no促进水稻氮素高效利用的机制研究
摘要：越来越多的证据表明,在水稻铵和低浓度硝混合营养下（建成增硝营养)可以改善植物生长和氮肥利用效率(NUE)。一氧化氮(NO)是一种信号分子，它在植物生长和氮(N)同化过程中参与了许多生理过程。目前尚不清楚NO是否在增硝条件下改善了氮肥吸收效率。本论文以两个对NO3-营养响应度差异明显的水稻品种南光(强响应)和Elio(弱响应)为研究对象，采用水培和琼脂培养方法研究了在全NH4+（NH4+/NO3-=100/0）和铵硝混合营养（PNN，NH4+/NO3-=75/25）条件下水稻NO积累及其相关基因的表达，在此基础上研究了外源NO前体物和清除剂对两个水稻品种NO含量的影响，旨在揭示NO参与NO3-调控不同硝响应型水稻种子氮素吸收的作用机理。研究结果表明，氮高效水稻对硝酸盐响应强，并且NO参与了NO3-对氮素吸收的调控。
目录
摘要1关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1. 材料与方法2
1.1 试验材料2
1.2 植株培养2
1.3 测定项目与方法3
2. 结果与分析3
2.1 增硝营养对水稻苗期种子根系NO含量的影响3
2.1.1 两种水稻根系NO含量变化3
2.1.2 NO相关基因表达 4
2.2 外源处理对水稻根系NO的影响4
2.2.1 NO供体SNP浓度筛选4
2.2.2 外源处理下两种水稻根系NO状况5
2.3 外源处理下对氮素吸收的影响5
3. 讨论7
致谢8
参考文献8
附录10
NO促进水稻氮素高效利用的机制研究
引言
引言
氮(N)影响各级植物功能,包括代谢资源分配、生长和发展。植物有通过调节营养吸收能力和改变他们的代谢和形态（比如根结构）适应不同N供应条件的潜力【12】。
植物拟南芥中外部硝酸对根系发展的的双重效应已经被证实：(1)丰富硝酸盐供应下刺激侧根伸长率(2)在萌发后阶段高硝酸盐浓度导致系统性抑制侧根原基【34】。几个已知的途径包括小分子核糖核酸,转录因子,
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
荷尔蒙信号,对硝酸和植物生长素有双重亲和力的硝酸转运蛋白。然而,我们对植物如何感知外部硝酸条件和影响根系发育和营养吸收能力的信号转导系统的理解仍然有限。
一氧化氮(NO)是一种信号分子，它在植物生长和营养同化中参与了许多生理过程。一些证据显示,NO参与了根系的生长和发育。CorreaAragunde et al.(2004)【5】表明,在番茄的侧根形成过程中在一个线性信号通路中发现了生长素和NO。最近的一些报道强调了NO在N同化中的作用,并表明它在硝酸感应通路的第一步中是一个重要的参与者。例如，硝酸还原酶（NR）在小麦叶片中被NO抑制【6】，但在卷心菜中却被激活【7】。而且在番茄根中被NO影响的NR活性变化可能是决定于硝酸盐浓度【8】。然而，硝酸盐浓度波动下NO对N吸收的影响机制仍知之甚少。
NO合酶(NOS)和硝酸还原酶亚硝酸还原酶途径(NR)是两种植物中NO合成的酶途径。尽管有实验使用动物NOS抑制剂酶表明了在NO生产中精氨酸途径起了关键作用，但在植物中NOS的作用尚未确定【9】，但NR是NO在植物中最重要的来源,并且培养基中硝酸盐浓度可以通过调节NR活性影响NO含量。拟南芥和蚕豆根尖的研究证实,硝酸盐和亚硝酸盐的相对和绝对水平是NR诱导生产NO的关键因素。此外,NR在根端的mRNA的位点与NO的主要积累点相对应，这表明这些NR基因是调整NO体内平衡和信号系统的中枢元素【10】。在NR通道中生成的NO是与硝酸盐相关的，影响根系统结构的信号。
水稻根系有发达的通气组织，能够通过泌氧作用将根表或根际的铵态氮转化成硝态氮，使水稻根系处于铵硝混合营养中。因此硝酸盐也是水稻重要的氮素营养成分，而且低浓度的NO3还可以促进水稻根系尤其是侧根生长【11,16】。在以前的研究中,7个NUE水稻品种与和三个低NUE从177个水稻粳稻品种中挑选出，用来研究他们对PNN的反应。在水培条件下,那七个中有五个水稻品种对PNN敏感,而那三个低NUE水稻品种相反【1213】。此外,实验用有NUE对比的水稻品种阐释了：PNN引起的NUE的增加可归因于改善了N吸收,暗示了增硝条件和N利用效率的之间的可能性关系。假设NO作为一种对硝态氮营养的进化调节在改善大米的NUE中发挥着关键作用是基于以下的观察:(1)增硝条件下高NUE水稻品种的硝酸盐浓度的显著诱导相当于只用NH4+处理;(2)增硝条件下高NUE的水稻品种的生长素积累,形成不定根和LRs的显著诱导【1416】。在这项研究中,NO在大米侧根形成和对PNN下氮素吸收响应中的作用在对两个水稻品种硝酸反应和氮素吸收效率的对比中被证实。水稻的高NUE可归因于NR产生的NO,从而诱发侧根形成和无机N吸收。
