(shù)效率。因此，采用CCR模型測算特定年份煙草種植的綜合效率，并用BCC模型將綜合效率分解為技術(shù)效率和規(guī)模效率，一方面剖析煙草種植生產(chǎn)管理方式、科技等因素對綜合效率的影響；另一方面剖析煙草種植投入資源數(shù)量對綜合效率的影響。此外，由于煙葉生產(chǎn)“既要控得住，又要穩(wěn)得住”，實行嚴(yán)格的計劃種植和計劃收購專賣制度，研究關(guān)注的是在保證煙草產(chǎn)量和品質(zhì)的條件下，達(dá)到技術(shù)有效時資金、土地、勞動等各項投入應(yīng)該減少的程度，故采用投入導(dǎo)向模型進行測量。

2.2 指標(biāo)選擇

土地、勞動和資本是生產(chǎn)的三個基本要素，文獻[5-7]等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的評價同樣把這三個要素作為指標(biāo)。結(jié)合煙草種植的特殊性，把煙葉生產(chǎn)過程中發(fā)生的育苗、化肥、地膜、農(nóng)藥、烤煤等物資成本，以及機耕、培土、統(tǒng)防統(tǒng)治、施肥蓋膜、編煙、烘烤、采煙、分級等專業(yè)化服務(wù)費視作資本投入；把煙草栽培過程中的家庭用工和雇工費用視作勞動投入；把煙葉種植承包地和流轉(zhuǎn)獲得的農(nóng)地視作土地投入。

煙葉由各地?zé)熣径c統(tǒng)一收購，收購價格由政府物價部門會同煙草專賣行政主管部門分等定價，因此每畝產(chǎn)值反映了每畝產(chǎn)量和煙葉品質(zhì)兩項屬性，可以作為產(chǎn)出指標(biāo)；顯然，在專賣制度下，煙葉每畝產(chǎn)值的產(chǎn)出指標(biāo)主要體現(xiàn)了政府宏觀調(diào)控的訴求。此外，煙農(nóng)在種植過程中付出物質(zhì)消耗費用、雇工費用和土地流轉(zhuǎn)租金等現(xiàn)金成本，每畝產(chǎn)值扣除每畝現(xiàn)金成本后得到了現(xiàn)金收益，結(jié)合文獻[11]產(chǎn)出指標(biāo)的選擇，可以把每畝現(xiàn)金收益作為第二項產(chǎn)出指標(biāo)；顯然，每畝現(xiàn)金收益的產(chǎn)出指標(biāo)主要反映了煙農(nóng)種植的利益。

利用DEA模型進行效率測算時投入量與產(chǎn)出量之間具有同向性，即投入量的變化能夠引起產(chǎn)出量同方向的變化。取2004-2013年各?。ㄖ陛犑校┛緹煼N植的186個樣本，對3個投入指標(biāo)和2個產(chǎn)出指標(biāo)進行相關(guān)性分析，結(jié)果如表1所示：

表1 烤煙種植投入指標(biāo)和產(chǎn)出指標(biāo)的相關(guān)性分析Tab.1 Pearson correlation coef fi cient of input and output in tobacco planting

表1顯示烤煙種植的3個投入指標(biāo)和2個產(chǎn)出指標(biāo)均能通過必要的顯著性檢驗，因此投入指標(biāo)對烤煙種植產(chǎn)出具有同向性，能夠影響煙草種植的有效產(chǎn)出。

我國煙草種植品種主要包括烤煙、白肋煙、香料煙和晾曬煙等，但烤煙的產(chǎn)量占全國煙葉總產(chǎn)量的90%以上，以烤煙生產(chǎn)作為研究對象基本能夠代表全國煙草農(nóng)業(yè)的整體概況。每畝物質(zhì)與服務(wù)費用、人工成本和土地成本3項投入指標(biāo)，每畝產(chǎn)值、現(xiàn)金收益2項產(chǎn)出指標(biāo)，均可以通過《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編2007》、《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編2014》查閱獲得，而且原始數(shù)據(jù)單位統(tǒng)一是元/畝。此外，我國煙草種植主要集中于云南、貴州、河南、湖南等20個?。ㄖ陛犑校珼MU的數(shù)量與指標(biāo)之間的關(guān)系滿足n≥max｛投入指標(biāo)數(shù)×產(chǎn)出指標(biāo)數(shù)，3×（投入指標(biāo)數(shù)＋產(chǎn)出指標(biāo)數(shù)）｝[18]，因此模型能夠區(qū)分相關(guān)?。ㄖ陛犑校┑臒煵莘N植效率。

3 結(jié)果與分析

3.1 近年烤煙種植的效率評價

我國農(nóng)產(chǎn)品成本核算指標(biāo)體系經(jīng)歷過四個階段的變遷，每個階段的變遷除了在指標(biāo)設(shè)置上有所不同，而且在核算方法、記錄方面也存在差異[19]。為了保證測算口徑的統(tǒng)一，選取出2004-2013年烤煙種植5個指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)。采用投入導(dǎo)向的CCR、BCC模型，應(yīng)用MaxDEA6.4軟件測算得到烤煙種植的綜合效率值、技術(shù)效率值和規(guī)模效率值[20]，結(jié)果如表2所示。

表2 2004-2013年全國烤煙種植效率平均值Tab.2 Average ef fi ciency of tobacco planting nationwide from 2004 to 2013

