植物中铵转运蛋白的研究进展

铵转运蛋白在众多生物中被克隆与鉴定，它是一种广泛存在于微生物、植物细胞及动物的细胞膜上主动转运铵离子的载体，分子量约为48kD，含有10-11个跨膜域。本文阐述了植物铵转运蛋白分离鉴定的过程，对于铵转运蛋白的结构、功能、基因表达调控等方面作了较详细叙述。不同氮素条件下，铵转运蛋白基因通过转录调控表现了对铵离子吸收转运的不同特点，使植物根系在较宽的浓度范围中吸收铵离子，为细胞内铵离子库的内稳态提供了理论依据。铵转运蛋白有助于作物更有效的吸收氮素，为农业生产粮食增收提供了有利保障。     

植物磷转运蛋白基因及其表达调控的研究进展

土壤有效磷的缺乏是限制植物生长发育的主要因素之一,植物对于磷素营养的吸收及转运主要是通过不同家族的磷转运蛋白来进行的。在外部介质严重缺磷的环境中,植物体自身会通过诱导或增强磷素转运蛋白基因的表达量提高其对根际和共生菌根菌丝磷素的吸收和利用,同时外界环境中的其他一些因素也会影响磷转运蛋白基因的表达调控。近年来,随着分子生物学技术和植物基因组学的快速发展,国内外有关磷素转运蛋白的分子研究也在不断深入,并取得了一系列令人振奋的成果。本文简述了近年来高等植物磷素转运蛋白基因的克隆、表达、调控及其可能存在的相互作用,并对进一步的研究作了展望。     

氨基酸转运蛋白介导植物免疫研究进展

植物生长发育需要大量的氮素养分,氨基酸作为大多数植物体内主要的氮素运输形式,影响植物整个生命活动。氨基酸转运蛋白负责氨基酸在组织和细胞间的跨膜运输,其通过调节植物体内氨基酸稳态,影响着植物的生长发育和抗逆能力。近年来,氨基酸和氨基酸转运蛋白在植物免疫和抗病中的功能及其调控机制取得了一些突破性的研究进展。我们详细阐述了氨基酸运输、代谢在植物防御中的作用,总结了参与植物免疫的氨基酸透性酶家族(AAPs)、赖氨酸组氨酸转运蛋白家族(LHTs)、阳离子氨基酸转运蛋白家族(CATs)以及多种酸进出转运蛋白家族(UMAMITs)基因在病原菌侵染植物过程中的调节机制。转运蛋白LHT1不仅介导植物根系氨基酸的吸收和地上部氨基酸的转运,还参与了植物生长和免疫调节。本文以LHT1为例,对比了拟南芥和水稻lht1突变体植物在感染病原菌后自身的免疫过程,突出其在参与植物感染活体营养型和死体营养型病原菌过程中功能的差异性,构建了氨基酸转运蛋白调控植物免疫过程的基本分子模型。未来研究需要重点解析：1)哪些氨基酸是植物防御机制的关键营养或信号物质;2)病原菌侵染植物后,植物体内氨基酸信号的传导过程;3)植物氨基酸转...     

植物液泡中硝酸盐行为的研究概况

化学氮肥利用率低和损失严重而造成的环境污染问题是农业生态系统中氮素管理首当其冲要研究和解决的问题 ,这方面的研究工作在国内外报道浩如烟海 ,但突破性进展不多。另一方面 ,植物体内的硝酸盐含量高又严重影响农产品有关的品质性状 ,特别是我国加入WTO后蔬菜和果实中高含量的硝酸盐是影响这些产品出口的主要限制因子之一。因此 ,从植物体本身着手研究植物氮素高效利用的机理与途径 ,这是近几年来植物氮素营养研究的热点之一。植物液泡占据了成熟植物细胞体积的 90 %左右 ,而液泡和细胞质中硝酸盐的浓度通常分别在 30～ 5 0molm- 3和 3～ 5molm- 3,因此 ,如何调动植物液泡中的硝酸盐使之得到更高程度的再利用 ,这是提高植物氮素利用效率和降低植物体内硝酸盐含量的途径之一。本文综述了国内外有关液泡中硝酸盐行为的研究状况 ,在此基础上作者首次提出植物液泡中硝酸盐的内外流与植物氮素高效利用之间可能存在着密切的关系 ,旨在拓始这方面的工作能尽快开展 ,为植物氮素高效利用的分子生物学研究开辟新的研究领域。     

