硝酸还原酶产生的no对不同氮素利用率水稻的无机氮吸收过程的影响
摘要：水稻根系中的硝营养(PNN)对其生长是很重要的，因此，了解水稻根系对硝的响应机制是对农业的可持续发展至关重要的。本研究的目的是为了证实在硝的刺激下，水稻根系中产生的一氧化氮信号分子对养分吸收的影响，采用氮高效水稻品种南光和氮低效水稻品种Eilo作为供试材料，试验分析了在增硝营养下一氧化氮的产生、硝酸还原酶的活性、以及15N的吸收，同时使用了一氧化氮的外源供体和清除剂。结果表明，增硝条件下，氮高效水稻南光可以通过NIA2途径合成硝酸还原酶，进而增加一氧化氮在根系中的积累，15N的吸收以及高亲和铵和硝转运蛋白基因的表达水平，而氮低效品种Eilo在增硝条件下并没有增加一氧化氮的合成。深入的研究表明，与全铵营养相比，在供应全铵的基础上施加硝普钠（一氧化氮供体）可以增加两种水稻根系内的一氧化氮水平以及15N的吸收，而与增硝营养相比，在增硝基础上施加cPTIO（一氧化氮清除剂）和钨酸钠（硝酸还原酶抑制剂）可以明显降低两种水稻根系内的一氧化氮水平和15N的吸收。由此我们得出结论，在增硝条件下，水稻通过NIA2途径合成的硝酸还原酶增加了一氧化氮的水平，进而增加氮的吸收速率，一氧化氮在提高氮吸收能力上有着至关重要的作用，它可能成为水稻适应硝营养以及增加氮素利用率的一个策略。
目录
摘要 2
关键词 2
Abstract： 2
Key words: 3
引言 3
1 材料与方法 4
1．1 试验材料 4
1．1．1 供试水稻品种 4
1．2．1 水稻幼苗培育与收获 4
1．2．2 水稻幼苗的处理 4
1．3 对样本的预实验 4
1．4 水稻数据测量 5
1．4．1根系NO的测量 5
1．4．2 全氮浓度和硝酸还原酶活性的测定 5
1．4．3 测量15吸收N速率 5
1．4．4 利用qRTPCR方法测量基因表达情况 5
2 数据处理 5
2．1 两个水稻品种的NRAmax和NRAact的数据处理 5
2．3 水稻根部15N摄入率统计 7
2. 4 qRTPCR方法结果统计 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
> 3 数据结果分析 10
3. 1 一氧化氮参与到了增硝营养增加水稻生物量和氮的积累 10
3．2 NO在增硝营养环境中N吸收率中的作用 10
3．3 NO供体和清除剂影响OsAMT13，OsNRT2s和NAOsR2s等相关基因的表达 10
4 讨论 10
5 结论 11
致谢 12
表一 14
表二 14
硝酸还原酶产生的NO对不同氮素利用率水稻的无机氮吸收过程的影响
引言
引言:一氧化氮作为一个信号分子物质在植物发育和养分积累过程中参与到了许多生理过程。许多证据表明，一氧化氮参与到了植物根系的生长发育发现在番茄中生长素和一氧化氮可能作为信号途径参与到了侧根的形成[1]。目前许多报道表明，NO参与到了氮的积累和硝感应途径第一阶段的重要调节者[2]。目前，一些报道证实了硝酸还原酶通过一氧化氮来调控植物因物种的不同而不同。例如，一氧化氮会抑制小麦叶片中硝酸还原酶活性[3]，但是会提高卷心菜叶片中硝酸还原酶的活性，事实上土豆根系中NO抑制硝酸还原酶的活性可能取决于硝酸盐集聚。然而NO调控氮吸收来应对硝酸盐供应波动的机制并不清楚。在植物中，一氧化氮合成酶和硝酸还原酶是一氧化氮合成的两条重要途径。