其中綜合效率是指獲得當(dāng)前烤煙種植產(chǎn)出水平的理想最小投入與實際投入的比率，表2顯示2010年的烤煙綜合效率最低， 而2004年、2012年和2013年的烤煙的投入效率較高。技術(shù)效率主要反映了烤煙種植中的病蟲害預(yù)防、科學(xué)施肥、品種篩選、農(nóng)機推廣等純技術(shù)運用的有效程度，隨著近年來優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)科技示范基地建設(shè)、煙草行業(yè)中長期科技發(fā)展規(guī)劃的落實，2012年、2013年烤煙種植的純技術(shù)效率值為1，這反映技術(shù)效率得到了提高。規(guī)模效率反映烤煙種植平均規(guī)模對投入產(chǎn)出的影響程度，農(nóng)村承包地的自發(fā)流轉(zhuǎn)和地方政府主導(dǎo)的農(nóng)地規(guī)?；写偈篃熑~生產(chǎn)規(guī)模化程度逐步提高，例如2013年種煙農(nóng)戶為184萬戶，比1998年減少了460萬戶，但2013年的戶均種煙規(guī)模為11.37畝，比1998年增加了9畝[21]；表2規(guī)模效率系數(shù)差異較小，特別是2010年-2013年的效率值近似為1，說明煙草的規(guī)?；N植逐漸帶來了規(guī)模效率。在投入導(dǎo)向包絡(luò)模型中，各DMU生產(chǎn)技術(shù)的規(guī)模收益可以根據(jù)Σλ*（權(quán)重系數(shù)之和）進行判斷[22]，Σλ*＜1說明該年份的煙草種植處于規(guī)模收益遞增狀態(tài)，Σλ*=1說明說明處于規(guī)模收益不變狀態(tài)，Σλ*＞1則是轉(zhuǎn)入規(guī)模收益遞減狀態(tài)，表2顯示除2009年處于規(guī)模收益遞減狀態(tài)以外，其余年份煙草種植均處于規(guī)模收益不變或規(guī)模收益遞增狀態(tài)。

3.2 全國烤煙種植效率的地區(qū)比較

3.2.1 全國烤煙種植效率的地區(qū)差異分析

仍然選擇投入導(dǎo)向模型，利用2013年各地烤煙種植3個投入指標(biāo)和2個產(chǎn)出指標(biāo)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，測算結(jié)果如表3所示。

表3 2013年全國20個地區(qū)的烤煙種植效率Tab.3 Ef fi ciency of tobacco planting in 20 provinces in 2013

表3顯示全國20個?。ㄖ陛犑校煵莘N植效率的綜合效率值存在差異，如果進一步作分層聚類分析，聚類方法選擇組間連接法，距離和相似性測度方法采用歐氏距離平方，進行3類Q型聚類，發(fā)現(xiàn)河北、內(nèi)蒙古、吉林、黑龍江、江西、山東、陜西、甘肅等8個省份的綜合效率值為較高的一類地區(qū)，遼寧、河南、廣東、重慶、四川等5個?。ㄖ陛犑校┑木C合效率值為中等的二類地區(qū)，而安徽、福建、湖北、湖南、廣西、貴州、云南等7個省份的綜合效率值為較低的三類地區(qū)，當(dāng)然聚類結(jié)果只是說明各?。ㄖ陛犑校┓N植效率的相對等次。就規(guī)模收益而言，江西、山東等7個省份處于規(guī)模收益不變狀態(tài)，貴州、云南等12個?。ㄖ陛犑校┨幱谝?guī)模收益遞增狀態(tài)，只有河南處于規(guī)模收益遞減狀態(tài)。由于規(guī)模收益是指各區(qū)域當(dāng)期烤煙種植投入規(guī)模的變化與其引起的產(chǎn)出規(guī)模變化之間的關(guān)系，因此貴州、云南等12個規(guī)模收益遞增的省（直轄市）可適當(dāng)擴大投入規(guī)模，江西、山東等規(guī)模收益不變的7個省份宜維持當(dāng)前投入規(guī)模，而規(guī)模收益遞減的河南則宜減少投入規(guī)模。

需要補充的是，表3中綜合效率值較高的一類地區(qū)，這些省份煙草種植面積相對較小，低產(chǎn)煙田進一步縮減，投入較少而使得效率較高。而煙草種植較為集中的云南、貴州、四川、河南、福建、湖南和重慶七個省（市），2013年烤煙種植的綜合效率稍低，這可能是由于烤煙種植存在投入產(chǎn)出的滯后效應(yīng)；事實上，除河南處于規(guī)模收益遞減狀態(tài)外，其余六個烤煙大省均處于規(guī)模收益遞增狀態(tài)，說明產(chǎn)出增加的比例大于土地、人工和物質(zhì)與服務(wù)費用增加的比例。

3.2.2 效率差距的分析與持續(xù)改進

表3中河北、內(nèi)蒙古、黑龍江、江西、山東、陜西、甘肅等7個省區(qū)的綜合效率值為1，進一步分析比例改進值和松馳改進值，發(fā)現(xiàn)3個投入指標(biāo)和2個產(chǎn)出指標(biāo)的比例改進值和松馳改進值均為0，說明該7個省區(qū)位于所有決策單元的強有效前沿。對其余13個DEA無效的?。ㄖ陛犑校┑姆N植效率進行投影分析，以發(fā)現(xiàn)投入和產(chǎn)出的改進程度，表4為13個地區(qū)投入產(chǎn)出的冗余分析。

表4 投入產(chǎn)出的冗余分析Tab.4 Redundancy analysis of ef fi ciency for 13 provinces

表4中的冗余值視作對照強有效前沿DMU投入改進的空間，在徑向模型中，投入改進值用負(fù)數(shù)表示，主要由比例改進和松馳改進兩部分構(gòu)成。就物質(zhì)與服務(wù)費用投入而言，廣東、廣西、安徽和貴州四省的改進比例較大，冗余率超過了20%，說明這些地區(qū)煙草栽培過程中投入的物料消耗和技術(shù)服務(wù)費用沒有實現(xiàn)較高效率的利用；就人工成本而言，廣西、安徽和貴州三省的冗余率同樣超過了20%，其次是湖北的18%、云南的16%和湖南的15%，說明這些省份人工成本投入的技術(shù)效率較低，仍有較大的提升空間；就土地成本而言，遼寧、安徽兩省的冗余率高達(dá)30%以上，其次是廣西的23%和貴州的21%，說明這些地區(qū)煙草種植的相對效率較低，但煙草執(zhí)行嚴(yán)格的計劃種植，故只能通過降低流轉(zhuǎn)地租金和提高畝均煙葉產(chǎn)值以此提高煙草種植的土地利用效率。

在MaxDEA分析結(jié)果中，產(chǎn)出的不足用正數(shù)表示，無效DMU在生產(chǎn)前沿上的投影值代表其改進后的目標(biāo)值。和投入指標(biāo)一樣，產(chǎn)出指標(biāo)原始值、改進值和目標(biāo)值之間的關(guān)系為：