施氮量对冬小麦氮素吸收、转运及产量的影响

2004至2005年在田间条件下,研究了施氮量0、105、2103、15.kg/hm2对冬小麦氮素吸收、累积、转运、产量及氮肥利用率的影响。结果表明,施用氮肥可显著提高冬小麦的子粒、秸秆产量及成熟期地上部总吸氮量,但过量施用氮肥对子粒和秸秆增产不显著;各施氮处理的氮肥利用率在34.2%～38.3%之间,随施氮量增加而略有降低。植株中氮素含量随生育期的延长而降低,氮素累积量总体呈增加趋势。施氮量对冬小麦氮素吸收有显著影响,同一生育时期,氮素含量和累积量都随着施氮量增加而提高。施氮可显著地促进氮素在子粒中累积,其中69%～87%的氮素是靠营养体的转运而来的。施氮量影响氮素的转运效率,随施氮量增加,转运效率降低。本试验条件下,冬小麦的合理施氮量应控制在105～210.kg/hm2之间。     

作物硝态氮转运利用与氮素利用效率的关系

【目的】 铵态氮（NH₄+）和硝态氮（NO₃-）是作物氮素吸收利用的主要形态,旱作作物NO₃-的累积与利用是氮素营养研究的主要组成部分,关系到理解作物NO₃-的转运和利用关系及作物体内NO₃-含量和氮素利用效率（nitrogen utilization efficiency,NUE）高低的问题。主要进展 作物吸收的NO₃-分为被作物直接利用、分泌到根外、储存在液泡和向地上部分运输四种途径。其中NO₃-短途分配（液泡NO₃-分配）和长途转运（地上、地下部NO₃-的转运）共同调控着NO₃-的利用效率,进而影响作物的NUE。液泡NO₃-不能被作物直接利用,只有分配到液泡外细胞质中的NO₃-才能被作物迅速代谢和利用;同时有更大比例的NO₃-分配到地上部分,使得作物可以充分利用太阳光能进行NO₃-代谢和能量转换,从而提高了作物的NUE。此外,液泡对NO₃-起到分隔作用,储存在液泡中的NO₃-并不能对NO₃-转运相关基因（如NR、NO₃-长途转运基因NRT1.5和NRT1.8）起到诱导效果;只有分配在液泡外原生质体中的NO₃-才能对NO₃-诱导基因产生强烈的诱导。因此,作物细胞原生质体中液泡内、外NO₃-的分配不仅影响了NO₃-的同化利用,而且直接影响了NO₃-的长途转运。展望 本文对植物原生质体中液泡内、外NO₃-的短途分配和地上、地下部间NO₃-的长途转运机制进行了总结,为进一步深入研究作物地上、地下部NO₃-长途转运和液泡NO₃-短途分配的关系,以及更好地揭示作物NUE对NO₃-转运和利用的响应机理提供参考。     

植物重金属转运蛋白及其在植物修复中的应用

植物修复技术已成为解决土壤重金属污染的一个绿色环保方法。利用基因工程和分子生物学技术,已经鉴定出一系列与重金属转运相关的蛋白及基因,包括ZIP家族、ABC载体、有机汞裂解酶基因merB、Hg离子还原酶基因merA和金属S蛋白基因MT等。本文着重从细胞、亚细胞水平上综述了一系列重金属转运蛋白的相关分子生物学研究进展及其在植物修复上的应用。     

氮肥运筹下不同种植方式水稻对氮素的吸收、转运和利用

为改进江汉平原地区中稻氮肥施用方法.采用田间小区试验,设置当地常规施肥(FFP)、缓控释肥与尿素配施(CRF)、海藻多糖氮肥替代(HTN)及不施氮对照(CK)4个氮肥管理,研究不同氮肥运筹对机插稻、直播稻氮素吸收、转运及氮肥利用率的影响.结果表明:水稻分蘖前期机插稻的干物质积累量FFP处理比CRF、HTN处理分别高41...     

