钙肥不同用量对花生氮代谢的影响

[目的]为探究花生在不同钙素水平下氮代谢特点。[方法]选用606为试验材料,钙素设4个水平,测定不同生育时期主要氮代谢酶(硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH))活性及各叶片、茎秆和籽仁中蛋白质含量。[结果]施用钙肥不仅提高花生不同生育时期叶片中NR、GS、GOGAT和GDH活性,而且促进花生植株对氮素的吸收,增加籽仁中蛋白质含量。[结论]施钙量为300 kg/hm2时,效果最好。     

氮代谢相关酶的研究进展

氮代谢是植物体内的基本生理代谢过程之一,包括氮素同化、积累和蛋白质合成等过程,与植物的生长发育、产量和品质的联系非常密切。氮代谢的生理过程在酶的催化下完成,与氮代谢的生理过程密切相关的酶有：硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、转氨酶(谷氨酸草酰乙酸转氨酶、谷氨酸丙酮酸转氨酶)、谷氨酸合酶、谷氨酸脱氢酶等关键酶。这5种酶在植物氮代谢过程中具有重要的作用,简要介绍这几种酶的基本结构与特性、对作物生长发育的调控等,为进一步探究氮代谢研究机制提供有益的参考。     

镉对植物光合作用及氮代谢影响研究进展

镉是毒性最强的环境污染物之一。植物中积累的镉可通过食物链进入人体,给人类健康带来潜在危害。镉能抑制植物生长,能使植物形态、生理生化及结构发生改变。镉可减少净光合速率,损伤光合器官;使叶绿素含量下降;抑制气孔开放,从而影响植物的光合作用;镉通过改变植物硝酸还原酶(NR)、谷胺酰氨合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)以及谷氨酸脱氢酶(GDH)的活性,进一步影响植物氮代谢过程。光合作用及氮代谢在植物生长发育过程中起着十分重要的作用,综述了重金属镉对植物光合作用及氮代谢的影响,并对其机理进行了探讨。     

植物查尔酮合成酶分子生物学研究进展

查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS,EC 2.3.1.74),是植物类黄酮物质合成途径中的第一个酶,也是植物次生代谢途径中的关键酶之一,对植物具有非常重要的生理意义。为此,综述了查尔酮合成酶基因结构、基因进化、表达调控机理以及诱导因子,概述了查尔酮合成酶基因工程在植物生理方面的研究,并进一步对查尔酮合成酶的分子生物学研究做了展望。     

氮素形态和水平对茶树生理特性的影响

以一年生舒茶早(C. sinensis cv.‘Shuchazao’)扦插苗为材料研究不同氮素形态和氮素水平对茶树叶片光合作用、叶片含氮量和氮素利用相关基因的影响。结果表明,在氮素形态上,铵硝比例3:1和2:2处理茶树叶片光合作用能力显著高于其他处理组;铵硝比例3:1组叶片含氮量显著高于其他组;铵硝比例2:2的谷氨酰胺合成酶基因(GS)的表达量最高,全铵处理组表达量最低,只有铵硝比例2:2处理组的66.67%。铵硝比例2:2的谷氨酸合成酶基因(GOGAT)的表达量最高,铵硝比例1:3表达量最低,只有铵硝比例2:2组的20%。在氮素水平上,正常氮素营养液培养下,茶树叶片的光合作用和叶片含氮量显著高于不含氮和4倍氮处理组;茶树叶片的GS和GOGAT基因的表达量也最高,分别是4倍氮素处理组的1.3倍和2.1倍,是不含氮素处理组的5.2倍和5.0倍。综合来看,茶园施肥需要铵硝配比施肥并适当提高铵态氮含量,同时不宜过度施肥,不仅造成肥料浪费还可能不利于茶树生长。     