強有效目標(biāo)值=原始值+比例改進值+松馳改進值

就產(chǎn)出指標(biāo)而言，各?。ㄖ陛犑校┑漠a(chǎn)值不足率均為0，而現(xiàn)金收益的則有不同程度的不足。對照現(xiàn)金收益的原始值，可以發(fā)現(xiàn)安徽現(xiàn)金收益的不足最高，達(dá)到101%，其余為福建的38%、廣東的29%、重慶的29%、貴州的26%，其他省份現(xiàn)金收益的不足率較低。從兩個產(chǎn)出指標(biāo)的不足率也可以看出，煙草行業(yè)“國家利益至上”的原則同樣體現(xiàn)在煙葉生產(chǎn)領(lǐng)域，而反映煙農(nóng)種植收益的每畝現(xiàn)金收益指標(biāo)則有不同程度的不足，特別是安徽、福建等省份，較高的不足率反映出煙農(nóng)的利益沒有得到應(yīng)有的體現(xiàn)。

3.2.3 產(chǎn)出指標(biāo)選擇對種植綜合效率的影響

通過上文分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)值和現(xiàn)金收益產(chǎn)出不足存在迥異的差異。由于每畝產(chǎn)值主要蘊含了產(chǎn)量和煙葉品質(zhì)兩個屬性，在計劃種植和計劃定價收購的情景下，主要反映了國家煙草種植的收益；而現(xiàn)金收益則反映了煙農(nóng)勞作的實際收益。分別以這兩個指標(biāo)作為獨立的產(chǎn)出指標(biāo)（投入指標(biāo)仍不變），則可以測算不同產(chǎn)出指標(biāo)導(dǎo)向下各?。ㄖ陛犑校煵莘N植的綜合效率，結(jié)果如表5所示。

表5 不同產(chǎn)出指標(biāo)對各區(qū)域烤煙種植綜合效率的影響Tab.5 Effects of different output index on comprehensive ef fi ciency of tobacco planting

圖1 各?。ㄖ陛犑校┎煌a(chǎn)出指標(biāo)下效率的散點圖Fig.1 Scatter map of ef fi ciency under different output indexes

結(jié)合二維散點圖（如圖1所示），用現(xiàn)金收益位次中位數(shù)和產(chǎn)值位次中位數(shù)劃分為四個象限，可以發(fā)現(xiàn)陜西、甘肅、山東、江西等省區(qū)烤煙種植的效率值位于右上象限，說明無論是以現(xiàn)金收益作為產(chǎn)出指標(biāo)還是以產(chǎn)值作為產(chǎn)出指標(biāo)，其測算的綜合效率值都比較高；四川、河南等省區(qū)位于左上角象限，即以產(chǎn)值為產(chǎn)出指標(biāo)的效率值位次低于中位數(shù)，而以現(xiàn)金收益為產(chǎn)出指標(biāo)的效率值位次高于中位數(shù)，說明該省在烤煙種植過程中相對更多兼顧了煙農(nóng)的利益；而河北則剛好相反，以現(xiàn)金收益為產(chǎn)出指標(biāo)的綜合效率值很低，但以產(chǎn)值為產(chǎn)出指標(biāo)的綜合效率值最高，說明該區(qū)域煙草種植更多考慮了政府宏觀調(diào)控的訴求；安徽、廣西、貴州等省區(qū)位于左下象限，說明無論是以現(xiàn)金收益為產(chǎn)出指標(biāo)還是以產(chǎn)值為產(chǎn)出指標(biāo)，經(jīng)測算的綜合效率值均低于中位數(shù)，說明相對種植效率較低。

3.3 烤煙種植綜合效率與投入產(chǎn)出指標(biāo)的回歸分析

為了進一步分析烤煙種植綜合效率的影響因素，擬以每年各?。ㄖ陛犑校┛緹煼N植綜合效率為因變量，以產(chǎn)值（OUTPUT）、現(xiàn)金收益（CASH）、物質(zhì)和服務(wù)費用（CAPITAL）、人工成本（LABOR）、土地成本（LAND）為自變量進行多元回歸分析。由于效率值界于[0，1]區(qū)間，而每畝的投入指標(biāo)和產(chǎn)出指標(biāo)值約在百元以上，故將自變量原單位（元/畝）更改為百元/畝，以便獲得可觀測的彈性系數(shù)。取2004-2013年各?。ㄖ陛犑校?86組數(shù)據(jù)（剔除了部分年份部份省市的缺失樣本）進行多元回歸，回歸方程如式(3)所示。

從判定系數(shù)R2=0.790看，說明模型對樣本的擬合程度較為理想；F=135.702原大于臨界值，說明回歸方程顯著，即“產(chǎn)值”、“現(xiàn)金收益”、“物質(zhì)與服務(wù)費用”、“人工成本”、“土地成本”等變量聯(lián)合起來確實對“烤煙種植綜合效率”產(chǎn)生顯著影響。結(jié)合D.W.=1.650，檢查臨界表后驗證自變量不存在自相關(guān)。就回歸系數(shù)t檢驗和顯著性水平分析，自變量產(chǎn)值（OUTPUT）、物質(zhì)和服務(wù)費用（CAPITAL）、人工成本（LABOR）、土地成本（LAND）通過了顯著性檢驗，而現(xiàn)金收益（CASH）沒有通過檢驗?；貧w系數(shù)檢驗結(jié)果見表6。

表6 烤煙種植綜合效率的回歸系數(shù)檢驗Tab. 6 Test results of regression coef fi cient of comprehensive ef fi ciency in tobacco planting

通過回歸模型（3）可知，每畝產(chǎn)值對種植綜合效率有顯著正向影響，彈性系數(shù)為0.032，說明在其他影響因素不變的前提下，烤煙每畝產(chǎn)值每增加1%，綜合效率值將平均上升0.032%。物質(zhì)與服務(wù)費用與綜合效率存在顯著負(fù)向關(guān)系，彈性系數(shù)為-0.056，說明在其他影響因素不變的前提下，服務(wù)與服務(wù)費用每增加1%，綜合效率值將下降0.056%；類似地，在其他影響因素不變的前提下，人工成本和土地成本每增加1%，烤煙種植效率值將下降0.023%和0.021%，這進一步驗證了煙草種植中必須采用協(xié)調(diào)的資本、勞動和土地投入，才能提高種植的綜合效率，否則，則會造成投入的相對冗余和非DEA有效。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