籼、粳超级稻氮素吸收利用与转运差异研究

【目的】目前我国选育和认定的超级稻品种很多,但如何发挥其高产潜力至关重要。氮素是影响水稻生长发育、 产量和品质形成的最活跃因素之一,因此,深入分析籼、 粳超级稻氮素吸收、 利用与转运特征及其与产量形成的关系,从氮素营养层面上阐明超级粳稻高产形成机理,以期为超级稻品种的合理利用以及增产潜力的挖掘提供参考。【方法】2011~2012年在江苏苏中地区,以主体且具有代表性的5个超级杂交籼稻组合和5个常规粳型超级稻品种为试验材料,对稻-麦两熟制条件下籼、 粳超级稻主要生育期植株含氮率和氮素积累量、 氮素阶段吸收速率和阶段吸收量、 氮素利用效率,以及抽穗至成熟期叶、 茎、 鞘氮素转运量、 表观转运率和转运贡献率等进行了系统的比较研究。【结果】1）粳稻平均实收产量、 氮素吸收总量和百公斤籽粒吸氮量分别达10.89 t/hm2、 224.50 kg/hm2和2.79 kg,分别较籼稻高13.21%、 32.74%和17.45%,差异极显著。2）移栽有效分蘖临界叶龄期、 拔节抽穗期和抽穗成熟期, 粳稻氮素积累量显著或极显著高于籼稻,而有效分蘖临界叶龄期拔节期粳稻极显著低于籼稻。氮素阶段吸收速率表现的趋势与氮素阶段吸收量一致。3）抽穗期和成熟期粳稻植株各器官以及整个生育期整株的含氮率均显著或极显著高于籼稻。4）粳稻氮素吸收利用率和农学利用率略高于籼稻,但氮素生理利用率、 籽粒生产效率、 干物质生产效率和氮肥偏生产力,除氮素生理利用率外,均显著或极显著低于籼稻。5）成熟期,粳稻叶、 茎、 鞘含氮量所占比例均极显著地高于籼稻,但穗中含氮量所占比例极显著低于籼稻,因此,籼稻氮素收获指数极显著高于粳稻。6）抽穗成熟期,粳稻叶、 茎、 鞘氮素转运量、 表观转运率和转运贡献率均小于籼稻,除鞘的氮素转运贡献率外其他指标均达显著或极显著水平。7）籼稻籽粒氮主要依靠抽穗前源器官中贮积的氮素的输出与转运,粳稻主要依靠生育中后期(拔节成熟期)氮素的高速吸收。【结论】在稳定生育前期(移栽拔节期)氮素吸收的基础上,大幅提高生育中期和后期(拔节成熟期)氮素吸收速率和氮素积累量,是稳定形成较高的氮素吸收总量及粳稻高产形成的关键。     

分子生物学途径提高作物氮效率研究进展

氮肥利用率低是当前影响我国农业可持续发展的重要问题,而通过生物技术手段挖掘植物自身氮吸收利用潜力是提高作物氮效率的重要途径。介绍了可能对提高作物氮效率有重要影响的基因,综述了目前通过基因工程手段提高植物氮效率的研究现状。综合当前的研究来看,谷氨酰胺合成酶基因、丙氨酸转氨酶基因、氮素再利用相关基因及转录因子等相关基因在提高作物氮效率方面具有较大的潜力,应该成为未来研究的重点方向。     

植物体对硝态氮的吸收转运机制研究进展

硝态氮是高等植物重要的氮素营养,直接影响植物的生长。植物根系吸收硝态氮并向地上部转运的机制一直是研究者十分关注的问题。近几年的深入研究使得新的现象与结论被揭示,推动了我们对植物体吸收转运硝态氮生理与分子机制的认识。本文综述了近年来国内外关于植物硝态氮吸收转运的生理及分子机制的相关研究结果。通过整理归类植物硝酸盐吸收相关的生理学数据,介绍了影响植物吸收硝态氮的各种因素。基于膜转运体在植物硝态氮吸收转运过程中发挥的重要作用,本文还重点介绍参与该过程的四大基因家族的成员及功能,即硝酸盐转运体1(NRT1)、硝酸盐转运体2(NRT2)、氯离子通道(CLC)和s型阴离子通道(SLAC),以期为后续研究者提供一个较为全面的理论依据。     

基于减少土壤硝态氮淋失的作物搭配种植模式研究进展

农业生产中为获得较高作物产量而投入大量的化学肥料,同时不合理的田间管理措施使硝态氮在土壤中大量累积,增加了淋溶风险。不同作物搭配生长及种植模式在协同提高作物产量、充分利用光热资源、提高集约化生产能力方面是一种有效的栽培措施,同时在高效利用土壤养分、改善生态环境、降低硝态氮污染方面具有很大潜力。本文从不同类型作物搭配生长及不同种植模式(设施蔬菜与填闲作物、粮食作物与经济作物、粮食作物与粮食作物、粮食作物与露地蔬菜、蔬菜与蔬菜)方面综述了高效利用土壤氮素、降低土壤硝态氮累积与淋失的效果,并根据不同类型作物特点进行了机理上的解释。文末以搭配作物根系为突破点对作物种植模式进行了研究展望。     