干旱胁迫对半夏氮代谢相关酶活性的影响

为了探讨干旱胁迫下半夏[Pinellia ternata(Thunb.)Breit]叶片内氮代谢途径中重要酶活性与生物碱合成和积累的关系,采用盆栽称重的方法控制土壤水分,测定干旱胁迫下半夏叶片内硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性以及半夏块茎中生物碱的含量,以期探讨干旱胁迫对半夏氮代谢及块茎总生物碱积累的调控机理。结果表明,NR、GS、GOGAT、PAL和总生物碱含量在轻度干旱和中度干旱条件下的活性高于适宜水分,说明中度到轻度干旱条件下有利于半夏氮代谢关键酶活性的提高,促进氮的同化,为次生代谢提供必需的氨基酸等底物,有利于促进次生代谢产物的合成与积累,可有效提高半夏次生代谢产物积累。     

谷氨酸合酶在灵芝中生物学功能的研究

[目的]通过对谷氨酸合酶(glutamate synthase,GOGAT)的基因序列进行预测和分析,构建谷氨酸合酶基因的沉默转化子,验证谷氨酸合酶在灵芝吸收、利用氮源、生长及次级代谢中的作用。[方法]利用真菌中已报道的谷氨酸合酶基因,在灵芝基因组库中分析比对得到灵芝中可能的谷氨酸合酶基因。通过构建进化树和结构域分析及酶活性测定,确定灵芝谷氨酸合酶序列。随后利用RNA干扰技术,将灵芝的GOGAT基因进行沉默,研究GOGAT对灵芝生长及次级代谢的影响。[结果]获得灵芝谷氨酸合酶序列,该酶具有保守的谷氨酸合酶结构域,并且在进化上高度保守。在4种氮源(谷氨酰胺、铵盐、脯氨酸和硝酸盐)条件下检测谷氨酸合酶活性和基因转录水平,野生菌株中的GOGAT比酶活和转录水平在不同氮源条件下没有显著变化。通过RNA干扰方法,获得沉默效率分别为(77.0±1.9)%和(77.5±2.0)%的GOGAT沉默菌株2株。平板试验表明,将GOGAT沉默后,灵芝菌丝的生长受到一定程度的抑制。在硝酸盐培养条件下,相比于野生菌株,GOGAT沉默菌株基本停止生长;而在脯氨酸存在条件下,2株沉默菌株的生长直径分别降低(16.0±1.9)%和(21.0±1.3)%。进一步检测灵芝三萜含量发现,当使用铵盐或脯氨酸作为唯一氮源培养时,相比于对照菌株,GOGAT沉默菌株中的灵芝三萜含量分别降低(32.1±4.5)%和(11.0±1.1)%;而以谷氨酰胺和硝酸盐培养时,各菌株中的灵芝三萜含量没有显著变化。[结论]本研究获得了灵芝中合成谷氨酸的重要酶基因GOGAT,发现其对灵芝的生长及次级代谢十分重要。     

植物内生菌促进宿主氮吸收与代谢研究进展

内生菌与植物共生能够提高宿主的氮吸收与氮代谢水平,这可能是由于内生菌在植物体内引发的多种效应的综合结果.植物内生菌能够通过促进植物根系发育和固氮作用为宿主植物提供更多的无机氮素;能够通过分泌多种胞外酶系如漆酶、蛋白水解酶等使宿主植物更好地利用有机氮素;能够提高宿主氮代谢关键酶如硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)等酶的活性;能够提高宿主植物激素水平和维生素含量从而促进宿主氮代谢;能够通过影响宿主植物氮代谢促进宿主植物分蘖、提高宿主植物叶绿素含量和光合速率等等.综述了国内外关于植物内生菌促进宿主氮代谢的相关报道,归纳了植物内生菌影响宿主氮素吸收与代谢的可能机制,并展望了关于植物内生菌促进宿主氮代谢机制方面的研究方向.     