結(jié)論1：表2顯示近10年來烤煙種植綜合效率相對較高，多數(shù)年份處于規(guī)模收益不變或規(guī)模收益遞增，特別是2012年和2013年的三個效率值均為最高值1；表3除河南外，其余19個省市均處于規(guī)模收益不變或遞增狀態(tài)。說明隨著各地?zé)熖镛r(nóng)業(yè)配套設(shè)施逐步完善、煙葉生產(chǎn)機械化程度持續(xù)提高、煙農(nóng)合作社等組織生產(chǎn)方式的推廣，煙草農(nóng)業(yè)的綜合效率正在提高，煙草農(nóng)業(yè)正向規(guī)?；?、集約化、專業(yè)化、信息化的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。

結(jié)論2：全國烤煙種植效率存在地區(qū)差異，大部分省（直轄市）存在投入冗余和產(chǎn)出不足現(xiàn)象。2013年全國烤煙種植綜合效率整體處于規(guī)模收益不變或規(guī)模收益遞增狀態(tài)，Q型聚類發(fā)現(xiàn)河北、內(nèi)蒙古等8個省份的綜合效率值為較高的一類地區(qū)，遼寧、河南等5個省（直轄市）的綜合效率值為中等的二類地區(qū)，而安徽、福建等7個省份的綜合效率值為較低的三類地區(qū)。對13個DEA無效省市投入產(chǎn)出效率差距進行投影分析，發(fā)現(xiàn)廣東、廣西、安徽和貴州四省的物質(zhì)與服務(wù)費用投入冗余較多，廣西、安徽和貴州三省人工成本投入冗余率較高，遼寧、安徽兩省的土地投入冗余較多。就產(chǎn)出指標(biāo)而言，安徽、福建、廣東、重慶、貴州、的現(xiàn)金收益產(chǎn)出不足現(xiàn)象突出，相對而言煙農(nóng)的利益沒有得到應(yīng)有的重視。

結(jié)論3：不同產(chǎn)出指標(biāo)選擇對綜合效率測算結(jié)果造成較大影響。以產(chǎn)值和現(xiàn)金收益作為單一產(chǎn)出指標(biāo)，以綜合效率中位數(shù)區(qū)分相關(guān)省（直轄市）綜合效率的相對位次，從表5和圖1可以發(fā)現(xiàn)：陜西、江西等6個省兩個產(chǎn)出指標(biāo)的綜合效率位次都較高，廣西、安徽等8個省兩個產(chǎn)出指標(biāo)的綜合效率位次都較低，四川等省以現(xiàn)金收益測算的綜合效率位次較高，而以產(chǎn)值測算的綜合效率位次較低；相反，河北等省以現(xiàn)金收益測算的綜合效率位次較低，以產(chǎn)值測算的綜合效率位次較高。相對位次一方面反映了各省煙草種植綜合效率的相對高低，同時反映了國家利益和煙農(nóng)利益的相對偏向。

結(jié)論4：烤煙種植效率存在多種影響因素。回歸模型（3）顯示產(chǎn)值對綜合效率產(chǎn)生顯著正向影響，物質(zhì)和服務(wù)費用、人工成本、土地成本與效率值存在負(fù)向影響，而現(xiàn)金收益對效率值產(chǎn)生不顯著的正向影響。彈性系數(shù)顯示在其他影響因素不變的前提下，產(chǎn)出指標(biāo)的增加有利于提高種植效率，而任一投入要素的單方面增加則降低了種植效率。

4.2 建議

煙草產(chǎn)品的特有屬性決定了國家必須實行“控量、穩(wěn)價、增效”的宏觀方針，而提高包括煙葉生產(chǎn)在內(nèi)的煙草種植、加工、流通效率成為實現(xiàn)宏觀調(diào)控目標(biāo)的必由途徑。根據(jù)研究結(jié)論，當(dāng)前煙草種植仍然需要做好以下三方面工作：

一是繼續(xù)通過煙田改造、煙草科技、煙農(nóng)合作生產(chǎn)等途徑推進煙草農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化進程，提高種煙的技術(shù)效率，特別是針對云南、貴州、四川、福建、湖南、重慶六個煙草大?。ㄊ校┱幱谝?guī)模收益遞增狀態(tài)，可以加大投入。二是針對部分省市投入冗余和產(chǎn)出不足現(xiàn)象，協(xié)調(diào)資本、勞動、土地等生產(chǎn)資源的投入，提高資源的投入/產(chǎn)出效率，克服要素不均衡投入造成的效率下降現(xiàn)象；其中貴州投入的消耗和技術(shù)服務(wù)費用冗余率超過了20%，云南、湖南二個煙草大省的人工成本冗余率均在15%以上，需要通過煙草農(nóng)業(yè)機械化進一步降低人工成本，廣西的土地冗余率高達(dá)20%以上，需要通過提高單產(chǎn)和降低土地流轉(zhuǎn)成本進一步降低土地成本的相對投入。三是認(rèn)識到煙農(nóng)在煙草利益鏈中處于弱勢地位，煙草種植大省更多關(guān)注了國家宏觀調(diào)控需要而相對忽視煙農(nóng)收益，需要實現(xiàn)國家利益至上和煙農(nóng)脫貧致富的協(xié)同。需要補充的是，本文結(jié)論和建議依據(jù)已有的煙葉種植經(jīng)濟指標(biāo)，這些經(jīng)濟指標(biāo)與現(xiàn)有煙葉收購政策是緊密相關(guān)的，本文并未考慮政策的調(diào)整方向，并不能指導(dǎo)煙葉種植區(qū)劃。

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生物技術(shù)

煙草牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸合成酶類似基因的克隆及其功能研究

魏攀1，夏玉珍2，史艷梅1,3，陳霞1，許亞龍1，劉萍萍1，王燃1，魏春陽1，楊軍1，林福呈1，李鋒1

1 中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001;2 紅塔煙草（集團）有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南玉溪紅塔大道118號 653100;3 鄭州大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)科學(xué)大道100號 450001