NO合成酶（NOS）和硝酸还原酶(NR)是植物体内两种潜在的催化NO产生的酶系统。通过在动物体内使用一氧化氮合成酶抑制剂已经证明了L精氨酸途径确实可以合成一氧化氮，但植物中的一氧化氮合成酶和动物体内的相似，都没有得到证实[4]。硝酸还原酶是植物体内一氧化氮合成的重要途径，植物根系周围环境中的硝浓度会影响根系内部的硝酸还原酶活性，进而影响到一氧化氮的产生[5]。在拟南芥和蚕豆中的研究表明，硝酸盐和亚硝酸盐的相对和绝对水平是诱导一氧化氮产生的关键因素[6]。而且，在拟南芥中的研究表明，硝酸还原酶基因的表达部位和一氧化氮的累积在根尖形成了共定位[7]，这说明了硝酸还原酶是调整一氧化氮在植物体内平衡以及信号系统的关键因素，一氧化氮是在硝信号下，通过硝酸还原酶途径合成，进而影响根系形态结构[8]。而硝信号途径参与到一氧化氮合成的机制有待于深入研究。
水稻是全球最重要的粮食作物之一，主要生长在淹水条件下。虽然相对于硝态氮来说，铵态氮更适合作为水稻的氮营养，但由于水稻根系周围硝化作用的存在，水稻根系实际上是出于铵硝混合的营养条件下.，越来越多的研究表明，增硝条件下，水稻可以通过诱导氮的吸收和积累，不定根和侧根的形成来促进生长[9]。而且，利用不同氮效率水稻品种的实验证明了增硝营养可以通过增加氮的吸收来提高氮素利用率，由此说明，增硝营养和氮利用效率可能存在相关性。在本试验中，我们发现增硝营养条件下，在根系中诱导增加的一氧化氮可以促进氮的吸收能力。在接下来的报告中，我们假设一氧化氮在提高氮素利用率中起关键作用是一种对硝酸盐的进化适应机制。硝营养与增硝营养理相比，在高效氮肥利用率的植株中对硝酸盐的聚集是有诱导作用的，但在低氮素利用率的株系中则没有这种现象[10]。由此我们得出结论，在增硝条件下，水稻通过NIA2途径合成的硝酸还原酶促进了一氧化氮合成，进而增加氮的吸收速率，一氧化氮在提高氮吸收能力上有着至关重要的作用。
1 材料与方法
1．1 试验材料
1．1．1 供试水稻品种 水稻品种 Nanguang（南光） 和 Elio。此两个品种是从177种日本晴中选取出来的，因为在2003和2004年的水稻田间试验中证明这两种水稻有相似的增长模式以及对施氮量有不同的反应[12]。在研究中可知，南光是氮高效水稻品种，而Elio是氮低效水稻品种。氮高效水稻指水稻品种在任何供氮条件下都可收获籽粒高产；氮低效水稻指水稻品种在任何供氮条件下其籽粒产量均较低[13]。最初根据对增硝的响应不同，选出了7个氮高效品种和3个氮低效品种，在水培条件下进行深入的研究之后发现，7个品种中有5个在增硝营养条件下具有较高的氮利用效率[14]，而3个品种对增硝营养具有较低的氮利用效率。最后，选择南光和Eilo作为本实验的供试材料。
表一 供试水稻品种的基本特性
品种
产地
生育期
株高
Nanguang（南光）
日本
163
98
Elio
意大利
157
96
1．1．2 供试水稻营养液 根据国际水稻研究所（IRRI） 规定的水稻营养液配方（mM）：0.3 KH2PO4, 0.35 K2SO4, 1.0 CaCl2, 1.0 MgSO47H2O, 0.5 Na2SiO3, and (μM) 20.0 FeEDTA, 9.0 MnCl2, 0.39 (NH4)6Mo7O24, 20.0 H3BO3, 0.77 ZnSO4, and 0.32 CuSO4; pH 5.5.