1 材料与方法
1.1试验材料
NO3响应强的水稻品种南光和NO3响应弱的水稻品种Elio【17】
1.2植株培养
（1）种子经30%NaClO3消毒30 min，在铺有浸水滤纸的苗板上催芽，露白后选取长势一致的直播在浸有不同处理营养液的滤纸平板中培养，每天添加适量营养液保持种根浸润，用去离子水处理作对照（control）。培养液采用pH 5.5的国际水稻所（IRRI）建议的修正营养液。营养液中的总氮浓度为2.86 mmolL1,其中NH4+/NO3比例分别为100/0（全NH4+）和75/25(PNN)。营养液中K+、Ca2+、Na+、Mg2+的浓度保持不变。其中Fe用Fe(EDTANa2)代替，加入硅酸钠以保持营养液中的SiO2浓为120 mg kg1，加入浓度为5.89 g kg1的二氰胺作为硝化抑制剂。每个平板6株苗，每个处理30个重复，试验处理14d时采样观察根系形态。
（2）采用7L周转箱培养，(20穴/箱，每穴1棵苗)，每个处理3个重复，培养期间每两天换一次营养液，开始2d营养液用1/8浓度，然后1/4浓度、1/2浓度，一周后用全浓度营养液培养。培养7天后采根系样品，作基因表达（每个处理3个重复）。培养14d采根系样品进行內源NO含量测定（每个处理3个重复）。
（3）设置不同外源处理。在100/0（NH4+）营养液中添加梯度浓度为0、1、2.5、5、10μM的NO供体SNP处理，筛选出最适宜的SNP浓度，进行试验。采用5L小桶培养，(8穴/桶，每穴1棵苗)，每个处理3个重复，培养期间每两天换一次营养液。培养14天后采根系样品，测定根系变化。
（4）取水稻成熟种子，将种子剥壳后放入50mL离心管中，在超净台里用70 %乙醇消毒1～2 min；倒掉乙醇，加入30 %次氯酸钠（NaClO）溶液，浸泡30 min，中间每五六分钟上下颠倒，轻轻搅拌，充分消毒；倒掉NaClO溶液，用无菌蒸馏水清洗种子5～6遍后用无菌水浸泡30min；倒掉无菌水，将种子放到灭过菌的吸水纸平板中晾干；将晾干的种子直播到1/2MS培养基种催芽。种子发芽后选取芽长根长一致的移到装有水稻营养液和Agar胶配制的培养基的长生根管中。在NH4+和PNN处理的基础上，增设NH4++SNP（2.5μM），NH4++SNP（2.5μM）+cPTIO（80μM），PNN+cPTIO（80μM）处理，对水稻进行培养。培养14天后采根系样品，测定根系变化；并对种子根进行荧光染色，统计NO含量差异。
目录
摘要1关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1. 材料与方法2
1.1 试验材料2
1.2 植株培养2
1.3 测定项目与方法3
2. 结果与分析3
2.1 增硝营养对水稻苗期种子根系NO含量的影响3
2.1.1 两种水稻根系NO含量变化3
2.1.2 NO相关基因表达 4
2.2 外源处理对水稻根系NO的影响4
2.2.1 NO供体SNP浓度筛选4
2.2.2 外源处理下两种水稻根系NO状况5
2.3 外源处理下对氮素吸收的影响5
3. 讨论7
致谢8
参考文献8
附录10
NO促进水稻氮素高效利用的机制研究
引言
引言
氮(N)影响各级植物功能,包括代谢资源分配、生长和发展。植物有通过调节营养吸收能力和改变他们的代谢和形态（比如根结构）适应不同N供应条件的潜力【12】。
植物拟南芥中外部硝酸对根系发展的的双重效应已经被证实：(1)丰富硝酸盐供应下刺激侧根伸长率(2)在萌发后阶段高硝酸盐浓度导致系统性抑制侧根原基【34】。几个已知的途径包括小分子核糖核酸,转录因子,
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
荷尔蒙信号,对硝酸和植物生长素有双重亲和力的硝酸转运蛋白。然而,我们对植物如何感知外部硝酸条件和影响根系发育和营养吸收能力的信号转导系统的理解仍然有限。
一氧化氮(NO)是一种信号分子，它在植物生长和营养同化中参与了许多生理过程。一些证据显示,NO参与了根系的生长和发育。CorreaAragunde et al.(2004)【5】表明,在番茄的侧根形成过程中在一个线性信号通路中发现了生长素和NO。最近的一些报道强调了NO在N同化中的作用,并表明它在硝酸感应通路的第一步中是一个重要的参与者。例如，硝酸还原酶（NR）在小麦叶片中被NO抑制【6】，但在卷心菜中却被激活【7】。而且在番茄根中被NO影响的NR活性变化可能是决定于硝酸盐浓度【8】。然而，硝酸盐浓度波动下NO对N吸收的影响机制仍知之甚少。