摘 要：利用同源克隆法從普通煙草（Nicotiana tabacum）紅花大金元的cDNA中克隆到一個新基因NtGGPPSL（Geranylgeranyl pyrophosphate synthase-like），其編碼區(qū)全長為813 bp。Blast結(jié)果顯示該基因與林煙草（Nicotiana sylvestris）、絨毛狀煙草（Nicotiana tomentosiformis）和番茄（Solanum lycopersicum）的GGPPS小亞基基因的相似度分別達(dá)到了99%、91%和82%，但其編碼的蛋白質(zhì)序列缺失了GGPPS小亞基的關(guān)鍵功能域“DDXXXXD”，這表明NtGGPPSL基因的功能可能與GGPPS小亞基基因不同。為了深入研究NtGGPPSL基因的功能，通過實時熒光定量PCR（Real-time PCR）分析NtGGPPSL基因在普通煙草不同時期和器官中的表達(dá)差異。利用TRV病毒誘導(dǎo)的基因沉默（VIGS）體系抑制本氏煙草（Nicotiana benthamiana）中NtGGPPSL基因的表達(dá)，在成功沉默該基因之后，檢測煙草中質(zhì)體色素（新黃質(zhì)、紫黃質(zhì)、葉黃素、葉綠素a/b、β-胡蘿卜素）含量的變化。結(jié)果顯示，NtGGPPSL基因在莖和根中的表達(dá)量明顯高于其他器官。與對照組相比，在NtGGPPSL基因沉默后，煙草葉片發(fā)生明顯的褪綠現(xiàn)象，質(zhì)體色素含量顯著降低，表明該基因參與了葉綠素的合成，這為VIGS體系提供了一個可參考的指示基因，也為煙草的遺傳改良和基因功能研究提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸合成酶；熒光定量PCR；病毒誘導(dǎo)的基因沉默；普通煙草

引用本文：魏攀,夏玉珍,史艷梅,等. 煙草牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸合成酶類似基因的克隆及其功能研究[J]. 中國煙草學(xué)報,2015, 21（4）

基金項目：鄭州煙草研究院科技項目（902012CZ340）和鄭州煙草研究院院長科技發(fā)展基金項目（902014CA0420）

作者簡介：魏攀（1983—），博士研究生，工程師，主要從事煙草分子生物學(xué)研究，Tel：0371-67672073，Email：weipan83@126.com

通訊作者：李鋒（1979—），博士研究生，工程師，主要從事煙草生物技術(shù)研究工作，Tel：0371-67672087，Email：likite2002@163.com

收稿日期：2014-12-03

萜類化合物由異戊二烯單元組成，參與植物體內(nèi)的光合作用、呼吸作用、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、生長發(fā)育等，是植物代謝物中數(shù)量最多的化合物之一[1]。牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸（Geranylgeranyl pyrophosphate，GGPP）是所有二萜、四萜和多萜類化合物的共同前體物[2]，牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸合成酶（Geranylgeranyl pyrophosphate synthase，GGPPS）在高等植物體內(nèi)催化合成GGPP[3]，還能催化蛋白的異戊二烯化，能夠起到調(diào)節(jié)碳流的作用，是植物萜類化合物代謝途徑上的一個關(guān)鍵酶[4]。植物中GGPPS由大、小兩個亞基組成，其中大亞基可以單獨行使催化功能，催化GGPP的合成，而小亞基則不具備單獨催化活性，但是大小亞基結(jié)合后，催化活性可以得到明顯提升。因此，可以推測大亞基主要發(fā)揮催化作用，小亞基則起到調(diào)節(jié)作用[5]。

煙葉中含有多種萜類化合物，二萜化合物的降解產(chǎn)物及其衍生物是煙葉中重要的香味物質(zhì)，四萜化合物類胡蘿卜素是主要的香類物質(zhì)前體物，其降解產(chǎn)物是煙葉中致香物質(zhì)的重要組分[6]，而且在煙氣中也能檢測到煙葉中包含的各種萜類化合物[7]。因此，增加煙葉中萜類物質(zhì)的含量，尤其是二萜類、四萜類等與香氣品質(zhì)關(guān)系密切的香氣前體物，可以進一步改善煙葉香氣品質(zhì)，提高香氣量。然而到目前為止，關(guān)于煙草GGPPS基因的研究很少，只有普通煙草GGPPS基因家族的四個成員被克隆出來，其中包括三個大亞基[8-9]和一個小亞基[10]。

本研究利用同源克隆法從普通煙草紅花大金元的cDNA中克隆到一個新的基因NtGGPPSL（Geranylgeranyl pyrophosphate synthase-like），并進行了序列同源比對。通過實時熒光定量PCR對該基因在不同時期和器官中的表達(dá)量進行了分析，同時利用VIGS體系研究了該基因的功能。

1 材料與方法

1.1 實驗材料和試劑

本氏煙在鄭州煙草研究院國家煙草基因研究中心的溫室中種植，培養(yǎng)條件為：溫度（23±1）℃，相對濕度（60±2）%，光照條件下培養(yǎng)16 h，黑暗條件下培養(yǎng)8 h。普通煙草紅花大金元的各組織樣品采集于云南省玉溪市研和鎮(zhèn)。

Trans2K DNA Marker、PCR試劑、感受態(tài)細(xì)胞DH5α購自北京全式金生物技術(shù)有限公司；RNA提取、DnaseⅠ、質(zhì)粒提取、膠回收試劑盒以及熒光定量試劑SYBR Green購自鄭州安賽生物科技有限公司；DL10000 DNA Marker、限制性內(nèi)切酶、pMD19-T載體購自寶生物工程（大連）有限公司；T4 DNA連接酶購自NEB公司；反轉(zhuǎn)錄試劑盒購自Life Technologies公司；其它試劑為進口或國產(chǎn)分析純；引物合成與測序在北京華大基因公司進行。

1.2 實驗方法

1.2.1 各組織樣品總RNA的提取

分別在普通煙草紅花大金元的各組織樣品中加入適量液氮，充分研磨，根據(jù)Gene Answer 植物RNA快速提取試劑盒和DnaseⅠ柱上消解試劑盒的說明書提取和純化各樣品的總RNA，利用NanoDrop 2000超微量分光光度計測定各樣品總RNA的濃度和純度，然后-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 NtGGPPSL基因的克隆

