不同铵硝比例对水稻铵吸收代谢基因表达的影响

以水稻南光为材料,研究了不同铵硝摩尔比例处理时,水稻NH4^＋吸收代谢基因的表达情况.档结果表明：（1）应用荧光定量PCR方法,可以精确检测水稻氮素吸收代谢基因在不同铵硝处理间的表达量变化;（2）从各基因的表达量上来看,吸收基因中以OsAMT1.1表达量最高,编码GS的基因中以OsGln1.1表达量最高,编码GOGAT的基因中,OsGlu表达量最高;（3）总体来说,不同铵硝处理对NH4^＋吸收代谢基因的表达有显著影响,吸收基因对不同铵硝比例的反应要比代谢基因更敏感;（4）氮吸收基因中OsAMT4.1显著受到NO3的抑制,NH4^＋的诱导.而OsAMT1.1,OsAMT1.2,OsAMT1.3和OsNRT2在铵硝摩尔比例由100：0变为50：50过程中,受到NO3^-的显著抑制,在铵硝摩尔比例由50：50变为0：100过程中OsAMT1.2和OsAMT1.3受到NO3^-的显著诱导,OsAMT1.1和OsNRT2变化不显著;（5）编码GS的基因OsGln1.1表达受NO3诱导,受NH4^＋抑制.OsGln2在铵硝摩尔比例由100：0变为50：50过程中,受到NO3^-增加的诱导,同时,OsGln1.2受到NO3增加的显著抑制作用,铵硝达到50：50以后,NO3^-比例的增加对OsGln1.2和OsGln2的表达没有显著影响;（6）编码GOGAT的基因OsGlt1和OsGlu在不同铵硝摩尔比例中的变化趋势一致：铵硝比例由100：0变为50：50过程中没有显著变化,铵硝比例50：50基础上表达量受到NO3^-比例增加的显著抑制,而OsGlt2的表达受NO3^-的显著抑制,NH;的显著诱导.     

水稻NH4+转运蛋白基因OsAMT1.1~1.3，OsAMT3.1和OsAMT4.1表达部位及表达特性初析

以水稻为材料,对水稻NH4 离子转运蛋白基因OsAMT1.1、OsAMT1.2、OsAMT1.3、OsAMT3.1和OsAMT4.1的表达部位进行了初步的定性研究,并首次将荧光定量PCR技术应用于植物营养研究中,检测了水稻根中OsAMT1.1、OsAMT1.2、OsAMT1.3和OsAMT4.1在N饥饿48h以后,又转移到1mmol/LNH4 或1mmol/LNO3-中2h后的表达量变化。结果表明,在当时的实验条件下,OsAMT3.1主要在地上部表达,因此推测可能对于根系吸收NH4 没有多大作用;OsAMT1.1、OsAMT1.2、OsAMT1.3和OsAMT4.1在植株根部和地上部都有表达;经过48h的N饥饿处理以后,在检测的4个基因当中,根中表达量最高的是OsAMT1.1,显著高于OsAMT1.2、OsAMT1.3和OsAMT4.1,由此认为,对根中NH4 吸收的贡献也是OsAMT1.1最大;OsAMT1.2、OsAMT1.3和OsAMT4.1表达量在N饥饿48h以后,不论是NH4 或NO3-的加入都显著抑制这3个基因的表达。荧光定量PCR方法的应用可以精确检测到基因表达量的微小变化,尽管没有显著的变化,但从表达量上来讲,OsAMT1.1表达量在加N后有下降的迹象,而且OsAMT1.1、OsAMT1.2和OsAMT4.1受NH4 的抑制效果稍强于NO3-;而OsAMT1.3受NO3-的抑制作用稍强一点,这些都是半定量PCR和Northern杂交所检测不到的。     

氮素吸收调控中铵转运蛋白与锚蛋白的互作研究

铵转运蛋白（AMT）介导的高亲和力铵跨膜运输是植物根系吸收铵态氮的主要途径。AMT蛋白水平上的调控能够快速有效地控制根系铵吸收能力,但参与调控的互作蛋白尚未见报道。本研究通过生物信息学手段预测得到铵转运蛋白AtAMT1;3可能和锚蛋白AtAnkTm8存在互作。基因表达分析实验发现AtAMT1;3和AtAnkTm8的根中组织特异性表达模式一致,并同时受到缺氮胁迫的上调表达,结果支持了它们互作的可能性。筛选鉴定出AtAnkTm8缺失突变体,分析在供铵条件下及对甲基铵敏感性的生长表型,结果发现AtAnkTm8的缺失没有影响拟南芥根的铵吸收能力,推测可能存在其他家族成员的功能冗余。AMT与AnkTm的互作为理解植物铵吸收调控过程提供了可能的新颖机制     