不同镁浓度对烟叶氮代谢关键酶活性的影响

为了研究镁对烤烟叶片氮代谢关键酶的影响,以烤烟品种K326为试验材料,采用水培方式,设置不同Mg~(2+)浓度处理,测定了与氮代谢中相关的硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)活性。结果表明:在烤烟的生长的不同时期,NR活性呈先降低后升高再降低的趋势,GS活性呈先降低后升高的变化趋势,GOGAT活性呈逐渐减弱的趋势;在同一时期,不同Mg~(2+)浓度处理下烟叶NR活性有显著差异, Mg~(2+)浓度为6 mmol/L时NR活性和GS活性最强,镁浓度的升高有利于GOGAT活性增强。结果表明Mg~(2+)浓度为6 mmol/L时,可提高烟草植株氮代谢关键酶的活性,促进无机氮向有机氮的转化。     

烤烟成熟期氮代谢及其关键酶活性和相关基因表达分析

以烤烟品种K 326和NC 71为试验材料,测定分析了烟叶成熟期含氮化合物(叶片NH~+_4、可溶性蛋白质、总氮和游离氨基酸)含量和氮代谢关键酶活性,并对其关键酶基因(NtNR,NtGS和NtGOGAT)进行实时荧光定量PCR分析。结果表明在烤烟成熟期,烟叶内总氮、可溶性蛋白质和游离氨基酸含量总体呈逐渐降低的变化趋势。叶片NH~+_4呈单峰波动变化,移栽后80 d时其含量达到峰值。从移栽后70 d开始,烟叶谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸脱氢酶(GDH)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性逐渐增强,至移栽后80 d其活性达到最高,随后逐渐降低。NtGR基因表达量在成熟期逐渐降低,而NtGS和NtGOGAT基因表达量则呈先升高后降低的变化趋势。硝酸还原酶(NR)对烟叶氮代谢起主要调控作用,GS对调节叶片NH~+_4有重要影响。同一生态环境和栽培条件下,NtGS广泛参与烟叶的氮代谢调控,而NtGOGAT起主要协助作用。     

蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因克隆与表达研究进展

蔗糖是植物中重要的代谢产物,它直接或间接参与多种生理生化反应,研究其含量的变化规律对提高植物生物学产量和增强植物抗逆性具有重要的指导意义。蔗糖磷酸合成酶(SPS)是蔗糖代谢的关键酶之一,它催化蔗糖代谢中的限速反应,SPS基因在分子水平编码调控SPS。研究SPS基因克隆与表达规律是从分子水平揭示蔗糖代谢的基础。本文综述了近年来SPS基因克隆和表达研究进展,并展望了SPS基因的研究前景和应用前景。     

施用有机肥对成熟期烤烟碳氮代谢关键基因表达的影响

为了探明有机肥用量对烤烟碳氮代谢途径关键基因表达的影响,设置3种有机肥施用量(0、200、600 kg/667m2)来分析烤烟成熟期叶片碳氮代谢相关关键基因的表达水平。结果表明:施用有机肥显著降低了碳代谢途径中蔗糖合成酶基因(SUS)、蔗糖磷酸合成酶基因(SPS)、颗粒结合型淀粉合成酶基因(GBSSI)和淀粉分支酶基因(SBE)的表达水平,3个处理表现为:CK>C200>C600。通过对氮代谢途径关键基因硝酸还原酶(NITR)、亚硝酸还原酶(NIR)、谷氨酸脱氢酶(GDH)和谷氨酰胺合成酶(GS)中一个重要家族成员(GLN1-3)的表达分析表明:施用适量(200 kg/667 m2)有机肥对氮代谢途径关键基因的表达量影响不显著,仅在高用量(600 kg/667 m2)有机肥条件下表现出抑制。因此,通过添加不同有机肥用量对烤烟碳氮代谢关键基因的表达分析可以看出,有机肥处理下的碳氮代谢基因表达量明显受到抑制,且与有机肥的施用量呈正相关性,有机肥对碳代谢途径的影响大于氮代谢。     

不同氮素再利用相关酶对油菜氮素再分配及利用效率的影响(英文)