根據(jù)NCBI中已經(jīng)公布的林煙草（Nicotiana sylvestris）和絨毛狀煙草（Nicotiana tomentosiformis）GGPPS小 亞 基 基 因 的mRNA序 列（ 登錄 號 分 別 為XM_009800262和XM_009588578）設(shè)計引物，上游引物NtGGPPSL-F為5’-ATGGGCCGTGATCAATCCTAC-3’，下游引物NtGGPPSL-R為5’-AAGAAGATTACTTTGTGAT GGAGGC-3’。

按照SuperScript Ⅲ反轉(zhuǎn)錄試劑盒說明書將提取的煙草葉片RNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA作為模板，利用上述引物進行PCR擴增。PCR反應(yīng)體系如下：模板2 μL，上下游引物各2.5 μL（10 μmol/L），dNTPs 4 μL（10 μmol/L），10×緩沖液 5 μL，HiFi DNA聚合酶 0.5 μL，補無菌水至50 μL。PCR反應(yīng)條件為：94℃預(yù)變性3 min；94℃變性30 s，58℃退火30 s，72℃延伸90 s，35個循環(huán)；最后72℃延伸10 min。

1%瓊脂糖凝膠電泳檢測 PCR產(chǎn)物，膠回收目的片段，與T載體連接，轉(zhuǎn)化感受態(tài)細(xì)胞，在含Amp的LB平板上37℃倒置過夜培養(yǎng)，菌落PCR鑒定得到陽性克隆，陽性菌液送至華大基因測序。

1.2.3 NtGGPPSL基因表達(dá)的組織差異性

根據(jù)測序獲得的NtGGPPSL基因編碼區(qū)序列使用NCBI引物設(shè)計工具Primer-Blast設(shè)計高度特異性的Real-time PCR引物，上游引物NtGGPPSL-qF：5’-CACCAGCCTTATGCGTTGC-3’，下游引物NtGGPPSL-qR：5’-CTTGTGGTCGATTGTGGGC-3’。以L25作為內(nèi)參基因，利用SYBR Green染料法通過Real-time PCR檢測NtGGPPSL基因在普通煙草不同時期和器官中的表達(dá)。

Real-time PCR的反應(yīng)體系為：10 μL SYBR Green，1 μL cDNA，上下游引物各1 μL（5 μmol/L），最終加ddH2O補至20 μL。反應(yīng)條件為：95℃，3 min；95℃，20 s，60℃，20 s，40個循環(huán)；4℃保存。每個樣品重復(fù)檢測3次，取平均值，利用2-△△Ct法計算結(jié)果[11]。

1.2.4 TRV2-NtGGPPSL載體的構(gòu)建

根據(jù)測序獲得的NtGGPPSL基因編碼區(qū)序列設(shè)計VIGS片段的引物，上游引物NtGGPPSL-VF：5’-GGGGTACCATCGAACTTCTCATGGGAGAT-3’（含KpnⅠ酶切位點），下游引物NtGGPPSL-VR：5’-CCGCTCGAGGTGATGGAGGCACGAAACTC TC-3’（含XhoⅠ酶切位點），以編碼區(qū)序列為模板進行PCR擴增。PCR反應(yīng)體系同1.2.3，反應(yīng)條件為：94℃預(yù)變性3 min；94℃變性30 s，58℃退火30 s，72℃延伸 45 s，35個循環(huán)；最后72℃延伸10 min。

1%瓊脂糖凝膠電泳檢測 PCR產(chǎn)物，膠回收目的片段。分別使用KpnⅠ和XhoⅠ對目的片段和TRV2載體進行雙酶切，酶切體系和條件為：目的片段或載體 15 μL，KpnⅠ 2.5 μL，XhoⅠ 2.5 μL，10×M 緩沖液 5 μL，最終加無菌水補至50 μL，37℃酶切3 h。酶切后的目的片段和載體在T4 DNA連接酶的作用下連接，連接反應(yīng)體系和條件為：目的片段4 μL，載體2 μL，T4 DNA連接酶 0.5 μL，10×連接緩沖液 1 μL，最終加無菌水補至10 μL，16℃連接1 h。連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化感受態(tài)細(xì)胞，菌落PCR鑒定陽性克隆，提取質(zhì)粒并進行雙酶切和測序驗證。

1.2.5 農(nóng)桿菌介導(dǎo)的病毒感染

取 TRV1、TRV2和 TRV2-NtGGPPSL 質(zhì)粒 1 μL分別加入0.1 mL農(nóng)桿菌感受態(tài)細(xì)胞，冰浴30 min后放入液氮速凍1 min，然后37℃孵育5 min。加入1 mL LB培養(yǎng)基，28℃震蕩培養(yǎng)3 h，5000 rpm離心1 min，棄上清，加入200 μL LB培養(yǎng)基重懸菌體，然后均勻涂布于LB平板（25 mg/L Rif，50 mg/L Kan），28℃培養(yǎng)2～3 d，經(jīng)菌落PCR鑒定無誤后保存菌種。

分別挑取TRV1、TRV2和TRV2-NtGGPPSL菌落接種至5 mL LB培養(yǎng)基（25 mg/L Rif，50 mg/L Kan），28℃過夜活化。將活化后的菌液分別轉(zhuǎn)入50 mL相同抗性的LB培養(yǎng)基中，加入10 mmol/L 2-N-嗎啉基乙磺酸（MES）和20 μmol/L乙酰丁香酮（AS），28℃過夜培養(yǎng)。低速離心收集菌液，用侵染緩沖液（10 mmol/L MgCl2，10 mmol/L MES，200 μmol/L AS）重懸菌體，調(diào)整OD600≈1.0，室溫靜置3 h后接種。空白對照注射生理鹽水，TRV1 amp; TRV2（TRV）為陰性對照，TRV1 amp; TRV2-NtGGPPSL（NtGGPPSL）為實驗組，按照1:1的比例混合各菌液，使用無菌注射器注入本氏煙草的下位葉片中。

1.2.6 NtGGPPSL基因沉默效果的檢測

農(nóng)桿菌接種35天后，觀察煙草的表型變化。同時提取葉片RNA，利用Real-time PCR檢測NtGGPPSL基因的沉默效果。反應(yīng)體系和條件同1.2.3。

1.2.7 NtGGPPSL基因沉默后煙草質(zhì)體色素的檢測

在NtGGPPSL基因沉默后，根據(jù)中華人民共和國煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 382-2010“煙草及煙草制品 質(zhì)體色素的測定 高效液相色譜法”檢測煙草中質(zhì)體色素（新黃質(zhì)、紫黃質(zhì)、葉黃素、葉綠素a/b、β-胡蘿卜素）含量的變化。