1．2 温室防控试验
1．2．1 水稻幼苗培育与收获 水稻苗生长在玻璃温室中，昼夜的温差分别为30°C和18°C。种子萌发第7天时，选择长势一致的苗子移栽到含有pH5.5的国际修正营养液的桶中进行培养（每桶设置四个孔，每个孔内3株苗），营养液的浓度从1/4、1/3、1/2逐渐升高，每隔两天更换一次，之后在全浓度营养液中培养14天。水稻苗用两种氮配比进行处理，分别为100/0（NH4+/NO3）和75/25（NH4+/NO3），氮的总浓度为1.43mM，两种氮配比分别使用 (NH4)2SO4和 (NH4)2SO4 、NH4NO3的混合，其他化学营养元素分别使用一下组成（mM）：0.3 KH2PO4, 0.35 K2SO4, 1.0 CaCl2, 1.0 MgSO47H2O, 0.5 Na2SiO3, and (μM) 20.0 FeEDTA, 9.0 MnCl2, 0.39 (NH4)6Mo7O24, 20.0 H3BO3, 0.77 ZnSO4, and 0.32 CuSO4。同时在营养中施加7μM的双氰胺（一种硝化抑制剂）来抑制铵的氧化。外源药品施加以下几种：010μM 硝普钠（SNP）、80μM 24羧苯基四甲基咪唑烷1氧3氧化物（cPTIO）和钨酸钠（Tugstate）（其中南光施加50μM，Eilo施加100μM）。
目录
摘要 2
关键词 2
Abstract： 2
Key words: 3
引言 3
1 材料与方法 4
1．1 试验材料 4
1．1．1 供试水稻品种 4
1．2．1 水稻幼苗培育与收获 4
1．2．2 水稻幼苗的处理 4
1．3 对样本的预实验 4
1．4 水稻数据测量 5
1．4．1根系NO的测量 5
1．4．2 全氮浓度和硝酸还原酶活性的测定 5
1．4．3 测量15吸收N速率 5
1．4．4 利用qRTPCR方法测量基因表达情况 5
2 数据处理 5
2．1 两个水稻品种的NRAmax和NRAact的数据处理 5
2．3 水稻根部15N摄入率统计 7
2. 4 qRTPCR方法结果统计 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
> 3 数据结果分析 10
3. 1 一氧化氮参与到了增硝营养增加水稻生物量和氮的积累 10
3．2 NO在增硝营养环境中N吸收率中的作用 10
3．3 NO供体和清除剂影响OsAMT13，OsNRT2s和NAOsR2s等相关基因的表达 10
4 讨论 10
5 结论 11
致谢 12
表一 14
表二 14
硝酸还原酶产生的NO对不同氮素利用率水稻的无机氮吸收过程的影响
引言
引言:一氧化氮作为一个信号分子物质在植物发育和养分积累过程中参与到了许多生理过程。许多证据表明，一氧化氮参与到了植物根系的生长发育发现在番茄中生长素和一氧化氮可能作为信号途径参与到了侧根的形成[1]。目前许多报道表明，NO参与到了氮的积累和硝感应途径第一阶段的重要调节者[2]。目前，一些报道证实了硝酸还原酶通过一氧化氮来调控植物因物种的不同而不同。例如，一氧化氮会抑制小麦叶片中硝酸还原酶活性[3]，但是会提高卷心菜叶片中硝酸还原酶的活性，事实上土豆根系中NO抑制硝酸还原酶的活性可能取决于硝酸盐集聚。然而NO调控氮吸收来应对硝酸盐供应波动的机制并不清楚。在植物中，一氧化氮合成酶和硝酸还原酶是一氧化氮合成的两条重要途径。NO合成酶（NOS）和硝酸还原酶(NR)是植物体内两种潜在的催化NO产生的酶系统。通过在动物体内使用一氧化氮合成酶抑制剂已经证明了L精氨酸途径确实可以合成一氧化氮，但植物中的一氧化氮合成酶和动物体内的相似，都没有得到证实[4]。硝酸还原酶是植物体内一氧化氮合成的重要途径，植物根系周围环境中的硝浓度会影响根系内部的硝酸还原酶活性，进而影响到一氧化氮的产生[5]。在拟南芥和蚕豆中的研究表明，硝酸盐和亚硝酸盐的相对和绝对水平是诱导一氧化氮产生的关键因素[6]。而且，在拟南芥中的研究表明，硝酸还原酶基因的表达部位和一氧化氮的累积在根尖形成了共定位[7]，这说明了硝酸还原酶是调整一氧化氮在植物体内平衡以及信号系统的关键因素，一氧化氮是在硝信号下，通过硝酸还原酶途径合成，进而影响根系形态结构[8]。而硝信号途径参与到一氧化氮合成的机制有待于深入研究。