[目的]探究氮素利用相关酶对油菜中氮素再分配的贡献程度。[方法]采用单株砂培培养,严格控制氮素等营养供应,用15N饲喂追踪,分别测定在蛋白水解酶(PE)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)抑制剂处理的情况下,两个油菜品种氮低效品种6号和氮高效品种2号的产量、籽粒氮素转运和积累量、叶片氮素损失的情况以及氮素利用率。[结果]两品种皆在抑制GOGAT活性时,氮素利用效率最低,产量最少,籽粒中氮素转运比例最低,叶片氮素损失最大,其次为PE,在抑制GS时影响最小。同时发现在生育后期,叶片中积累的氮素接近80%转运出叶片,籽粒中来源于营养器官前期积累的氮素达到50%-70%。两品种油菜呈现相同趋势。品种之间,2号油菜品种的籽粒氮素累积和产量高,氮素损失较少。氮低效品种6号和氮高效品种2号在所有受抑制情况下呈现相同规律。[结论]GOGAT是油菜氮素再利用的关键酶,品种间酶活性不同可能是品种氮素再利用效率不同的重要因素。叶片生育前期积累的氮素主要用于氮素再利用,籽粒中积累的氮素大部分来源于营养器官。     

施用有机肥对成熟期烤烟碳氮代谢关键基因表达的影响

为了探明有机肥用量对烤烟碳氮代谢途径关键基因表达的影响,设置3种有机肥施用量(0、200、600 kg/667m2)来分析烤烟成熟期叶片碳氮代谢相关关键基因的表达水平。结果表明:施用有机肥显著降低了碳代谢途径中蔗糖合成酶基因(SUS)、蔗糖磷酸合成酶基因(SPS)、颗粒结合型淀粉合成酶基因(GBSSI)和淀粉分支酶基因(SBE)的表达水平,3个处理表现为:CKC200C600。通过对氮代谢途径关键基因硝酸还原酶(NITR)、亚硝酸还原酶(NIR)、谷氨酸脱氢酶(GDH)和谷氨酰胺合成酶(GS)中一个重要家族成员(GLN1-3)的表达分析表明:施用适量(200 kg/667 m2)有机肥对氮代谢途径关键基因的表达量影响不显著,仅在高用量(600 kg/667 m2)有机肥条件下表现出抑制。因此,通过添加不同有机肥用量对烤烟碳氮代谢关键基因的表达分析可以看出,有机肥处理下的碳氮代谢基因表达量明显受到抑制,且与有机肥的施用量呈正相关性,有机肥对碳代谢途径的影响大于氮代谢。     

孕穗期冷水胁迫下施用γ-氨基丁酸对寒地粳稻氮光合效率的调控效应

以生育期相近粳稻品种东农428和松粳10为试验材料,研究孕穗期冷水胁迫下施用外源γ-氨基丁酸(GABA)对寒地粳稻功能叶片氮光合效率及产量的调控效应,为制定有效抵御低温冷害化控栽培技术提供理论依据。结果表明,外源GABA主要通过提高松粳10剑叶光保护能力提高其光合效率;通过缓解低温胁迫对东农428剑叶光损伤程度,提高光保护能力进而提高其光合效率。孕穗期冷水胁迫下寒地粳稻剑叶OsGS1;1、OsGS1;2、OsGS1;3及OsGAD2表达量上调,与植物冷应激反应有关。OsNADH-GOGAT、OsGDH1和OsGDH3表达量上调、OsFd-GOGAT表达量显著下调,谷氨酰胺合成酶(GS)活性显著上升,说明孕穗期冷水胁迫抑制剑叶光呼吸过程中谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合酶(GS/GOGAT)循环代谢,促进质体中GS/GOGAT循环及谷氨酸脱氢酶(GDH)途径中铵(NH4+)同化代谢。孕穗期冷水胁迫下施用GABA(4.5 mmol·L-1)促使寒地粳稻剑叶OsGS2、OsFd-GOGAT和OsNADH-GOGAT表达量下调;但OsGS1;3、OsGDH3和OsGAD2表达量上调,GS、GDH及谷氨酸脱羧酶(GAD)活性显著升高,使谷氨酸(Glu)家族氨基酸含量显著上升,如抗逆氨基酸GABA、脯氨酸(Pro)、Glu等,避免高NH4+毒害,提高寒地粳稻耐冷性。     