1.2.8 統(tǒng)計學(xué)分析

利用統(tǒng)計學(xué)軟件SPSS 19.0處理實驗數(shù)據(jù)，并進行單因素方差分析（One-way ANOVA）。P＜0.05為顯著；P＜0.01為非常顯著；P＞0.05，差異無顯著意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 NtGGPPSL基因的克隆與分析

以葉片的cDNA為模板，PCR擴增NtGGPPSL基因的編碼區(qū)全長序列。圖1的電泳結(jié)果顯示，在800 bp附近有清晰特異的條帶。膠回收目的條帶，與T載體連接并測序，結(jié)果為813 bp。Blast結(jié)果顯示（表1），該序列與林煙草（Nicotiana sylvestris）、絨毛狀煙草（Nicotiana tomentosiformis）和番茄（Solanum lycopersicum）的GGPPS小亞基基因的相似度分別達(dá)到99%、91%和82%，表明已經(jīng)成功獲得普通煙草NtGGPPSL基因的編碼區(qū)全長序列。

圖1 NtGGPPSL基因的PCR產(chǎn)物電泳圖Fig. 1 Agarose gel electrophoresis result of NtGGPPSL

表1 NtGGPPSL基因的Blast結(jié)果Tab. 1 Blast result of NtGGPPSL

序列聚類分析結(jié)果顯示（圖2），該序列與林煙草、絨毛狀煙草的GGPPS小亞基基因聚為一類。然而蛋白序列比對結(jié)果顯示（圖3），NtGGPPSL與林煙草、絨毛狀煙草的GGPPS小亞基都缺少“DDXXXXD”關(guān)鍵功能域，暗示其功能可能與GGPPS小亞基不同。

圖2 NtGGPPSL基因的聚類結(jié)果Fig. 2 Cluster analysis result of NtGGPPSL

圖3 NtGGPPSL蛋白序列比對結(jié)果Fig. 3 Protein sequence analysis of NtGGPPSL

2.2 NtGGPPSL基因的組織表達(dá)特征

采用Real-time PCR檢測NtGGPPSL基因在普通煙草紅花大金元不同時期的根、莖、葉、花、種子和腋芽等不同組織中的表達(dá)。如圖4所示，NtGGPPSL基因在莖和根中的表達(dá)量明顯高于其它器官（P＜0.05），尤其是在團棵期的根部、旺長期的莖以及打頂期的莖中該基因的表達(dá)很高，特別是打頂后該基因表達(dá)顯著提高。林世鋒等[10]的研究表明，煙草GGPPS小亞基基因在根、莖、葉和芽中均有表達(dá)，表達(dá)量為芽＞葉＞莖＞根。這提示NtGGPPSL基因的功能可能與煙草GGPPS小亞基基因不同。

圖4 NtGGPPSL基因在普通煙草紅花大金元的不同時期和器官中的表達(dá)量Fig. 4 Expression levels of NtGGPPSL in different stages and organs in Nicotiana tabacum

2.3 TRV2 NtGGPPSL載體的驗證

使用KpnⅠ、XhoⅠ對TRV2-NtGGPPSL重組載體進行雙酶切，如圖5所示，在500 bp附近有特異的酶切條帶。酶切鑒定為陽性的質(zhì)粒送公司測序，結(jié)果顯示插入的目的片段大小為487 bp，位于NtGGPPSL基因編碼區(qū)310～796的位置。這表明已成功構(gòu)建TRV2-NtGGPPSL載體。

圖5 TRV2-NtGGPPSL載體雙酶切電泳結(jié)果Fig. 5 Agarose gel electrophoresis result of double digestion TRV2-NtGGPPSL

2.4 農(nóng)桿菌侵染結(jié)果

如圖6所示，與對照組相比，實驗組的NtGGPPSL基因的表達(dá)量明顯降低（P＜0.05），而空白對照和陰性對照之間無顯著性差異（P＞0.05），這表明成功沉默了NtGGPPSL基因。

圖6 農(nóng)桿菌侵染后NtGGPPSL基因的Real-time PCR檢測結(jié)果Fig. 6 Expression levels of NtGGPPSL after in fi ltration

農(nóng)桿菌侵染35天后觀察本氏煙的表型變化，同時通過Real-time PCR檢測NtGGPPSL基因的沉默效果。如圖7所示，實驗組煙草的新生葉片和莖出現(xiàn)明顯的褪綠癥狀，而且植株矮化。

圖7 農(nóng)桿菌侵染本氏煙草35天后的表型示意圖Fig. 7 Phenotypes comparison 35 days after in fi ltration

在NtGGPPSL基因沉默后，利用高效液相色譜法檢測本氏煙草中質(zhì)體色素含量的變化。如圖8所示，與對照組相比，新黃質(zhì)（Neoxanthin）、紫黃質(zhì)（Violaxanthin）、β-胡蘿卜素（β-carotene）、葉綠素a（Chlorophyll a）、葉黃素（Lutein）和葉綠素b（Chlorophyll b）六種質(zhì)體色素的含量明顯降低（P＜0.05）。在本研究中，NtGGPPSL基因的沉默則導(dǎo)致葉綠素含量降低，這表明該基因的功能與G(G)PPS小亞基基因不同，推測NtGGPPSL具有調(diào)控質(zhì)體色素的功能。

圖8 NtGGPPSL基因沉默后質(zhì)體色素的檢測結(jié)果Fig. 8 Content of plastid pigments after suppression of NtGGPPSL