黄瓜生长素受体同源基因CsAFB和CsTIR在拟南芥中的转化与功能表达

植物生长素受体是生长素信号通路中的重要因子.基于前期克隆得到了黄瓜(Cucumis sativus)生长素受体同源基因生长素信号F-box蛋白基因(auxin signaling F box protein,CsAFB)和转运抑制响应基因(transport inhibitor response,CsTIR),为进一步证实和研究这2个基因的功能,本研究利用拟南芥(Arabidopsis thaliana)Col-0野生型和生长素受体编码基因功能缺陷突变体tirl-1为材料,导入黄瓜生长素受体同源基因,获取纯合转基因系.检测发现,拟南芥突变体tirl-1转入CsAFB/TIR基因后根系发育、外源生长素敏感性和细胞伸长反应均恢复至野生型水平.检测发现,野生型拟南芥中过量表达黄瓜CsAFB/TIR,尤其是Cs TIR基因,植株主根伸长明显受抑,侧根数量剧增,子叶下卷,叶柄上翘,真叶叶缘向离轴面弯曲,顶端优势明显.本研究表明,CsAFB/TIR基因功能类似拟南芥TIR1基因,为黄瓜生长素受体同源基因;过量表达该类基因通过增加生长素受体数量、扩大生长素信号的方式参与调控植物生长发育;为进一步在黄瓜中研究生长素受体功能及作用机理提供理论依据.     

不同钾水平下外源铵对烟草幼苗根系生长及钾吸收的影响

为探明铵参与低钾胁迫下烟株根系的生长及吸钾机制,采用室内水培法,以“豫烟6 号”为试验材料,研究了不同供钾水平下外源NH4+ 对烟株根系的生长生理和钾吸收速率的影响。结果表明,未添加外源NH4+ 时,低钾胁迫下烟株根系可溶性蛋白、根系活力、烟株各部位干重和钾含量均显著低于常钾水平。两种供钾水平下,随着外源NH4+ 浓度增加,烟株根系干重、根系扫描参数、钾积累量和钾最大吸收速率均呈下降趋势,但根系可溶性蛋白含量和根系活力则先上升后下降并在外源NH4+ 浓度为1 mmol/L 时最大。外源NH4+ 可抑制植物根系高亲和及低亲和K+ 吸收系统,且NH4+浓度越大,钾吸收速率越低,其中溶液K+ 浓度为0.2 和10 mmol/L 时,N5.00 较N0处理分别显著降低55.78% 和37.68%。可见,低钾胁迫显著抑制烟株根系生长和钾吸收,而外源NH4+ 可抑制高亲和或低亲和的K+ 吸收系统,从而影响烟株的钾吸收速率和吸收量。     

增硝营养对不同基因型水稻苗期吸铵和生长的影响

随着水稻节水栽培技术越来越得到广泛的应用与推广以及水稻在淹水条件下根际氧化圈的存在,水稻的硝酸盐营养作用受到更大的关注。利用水培方法研究了4种具代表性的水稻基因型(常规籼稻、常规粳稻、杂交籼稻、杂交粳稻)在苗期(2 8d)的铵(NH 4 )吸收动力学特性以及硝(NO-3 )对NH 4 吸收动力学特征和叶片谷氨酰胺合成酶活性(GSA)的影响。结果表明:增NO-3 营养可以增加水稻对氮素的吸收,提高氮素利用率,进而促进水稻生长;不同基因型之间NH 4 吸收速率的差异为:杂交籼稻>常规籼稻>杂交粳稻>常规粳稻;NO-3 的存在促进了水稻对NH 4 的吸收,增加水稻吸收NH 4 的Vmax值(4个品种平均增加31 5 % ) ,而对其Km 值影响不大(4个品种平均增加4 2 6 % ) ,说明NO-3 对NH 4 吸收的影响主要在于影响NH 4 载体的运转速率而非吸收位点与NH 4 之间的亲和性;增NO-3 营养可以增加叶片谷氨酰胺合成酶(GS)的活性,提高水稻同化NH 4 的能力     