植物离子组学研究进展

【目的】植物离子组学是研究植物体内无机元素组成的一门综合学科。通过现代高通量的元素分析手段 (如ICP-MS),结合生物信息学、功能基因组学、数理统计学等手段研究植物吸收、养分元素积累和重金属污染物的机理及遗传学与分子生物学机制,是植物营养与环境生物学研究领域的新方向。因此,了解植物离子组学的研究方法及其应用方向对于拓展人们对植物和生态系统中元素循环机制的认识,调控植物元素循环等方面具有重大的意义。主要进展本文就近年来关于离子组学领域的研究成果,首先介绍了离子组和离子组学的概念;然后总结了离子组学的发展历程和目前从事相关研究的机构及其各自研究方向;并对离子组数据的转化和分析方法进行阐述;最后重点综述了离子组学的应用,包括从生态学角度探索生态系统中元素间的多重平衡;植物离子组与环境驱动因子、食品安全和超积累植物筛选间的关系;植物离子组结合基因组学对矿质元素吸收转运机制的探索。展望1) 从植物营养和食品安全角度出发,对粮食作物、经济作物和果树等进行离子组学研究;2) 从系统生物学或元素的生物地球化学循环角度对元素在土壤–微生物–植物、生产者–消费者–分解者等系统中的流动循环进行研究;3) 从学科交叉的角度来研究离子组学与基因组学、蛋白组学及代谢组学的相互关系。     

植物根际微生物组的研究进展

根际微生物组(rhizosphere microbiome),是植物从其种子库土壤微生物组中有选择性地招募在根际聚集的动态微生物集群.随着近年来高通量测序技术、宏基因组学等的飞速发展,根际微生物组与植物宿主及土壤微生物组间的紧密联系引起了全球关注和研究热潮.根际微生物组被视作植物第二基因组,其与植物间的互作极为复杂,有...     

Glucose metabolism in detached leaves of tomato plants grown with ammonium and nitrate as nitrogen sources

The metabolism of exogenous glucose-¹⁴C in the light and the dark was studied in the detached leaves of tomato plants grown with ammonium nitrogen and nitrate nitrogen. In the light, ¹⁴CO₂, release and incorporation of glucose into insoluble materials were hardly affected at all by the nitrogen sources. Among the soluble labelled amino acids, serine had the greatest amount of label in the ammonium-plants while aspartate had the greatest amount in the nitrate-plants. This aspartate was synthesized from C₃-compounds by carboxylation. During dark-light transition, the change in the composition of soluble amino acids was more rapid in the ammonium-plants than in the nitrate-plants. In the dark, ¹⁴CO₂-release, which was ten times as much as in the light, was larger in the ammonium-plants than in the nitrate-plants; but the synthesis of high molecular compounds from glucose in the ammonium-plants was about half that in the nitrate-plants. So, it is considered that respiration operates sufficiently in the ammonium-plants. The effects of DCMU and a 100% O₂ atmosphere on glucose metabolism in both groups of plants were studied and the respiration of leaves in the light was discussed.     

施氮与灌水对夏玉米土壤硝态氮积累、氮素平衡及其利用率的影响

通过田间裂区试验研究了不同施氮量(N 0、150、210和270 kg/hm2)和灌水量(900、1200、和1500 m3/hm2)对夏玉米土壤硝态氮分布累积、氮素平衡以及氮肥利用率的影响。结果表明,夏玉米收获期各处理土壤硝态氮在表层(0—20 cm)含量最高,在0—200 cm剖面均呈现先减少后增加再减少的变化趋势;土壤剖面NO3--N累积量随施氮量的增加而增加,且施氮处理硝态氮积累量显著高于不施氮处理。作物吸氮量、氮素表观损失量均与施氮量和总氮输入量呈显著相关,氮素输入量每增加1 kg,作物吸氮量仅增加0.301 kg,而表观损失量增加0.546 kg,是作物吸氮量的1.8倍左右。随施氮量的增加土壤剖面中NO3--N的损失量逐渐减少。夏玉米子粒吸氮量和收获指数随施氮量的增加有增加的趋势;氮肥回收效率和氮肥农学效率均以处理W1500N150最高,分别为46.15%和12.98kg/kg;氮肥生理效率以处理W1200N150最大,为34.49 kg/kg。本试验条件下,以水氮处理W1500N150的土壤硝态氮残留量、表观损失量较低,夏玉米氮肥回收效率和农学效率较高。     