3 討論和結(jié)論

本研究利用同源克隆法從普通煙草紅花大金元的葉中克隆到一個牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸合成酶類似基因，命名為NtGGPPSL，其編碼區(qū)全長為813 bp。序列比對結(jié)果顯示該基因編碼區(qū)序列雖然與林煙草和絨毛狀煙草的GGPPS小亞基基因很相似，G(G)PPS小亞基具有“CXXXC”和“DDXXXXD”兩個關(guān)鍵功能域[5]，但NtGGPPSL編碼的蛋白質(zhì)序列缺失了功能域“DDXXXXD”，這表明NtGGPPSL基因的功能很可能與GGPPS小亞基基因不同。Real-time PCR結(jié)果表明NtGGPPSL基因在煙草的生長周期中主要集中在莖和根中表達(dá)，尤其是在團棵期的根部、旺長期的莖以及打頂期的莖中該基因的表達(dá)很高，特別是打頂后該基因表達(dá)顯著提高，這與煙草GGPPS小亞基基因的表達(dá)模式不同，暗示這兩個基因的功能可能不同。Orlova I等人[8]的研究表明，在煙草中過表達(dá)金魚草（Antirrhinum majus）GPPS小亞基基因會導(dǎo)致煙葉中葉綠素含量下降。NtGGPPSL基因沉默后，本氏煙煙葉產(chǎn)生明顯的褪綠和矮化現(xiàn)象，這表明該基因的功能與GGPPS小亞基基因不同，參與了葉綠素的合成，也可能參與了與生長調(diào)節(jié)相關(guān)的萜類物質(zhì)的合成，也為VIGS體系提供了一個新的指示基因。同時，類胡蘿卜素（β-胡蘿卜素、葉黃素、紫黃質(zhì)和新黃質(zhì)）和葉綠素的含量明顯降低，這表明NtGGPPSL基因參與了類胡蘿卜素的合成。這為下一步過量表達(dá)NtGGPPSL基因，增強煙草抗病蟲害的能力[12]，提高煙葉中類胡蘿卜素的含量，改善煙葉的品質(zhì)和質(zhì)量奠定了理論基礎(chǔ)。

總之，本研究克隆的NtGGPPSL基因的功能有別于GGPPS小亞基基因，該基因的沉默能夠降低煙葉中類胡蘿卜素和綠葉素的含量，這為通過基因工程手段調(diào)控?zé)熑~中類胡蘿卜素的含量提供了理論依據(jù)。

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Abstract:Coding DNA sequence of one new geneNtGGPPSL(813 bp) was successfully obtained from cDNA ofNicotiana tabacumwith the method of homology cloning. Blast results showed that the gene was 99%, 91% and 82% homologous toNicotiana sylvestris,Nicotiana tomentosiformisandSolanum lycopersicum GGPPSsmall subunit gene, respectively. But the protein sequence encoded byNtGGPPSLdid not have the key motif (DDXXXXD) ofGGPPSsmall subunit, which suggested that the function ofNtGGPPSLmight be different.In order to explore the function ofNtGGPPSL, expression level ofNtGGPPSLin different stages and organs was studied by real-time PCR.NtGGPPSLwas depressed through virus induced gene silencing strategy inNicotiana benthamianaand content of plastid pigments(neoxanthin, violaxanthin, lutein, chlorophyll a/b andβ-carotene) was detected. Results showed that expression level ofNtGGPPSLin stems and roots was signi fi cantly higher than other organs such as leaf. AfterNtGGPPSLwas suppressed,Nicotiana benthamianaleaves became albescent obviously and the content of plastid pigments was significantly decreased compared with controls, suggesting thatNtGGPPSLwas involved in the synthesis of chlorophyll. This research not only provided a reference reporter gene, it also lay foundation for genetic improvement and gene function research.

Keywords:Geranylgeranyl pyrophosphate synthase; Real-time PCR; Virus induced gene silencing;Nicotiana tabacum

Citation:WEI Pan, XIA Yuzhen, SHI Yanmei, et al. Cloning and functional analysis ofGGPPSLinNicotiana tabacum[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2015, 21(4)

Ef fi ciency evaluation of tobacco production sector in China

CAI Ruilin1, CHEN Wanming1＊, ZHU Guanghua1, ZHU Zhiyuan1, WANG Lin2
1College of Economics and Management, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 211106, China;2 Jiang Su Provincial Tobacco Company, Nanjing 210018, China

Using national agricultural products cost bene fi t data, the ef fi ciency of fl ue-cured tobacco planting from 2004 to 2013, ef fi ciency of fl ue-cured tobacco planting in China’s 20 major provinces and cities, and ef fi ciency gap in non DEA effective decision making units by data envelopment analysis (DEA) method on the basis of cost and bene fi t data of national agricultural products were calculated. Results showed that returns to scale maintained steady or kept increasing for most years. Regional differences existed in the ef fi ciency of national fl ue-cured tobacco planting and there were input redundancy and output de fi ciency in 13 provinces and regions. Selection of different output indexes had a great impact on measuring results of comprehensive ef fi ciency, which re fl ected how the interests of farmers and the state were balanced in some provinces and cities. On this basis, multiple regression model was employed to investigate factors in fl uencing plant ef fi ciency, and it was found that output value had signi fi cant positive effects on comprehensive ef fi ciency while material and service costs, labor costs, land costs had signi fi cant negative impact on ef fi ciency value, and pro fi ts in cash did not have a signi fi cant positive impact on ef fi ciency value. Suggestions are thus put forward accordingly.

agricultural production ef fi ciency; tobacco; data envelopment analysis (DEA); regression analysis; agricultural modernization

Cloning and functional analysis of GGPPSL in Nicotiana tabacum

WEI Pan1, XIA Yuzhen2, SHI Yanmei1,3, CHEN Xia1, XU Yalong1, LIU Pingping1,WANG Ran1, WEI Chunyang1, YANG Jun1, LIN Fucheng1, LI Feng1
1 Zhengzhou Tobacco Research Institute, China National Tobacco Corporation, Zhengzhou 450001, China；2 Hongta Tobacco (Group) Co. Ltd., Yuxi, Yunnan 653100, China；3 College of Chemistry and Molecular Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China

蔡瑞林，陳萬明，朱廣華，等. 我國煙草種植業(yè)的效率評價[J]. 中國煙草學(xué)報，2015,21（4）

2014年江蘇省普通高校學(xué)術(shù)學(xué)位研究生科研創(chuàng)新計劃項目：江蘇農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)模式的創(chuàng)新研究（KYZZ_01012014101）；2015年江蘇省高校哲學(xué)社會科學(xué)研究一般項目：農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)與江蘇農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移人口階梯式市民化（2015SJB500）

蔡瑞林（1970—），博士研究生，教授，從事農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與管理研究，Email: cairuilin@163. com

陳萬明（1956—），博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：農(nóng)村經(jīng)濟與公共管理，E-mail:cwmnuaa@163.com

2014-11-16