不同生态型拟南芥耐铵毒害差异的生理机制

【目的】 利用拟南芥生态型群体研究拟南芥耐铵毒害的生理机制,为挖掘耐铵基因提供生理基础及理论指导。 【方法】 共收集了95份生态型拟南芥材料,采用水培实验方法,将拟南芥幼苗移栽后在正常培养液(2 mmol/L NO₃–-N处理)中培养8天,然后转移至含有1 mmol/L (NH₄)₂SO₄的营养液(2 mmol/L NH₄+-N处理)中培养8天,收获后,测定植株全氮量、地上部游离铵含量,以及谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性;培养3天后取样,采用RT-PCR技术分析根部主要的铵态氮转运蛋白基因AMT1;1和AMT1;2的表达水平;拟南芥幼苗移栽后在正常培养液中培养8天,转移至丰度为5%的1 mmol/L (15NH₄)₂SO₄中培养,分别处理3 h、6 h和24 h取样,用于同位素分析。 【结果】 2 mmol/L铵态氮处理下拟南芥群体地上部的生长被显著抑制,并且大量游离铵离子累积于地上部,铵态氮下拟南芥群体体内铵含量是对照硝态氮下的1.5倍以上,其中Si-0生态型在铵态氮下铵含量为19.17 μmol/g, FW,是对照的20倍。在硝态氮培养条件下,内源铵的含量与拟南芥地上部生长呈显著负相关,铵态氮培养条件下,地上部生长与铵含量同样呈较高的负相关性,因此内源铵含量少的生态型拟南芥在铵态氮下亦耐铵,所以本研究以拟南芥群体组织内铵含量为主因子,筛选出耐铵拟南芥生态型Or-1、Ta-0,HSM和铵敏感拟南芥生态型Rak-2、Lpv-18、Hi-0,结果表明铵敏感生态型在硝态氮下铵含量是耐铵生态型的1.7倍至10倍。耐铵拟南芥生态型铵转运蛋白基因AMT1;1和AMT1;2的表达水平较铵敏感拟南芥高,植株全氮和地上部15N标记试验结果表明,耐铵拟南芥铵态氮吸收速率高于敏感型。并且耐铵拟南芥生态型在两种氮形态下其谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性均显著高于铵敏感生态型,在硝态氮培养条件下GS活性是铵敏感生态型的1.1～1.8倍,在铵态氮培养条件下是1.2～1.6倍,说明耐铵拟南芥生态型的铵同化能力强于敏感型。 【结论】 耐铵生态型拟南芥是通过更高的谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性将大量的游离铵同化以减少植株体内游离铵含量,从而减轻植株铵毒害;而不是通过减少铵态氮的吸收。      

小麦矮秆突变体DC20赤霉素合成及信号转导途径关键基因表达分析

小麦矮秆突变体DC20是经高能混合粒子场处理得到的,表现为赤霉素敏感型。本文采用实时荧光定量PCR技术,研究该突变体矮秆性状与GA合成及信号转导途径相关基因表达的关系。共检测编码GA合成途径关键酶和编码信号转导途径作用因子的10个关键基因。其中,编码内-贝壳烯杉氧化酶(KO)的GA3基因和编码正调控因子基因GAMYB的表达量极显著下调,下调倍数分别为20.0、3.1;2个编码负调控因子基因GAI和SPY显著上调,上调倍数分别为2.3、1.3。外源GA3(赤霉酸)处理能够抑制编码负调控因子基因GAI、SPY和RGA的转录,而GA合成关键酶基因GA3及正调控因子基因GAMYB转录水平显著升高表明DC20矮秆基因对GA相关途径的受外源GA3的调节。     

蝴蝶兰PhAG1b基因的克隆及在突变体花器官中的表达分析

为深入研究兰科植物花器官发育的调控机理,采用RT-PCR和RACE技术从蝴蝶兰聚宝红玫瑰中克隆了一个C类MADS-box基因PhAG1b(GenBank登录号:KY475587),并分析了该基因在蝴蝶兰不同组织和5类突变体花器官中的表达水平。序列分析表明,该基因的cDNA全长为1 250 bp,含完整的开放阅读框,编码234个氨基酸,包含MADS和K-box结构域及AG基序。系统进化树分析显示,该基因编码蛋白与木石斛的DcOAG1和建兰的CeMADS2一致性最高。转录表达分析表明,PhAG1b基因在营养器官中不表达,在花器官的萼片、侧瓣和唇瓣中也不表达,只在花器官的蕊柱和子房中表达,在授粉后的子房中表达水平降低;在退化雄蕊变异为花瓣的突变体花器官中,PhAG1b基因的表达水平没有变化;在侧萼和侧瓣变异为唇瓣的突变体中,PhAG1b基因在蕊柱中的表达水平明显降低,而在侧瓣退化与蕊柱合生和侧瓣顶端长出花药的突变花器官中,PhAG1b基因在蕊柱中的表达显著升高。由此可见,PhAG1b基因主要参与花器官中蕊柱和子房的发育调控,其功能可能与B类基因的功能互为消长。该研究结果为进一步探究兰科植物花器官发育的分子调控机理提供了依据。     