NO合酶(NOS)和硝酸还原酶亚硝酸还原酶途径(NR)是两种植物中NO合成的酶途径。尽管有实验使用动物NOS抑制剂酶表明了在NO生产中精氨酸途径起了关键作用，但在植物中NOS的作用尚未确定【9】，但NR是NO在植物中最重要的来源,并且培养基中硝酸盐浓度可以通过调节NR活性影响NO含量。拟南芥和蚕豆根尖的研究证实,硝酸盐和亚硝酸盐的相对和绝对水平是NR诱导生产NO的关键因素。此外,NR在根端的mRNA的位点与NO的主要积累点相对应，这表明这些NR基因是调整NO体内平衡和信号系统的中枢元素【10】。在NR通道中生成的NO是与硝酸盐相关的，影响根系统结构的信号。
水稻根系有发达的通气组织，能够通过泌氧作用将根表或根际的铵态氮转化成硝态氮，使水稻根系处于铵硝混合营养中。因此硝酸盐也是水稻重要的氮素营养成分，而且低浓度的NO3还可以促进水稻根系尤其是侧根生长【11,16】。在以前的研究中,7个NUE水稻品种与和三个低NUE从177个水稻粳稻品种中挑选出，用来研究他们对PNN的反应。在水培条件下,那七个中有五个水稻品种对PNN敏感,而那三个低NUE水稻品种相反【1213】。此外,实验用有NUE对比的水稻品种阐释了：PNN引起的NUE的增加可归因于改善了N吸收,暗示了增硝条件和N利用效率的之间的可能性关系。假设NO作为一种对硝态氮营养的进化调节在改善大米的NUE中发挥着关键作用是基于以下的观察:(1)增硝条件下高NUE水稻品种的硝酸盐浓度的显著诱导相当于只用NH4+处理;(2)增硝条件下高NUE的水稻品种的生长素积累,形成不定根和LRs的显著诱导【1416】。在这项研究中,NO在大米侧根形成和对PNN下氮素吸收响应中的作用在对两个水稻品种硝酸反应和氮素吸收效率的对比中被证实。水稻的高NUE可归因于NR产生的NO,从而诱发侧根形成和无机N吸收。
1 材料与方法
1.1试验材料
NO3响应强的水稻品种南光和NO3响应弱的水稻品种Elio【17】
1.2植株培养
（1）种子经30%NaClO3消毒30 min，在铺有浸水滤纸的苗板上催芽，露白后选取长势一致的直播在浸有不同处理营养液的滤纸平板中培养，每天添加适量营养液保持种根浸润，用去离子水处理作对照（control）。培养液采用pH 5.5的国际水稻所（IRRI）建议的修正营养液。营养液中的总氮浓度为2.86 mmolL1,其中NH4+/NO3比例分别为100/0（全NH4+）和75/25(PNN)。营养液中K+、Ca2+、Na+、Mg2+的浓度保持不变。其中Fe用Fe(EDTANa2)代替，加入硅酸钠以保持营养液中的SiO2浓为120 mg kg1，加入浓度为5.89 g kg1的二氰胺作为硝化抑制剂。每个平板6株苗，每个处理30个重复，试验处理14d时采样观察根系形态。
（2）采用7L周转箱培养，(20穴/箱，每穴1棵苗)，每个处理3个重复，培养期间每两天换一次营养液，开始2d营养液用1/8浓度，然后1/4浓度、1/2浓度，一周后用全浓度营养液培养。培养7天后采根系样品，作基因表达（每个处理3个重复）。培养14d采根系样品进行內源NO含量测定（每个处理3个重复）。
（3）设置不同外源处理。在100/0（NH4+）营养液中添加梯度浓度为0、1、2.5、5、10μM的NO供体SNP处理，筛选出最适宜的SNP浓度，进行试验。采用5L小桶培养，(8穴/桶，每穴1棵苗)，每个处理3个重复，培养期间每两天换一次营养液。培养14天后采根系样品，测定根系变化。
（4）取水稻成熟种子，将种子剥壳后放入50mL离心管中，在超净台里用70 %乙醇消毒1～2 min；倒掉乙醇，加入30 %次氯酸钠（NaClO）溶液，浸泡30 min，中间每五六分钟上下颠倒，轻轻搅拌，充分消毒；倒掉NaClO溶液，用无菌蒸馏水清洗种子5～6遍后用无菌水浸泡30min；倒掉无菌水，将种子放到灭过菌的吸水纸平板中晾干；将晾干的种子直播到1/2MS培养基种催芽。种子发芽后选取芽长根长一致的移到装有水稻营养液和Agar胶配制的培养基的长生根管中。在NH4+和PNN处理的基础上，增设NH4++SNP（2.5μM），NH4++SNP（2.5μM）+cPTIO（80μM），PNN+cPTIO（80μM）处理，对水稻进行培养。培养14天后采根系样品，测定根系变化；并对种子根进行荧光染色，统计NO含量差异。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/hxyhj/376.html