甜菜氨同化途径的研究

不同供氮水平各生育时期甜菜叶片与根体氨同化酶谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性测定结果表明,甜菜体内存在GSGOGAT和GDH途径,但GS、GOGAT活性明显高于GDH,且两者变化趋势一致,说明GSGOGAT在甜菜体内氨同化中起重要作用,两者协同作用进行氨的同化。氨同化途径因供氮水平、生育时期及植株部位不同而异。高氮促进叶片GS、GOGAT活性提高,GDH活性降低,低氮GS,GOGAT活性较低,而刺激GDH活性。叶片氨同化酶活性高于根体,氨同化代谢旺盛。生育前期(137前)氨同化酶活性明显大于生育后期(258后),表明生育前期同化活跃,但GDH所起作用较小,而后期氮同化较弱,GDH发挥作用相对增大。     

马铃薯氮代谢对低氮胁迫的响应及转录组分析

【目的】探究不同氮效率马铃薯品种氮代谢对低氮胁迫的响应及分子机制,为马铃薯氮高效育种及高产栽培提供理论依据。【方法】以氮高效马铃薯品种冀张薯12号和氮低效马铃薯品种尤佳70为材料,采用盆栽试验方式,设置低氮（3 mmol/L纯氮）和正常施氮（15 mmol/L纯氮）处理,在出苗后30 d测定植株的干质量、氮积累量及氮代谢相关酶(硝酸还原酶（NR）、亚硝酸还原酶（NiR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）)活性,并依托Illumina HiSeq 2000平台进行转录组测序分析。利用DESeq进行差异基因分析,通过GO富集和KEGG Pathway数据库注释参与马铃薯氮胁迫响应的差异表达基因。【结果】2种施氮量下冀张薯12号茎叶和根系的干质量、氮积累量以及NR、NiR、GS、GOGAT活性均高于尤佳70。与正常施氮相比,低氮胁迫下2个马铃薯品种茎叶和根系的干质量、氮积累量及叶片的NR和NiR活性均显著降低,根系的GS活性显著提高;尤佳70叶片的GS活性、GOGAT活性和根系的GOGAT活性均显著降低,冀张薯12号根系的NiR活性显著降低。转录组分析结果表明,在2个施氮量对比组中,尤佳70叶片和根系中的差异表达基因分别有6 173个和249个,冀张薯12号叶片和根系中的差异表达基因分别有3 455个和1 990个。GO和KEGG结果显示,冀张薯12号的差异基因主要涉及氮代谢、氨基酸代谢等生物过程,尤佳70的差异基因主要涉及光合作用等生物过程。尤佳70和冀张薯12号根系中富集到氮代谢通路的差异基因分别有1个和8个,叶片中分别有11个和8个。尤佳70和冀张薯12号叶片的氨基酸相关代谢途径中涉及上调差异表达基因最多的均是苯丙氨酸代谢,其中编码苯丙氨酸解氨酶、肉桂酸-4-羟化酶、4-香豆酸-CoA连接酶的基因表达显著上调。【结论】在低氮条件下,氮高效品种冀张薯12号氮代谢相关酶活性较高,能减缓低氮胁迫对氮代谢的影响,进而保证较高的氮效率。     