利用gs1.1和gs1.2突变体研究外源蔗糖对高铵胁迫拟南芥碳氮代谢的影响

以拟南芥野生型Col-0、谷氨酰胺合成酶敲除突变体gs1.1和gs1.2为实验材料,采取土培试验,比较正常培养液(4 mmol/L NH4⁺)培养(CK)、正常培养液(4 mmol/L NH4⁺)下外源添加5%蔗糖(T1)、高NH4⁺胁迫(20 mmol/L)(T2)以及高NH4⁺胁迫(20 mmol/L)下外源添加5%蔗糖(T3)对拟南芥各株系各生理指标的影响;通过测定地上部分的鲜重、叶绿素、游离NH4⁺、可溶性糖、可溶性蛋白、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸脱氢酶(GDH)、矿质元素含量等指标,研究外源蔗糖对NH4⁺胁迫拟南芥碳氮代谢的影响。结果表明,高NH4⁺胁迫下,拟南芥生长受到严重的抑制,鲜重、GS、GDH酶活性降低,游离NH4⁺含量、叶绿素含量、可溶性糖和可溶性蛋白含量增加,植株的N、P、K、Ca的含量增加,Mg、Fe的含量减少,其中gs1.1和gs1.2在高NH4⁺处理下受到的抑制比Col-0更为显著。外源添加5%蔗糖显著缓解了高NH4⁺毒害,提高了可溶性糖和可溶性蛋白含量,提高了GS和GDH的活性,降低了叶绿素和游离NH4⁺的含量,提高了植株体内的N、P、K、Ca,Mg的含量,降低了植株Fe的含量,其中,外源蔗糖对gs1.1和gs1.2高NH4⁺毒害的缓解更为显著。     

有机配体、竞争阳离子和pH对土壤中Zn分解的影响

A series of experiments were conducted to examine the interactive effects of an organic ligand, a competing cation, and pH on the dissolution of zinc （Zn） from three California soils, Maymen sandy loam, Merced clay, and Yolo clay loam. The concentrations of soluble Zn of the three soils were low in a background solution of Ca（NO3）2. Citric acid, a common organic ligand found in the rhizosphere, was effective in mobilizing Zn in these soils; its presence enhanced the concentration of Zn in soil solution by citrate forming a complex with Zn. The ability of Zn to form a complex with citric acid in the soil solution was dependent on the concentration of citric acid, pH, and the concentration of the competing cation Ca^2＋. The pH of the soil solution determined the extent of desorption of Zn in solid phase in the presence of citric acid. The amounts of Zn released from the solid phase were proportional to the concentration of citric acid and inversely proportional to the concentration of Ca（NO3）2 background solution, which supplied the competing cation Ca^2＋ for the formation of a complex with citrate. When the soil suspension was spiked with Zn, the adsorption of Zn by the soils was retarded by citric acid via the formation of the soluble Zn-citrate complex. The dissolution of Zn in the presence of citric acid was pH dependent in both adsorption and desorption processes.     

一次性施肥对稻田蟹及水稻产量的影响

在稻蟹种养模式下,采用田间微区法系统地研究了一次性施肥技术条件下,不同有机无机氮肥配比对耕层土壤和田面水中的NH4+和NO3-含量变化以及对河蟹和水稻产量、效益的影响。结果表明:施肥能明显增加水稻土壤、水面中的NH4+和NO3-含量,施肥后3~7 d左右达到最高值,随后迅速下降并趋于稳定。水田氮素形态以NH4+为主、NO3-次之;与常规施肥(FP)和测土推荐施肥(OPT)相比,A1配方肥一次性施用对河蟹的生长及产量均有较好的效果,同时水稻产量也较高,达到10620.5 kg hm-2,接近于OPT处理;河蟹成活率达66.7%,明显好于其他处理;亩效益分别比FP和OPT处理增加了165.4元和120.7元。而OPT处理只在水稻产量反应较好,对河蟹生长有一定的影响。说明,合理的有机无机肥配比能够实现稻蟹双丰收的目标。     