利用叶绿素计(SPAD-502)诊断水稻氮素营养和推荐追肥的研究进展

叶绿素计(SPAD-502)在监测水稻氮素营养水平和及时提供追肥所需的信息方面有快速、简便、无损的特点,但其精度常受多种因素的影响。本文分析了影响利用SPAD-502叶绿素计诊断水稻氮素营养和推荐追肥精度的水稻品种、生育时期、测定叶位、测定叶片的位点、生态环境等因素。并综述了通过量化SPAD读数与氮的关系,提高诊断水稻氮素营养精度;通过量化SPAD读数与追肥关系,提高SPAD-502叶绿素计诊断法推荐施肥精度的研究现状;提出进一步提高利用SPAD-502叶绿素计诊断水稻氮素营养状况与推荐追肥精度尚需解决的几个问题。     

牛场肥水灌溉对冬小麦产量与氮利用效率及土壤硝态氮的影响

【目的】本研究利用田间小区试验,研究牛场肥水灌溉对冬小麦产量、 氮利用效率及土壤硝态氮的影响,以期为提高灌溉肥水中氮利用效率,降低养殖肥水灌溉的氮损失提供理论依据。【方法】通过田间小区定位试验,以华北平原典型冬小麦种植系统为研究对象,定量研究牛场肥水灌溉对冬小麦产量、 氮素积累、 氮效率及土壤硝态氮的影响。试验共设5个处理,分别为: 不施肥、 小麦各生育期进行清水灌溉(CK); 在冬小麦生育期内进行2次牛场肥水灌溉(越冬期和灌浆期,肥水灌溉带入氮量为160 kg/hm2),其他生育期清水灌溉(T1); 在冬小麦生育期内进行3次牛场肥水灌溉(越冬期、 拔节期、 灌浆期,肥水灌溉带入氮量为240 kg/hm2),其他生育期清水灌溉(T2); 在冬小麦生育期进行4次牛场肥水灌溉(越冬期、 拔节期、 抽穗期和灌浆期,肥水灌溉带入氮量为320 kg/hm2),不进行清水灌溉(T3); 农民习惯施肥,冬小麦播种时施复合肥(15-21-6)375 kg/hm2、 拔节期追肥尿素600 kg/hm2(氮投入量为332 kg/hm2),全生育期灌溉清水(CF)。每个处理重复3次,冬小麦全生育期灌水4次,灌水定额为830 m3/hm2,灌水量用超声波流量计计量。【结果】牛场肥水灌溉对冬小麦产量和氮的影响主要有以下几个方面: 1)连续三年冬小麦产量均随牛场肥水灌溉次数的增加表现为先增加后降低的趋势,肥水灌溉带入氮为240 kg/hm2(灌溉3次)时,冬小麦产量最高。2)牛场肥水灌溉显著增加冬小麦植株地上部氮积累量。2011年和2012年肥水灌溉的三个处理之间及与习惯施肥处理之间差异不显著,2013年T2和T3处理植株氮吸收量显著高于T1处理和习惯施肥处理。3)冬小麦肥水氮利用率和农学效率随肥水灌溉带入氮量的增加而降低。三年均以T1最高,分别为48.57%和37.15 kg/kg。4)每季冬小麦收获后,随着灌溉带入氮量的增加,0100 cm土层NO-3-N积累量增加。肥水灌溉带入氮为320 kg/hm2时,0100 cm剖面NO-3-N积累量显著高于肥水灌溉带入氮为160~240 kg/hm2处理。【结论】牛场肥水灌溉显著增加冬小麦产量,随肥水灌溉带入氮的增加冬小麦产量呈先增加后降低的趋势。冬小麦肥水氮表观利用率和农学效率均随肥水灌溉带入氮量的增加而降低,肥水灌溉带入氮为320 kg/hm2,80100 cm土层有大量NO-3-N累积,且有向下淋溶的趋势。本试验条件下,综合产量、 冬小麦植株氮积累量及氮效率等方面考虑,牛场肥水灌溉冬小麦适宜氮带入量为160~240 kg/hm2。     

Physiological studies on salinity and nitrogen interaction in alfalfa plants: III. nitrate reductase activity

Nitrate reductase activity (NRA) was determined to investigate the effect of salinity and nitrogen (N) interactions on alfalfa [Medicago sativa (L) cv. Gilboa] during its vegetative growth. Increasing levels of sodium chloride (NaCl) (0, 30, 65, and 100 mM) decreased NRA in both plant parts, i.e., root and leaf, however to a lesser extent in leaves. The inclusion of Neither as nitrate (NO₃) or ammonium (NH₄) (0, 3, and 6 mM) to the nutrient medium resulted in a substantial enhancement of NR activity in salinized and non‐salinized plants as well.