水稻是全球最重要的粮食作物之一，主要生长在淹水条件下。虽然相对于硝态氮来说，铵态氮更适合作为水稻的氮营养，但由于水稻根系周围硝化作用的存在，水稻根系实际上是出于铵硝混合的营养条件下.，越来越多的研究表明，增硝条件下，水稻可以通过诱导氮的吸收和积累，不定根和侧根的形成来促进生长[9]。而且，利用不同氮效率水稻品种的实验证明了增硝营养可以通过增加氮的吸收来提高氮素利用率，由此说明，增硝营养和氮利用效率可能存在相关性。在本试验中，我们发现增硝营养条件下，在根系中诱导增加的一氧化氮可以促进氮的吸收能力。在接下来的报告中，我们假设一氧化氮在提高氮素利用率中起关键作用是一种对硝酸盐的进化适应机制。硝营养与增硝营养理相比，在高效氮肥利用率的植株中对硝酸盐的聚集是有诱导作用的，但在低氮素利用率的株系中则没有这种现象[10]。由此我们得出结论，在增硝条件下，水稻通过NIA2途径合成的硝酸还原酶促进了一氧化氮合成，进而增加氮的吸收速率，一氧化氮在提高氮吸收能力上有着至关重要的作用。
1 材料与方法
1．1 试验材料
1．1．1 供试水稻品种 水稻品种 Nanguang（南光） 和 Elio。此两个品种是从177种日本晴中选取出来的，因为在2003和2004年的水稻田间试验中证明这两种水稻有相似的增长模式以及对施氮量有不同的反应[12]。在研究中可知，南光是氮高效水稻品种，而Elio是氮低效水稻品种。氮高效水稻指水稻品种在任何供氮条件下都可收获籽粒高产；氮低效水稻指水稻品种在任何供氮条件下其籽粒产量均较低[13]。最初根据对增硝的响应不同，选出了7个氮高效品种和3个氮低效品种，在水培条件下进行深入的研究之后发现，7个品种中有5个在增硝营养条件下具有较高的氮利用效率[14]，而3个品种对增硝营养具有较低的氮利用效率。最后，选择南光和Eilo作为本实验的供试材料。
表一 供试水稻品种的基本特性
品种
产地
生育期
株高
Nanguang（南光）
日本
163
98
Elio
意大利
157
96
1．1．2 供试水稻营养液 根据国际水稻研究所（IRRI） 规定的水稻营养液配方（mM）：0.3 KH2PO4, 0.35 K2SO4, 1.0 CaCl2, 1.0 MgSO47H2O, 0.5 Na2SiO3, and (μM) 20.0 FeEDTA, 9.0 MnCl2, 0.39 (NH4)6Mo7O24, 20.0 H3BO3, 0.77 ZnSO4, and 0.32 CuSO4; pH 5.5.
1．2 温室防控试验
1．2．1 水稻幼苗培育与收获 水稻苗生长在玻璃温室中，昼夜的温差分别为30°C和18°C。种子萌发第7天时，选择长势一致的苗子移栽到含有pH5.5的国际修正营养液的桶中进行培养（每桶设置四个孔，每个孔内3株苗），营养液的浓度从1/4、1/3、1/2逐渐升高，每隔两天更换一次，之后在全浓度营养液中培养14天。水稻苗用两种氮配比进行处理，分别为100/0（NH4+/NO3）和75/25（NH4+/NO3），氮的总浓度为1.43mM，两种氮配比分别使用 (NH4)2SO4和 (NH4)2SO4 、NH4NO3的混合，其他化学营养元素分别使用一下组成（mM）：0.3 KH2PO4, 0.35 K2SO4, 1.0 CaCl2, 1.0 MgSO47H2O, 0.5 Na2SiO3, and (μM) 20.0 FeEDTA, 9.0 MnCl2, 0.39 (NH4)6Mo7O24, 20.0 H3BO3, 0.77 ZnSO4, and 0.32 CuSO4。同时在营养中施加7μM的双氰胺（一种硝化抑制剂）来抑制铵的氧化。外源药品施加以下几种：010μM 硝普钠（SNP）、80μM 24羧苯基四甲基咪唑烷1氧3氧化物（cPTIO）和钨酸钠（Tugstate）（其中南光施加50μM，Eilo施加100μM）。
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