施氮量对烤烟氮代谢关键酶基因表达及代谢产物的影响

为了探寻供氮水平对烤烟氮代谢关键基因表达与含氮化合物含量的影响,进行供氮水平及品种的两因素田间试验,分别在移栽后45、60、80 d测定鲜烟叶硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)基因表达量,以及烟叶总氮、烟碱和可溶性蛋白质的含量。结果显示,3个氮代谢关键基因的表达均受施氮量影响。栽后80 d,高氮处理(120 kg·hm^-2)的烟株可溶性蛋白含量显著(P<0.05)高于低氮处理(90 kg·hm^-2)。栽后45 d,NR基因表达量与烟碱含量呈显著(P<0.05)负相关,与可溶性蛋白含量呈极显著(P<0.01)正相关;栽后60 d,GS基因表达量与烟碱含量呈显著(P<0.05)负相关。施氮水平对烤烟氮代谢关键酶基因表达及氮代谢产物含量有显著影响,可通过调整施氮量来调控烟叶含氮化合物含量。     

蓝光和Ca对小麦幼苗谷氨酸合成酶及钙调系统酶活性的影响

小麦黄化苗和绿苗经短时间蓝光照射,谷氨酸合成酶(GOGAT)活性明显增强,Ca能显著增强GOGAT活性.蓝光对小麦NO-3代谢过程中GOGAT活性的影响与细胞内钙调系统及其作用靶酶——Ca2+-ATPase、H+-ATPase活性密切相关,这表明钙信号系统可能参与了蓝光信号受体——隐花色素(cryptochrome)相关联的光敏感途径,从而调节植物NO-3代谢过程.小麦黄化苗和绿苗的蓝光受体可能不同.     

花生高亲和硝酸盐转运蛋白基因AhNRT2.7a响应低氮胁迫的功能研究

【目的】 氮素在作物生产中对生物量和产量起关键作用。高亲和硝酸盐转运蛋白基因NRT2在植物响应低氮胁迫时被激活并具有维持氮吸收和转运的作用。通过筛选花生低氮耐受相关的NRT2基因并解析其生物学功能,为培育高氮素利用率的花生新品种提供理论参考,最终有助于实现节氮、高效的绿色生产目标。【方法】 检测正常氮浓度及1/20正常氮浓度（15 mmol·L^-1）条件下5个具有典型跨膜结构的花生NRT2基因（AhNRT2.4、AhNRT2.5b、AhNRT2.5c、AhNRT2.7a和AhNRT2.7b）的时空表达情况。以花育6309的cDNA为模板,对AhNRT2.7a进行克隆和生物信息学分析,并通过亚细胞定位确定AhNRT2.7a的表达部位。进一步构建异源过表达AhNRT2.7a的拟南芥株系,分别在正常以及低氮胁迫条件下测定其叶绿素含量、氮积累量以及谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）、硝酸还原酶（NR）、亚硝酸还原酶（NiR）、谷氨酸脱氢酶（GDH）5个氮代谢关键酶的活性。【结果】 5个NRT2基因中有4个NRT2基因在花生响应低氮胁迫条件下大量表达。其中,AhNRT2.7a能够响应低氮胁迫,并在花生茎和叶中高表达。获得AhNRT2.7a的cDNA序列,全长为1 380 bp,编码459个氨基酸。蛋白结构分析显示其为具有12个典型跨膜结构域的膜蛋白。该氨基酸序列与栽培种花生（Arachis hypogaea L.）相似性高达99.56%,其次是野生亲本AA和BB基因组花生。亚细胞定位显示其主要定位于细胞质膜上。构建异源过表达AhNRT2.7a的转基因拟南芥植株,在不同供氮条件下,成熟叶和幼叶叶片的叶绿素相对含量均显著高于野生型拟南芥。同时,对上述5个氮代谢相关酶活性以及氮、磷、钾积累量测定显示,转基因植株中2个氮代谢相关酶（GS和NR）的酶活性以及氮积累量均比野生型拟南芥有显著升高。【结论】 花生中4个NRT2基因响应低氮胁迫,其中AhNRT2.7a能够提高植物氮代谢过程的氮素利用率。AhNRT2.7a的表达在促进氮代谢过程的同时,促使碳代谢作用的进一步加强。因此,AhNRT2.7a适合作为花生氮素高效利用为目的的候选基因。