铵态氮/硝态氮对水稻铝吸收的影响及其机制研究

选用两个水稻品种武运粳7号（耐铝品种）和扬稻6号（铝敏感品种）作为实验材料,利用水培试验,通过长期和短期处理相结合的方式研究了NH4+-N和NO3--N对水稻Al吸收的影响及其作用机制。结果表明,与NH4+-N相比,NO3--N促进了水稻对Al的吸收。而且随着NO3--N浓度的提高,水稻根中Al含量显著增加,随着NH4+-N浓度的提高,水稻根中Al含量显著降低。这些结果表明NH4+-N和NO3--N对水稻Al吸收的影响具有浓度效应。当向Al溶液添加pH缓冲剂后,NH4+-N和NO3--N对根尖Al累积的影响变小,表明NH4+-N和NO3--N处理下溶液pH的变化可能是NH4+-N和NO3--N对水稻Al吸收影响不同的一个原因。     

不同水、氮条件对水稻苗生长及伤流液的影响

为探明不同水分供应和氮素形态对水稻根苗及伤流液的影响,设正常水分及50 g/L PEG模拟水分胁迫和3种不同质量比例的NH4+-N/NO3--N（9/1,5/5,1/9）氮素营养处理,测定了水稻幼苗生物量,根系形态指标,根系活力及根基伤流量。结果表明,正常水分条件下,NH4+-N促进水稻根系平均直径增大,有利于水稻地上部物质累积;NO3--N则使水稻根系总吸收面积增大,促进根系物质累积;NH4+-N/NO3--N为5/5处理的水稻活跃吸收面积最大,活跃吸收面积比亦最高。水分胁迫条件下,NH4+-N/NO3--N为5/5的处理更有利于水稻地上部分的生长,NO3--N有利于水稻鲜重和干重增加,促进根系平均直径增大,水稻的根系总吸收面积、活跃吸收面积均随NO3--N供应比例的增加呈上升趋势。正常水分条件下,水稻幼苗白天的耗水量随NH4+-N/ NO3--N比例降低呈下降趋势,水分胁迫条件降低了水稻对水分的吸收。水分胁迫显著降低各处理水稻伤流量,正常水分条件下,NH4+-N/NO3--N为5/5处理的水稻伤流量最大;水分胁迫后,9/1处理的水稻伤流量相对较多。     

增硝营养对不同基因型水稻苗期硝酸还原酶活性及其表达量的影响

利用控制条件下的溶液培养方法,研究了增硝营养(NH4+∶NO3-比例为100∶0和50∶50)对两种不同的基因型水稻南光和云粳苗期生长和硝酸还原酶(NR)活性及基因表达量的影响。结果表明,不同基因型水稻在增NO3-营养下生物量、氮素含量、氮积累量的增幅南光大于云粳。NO3-的存在增强了水稻硝酸还原酶的活力和NR基因OsNia1、OsNia2的表达。不同基因在水稻幼苗中,两个品种OsNia2的相对表达量均高于OsNia1。就品种而言,无论叶片还是根系,增硝后南光OsNia2mRNA表达量都高于云粳;南光叶片OsNia1mRNA表达量也较云粳叶片高。增硝营养提高了水稻NR基因的表达,增加了NR活性,促进了水稻NO3-的同化利用,从而增加了氮素在植株地上部的积累同化。南光和云粳相比,前者对NO3-的响应更为强烈。     

脲酶抑制剂与硝化抑制剂对稻田氨挥发的影响

采用密闭室间歇通气法和15N标记技术研究了尿素施入稻田后氨挥发损失特征以及脲酶抑制剂(N-丁基硫代磷酰三胺,NBPT)和硝化抑制剂(3, 4-二甲基吡唑磷酸盐,DMPP)对稻田氨挥发损失的影响。结果表明,稻田施用尿素后第4天氨挥发速率达到峰值,氨挥发损失主要发生在施肥后21天内。与单施尿素处理相比,添加NBPT处理的氨挥发速率峰值降低27.04%,累积氨挥发损失量降低21.65%;NBPT与DMPP配施时,氨挥发速率峰值降低12.95%,累积氨挥发损失量降低13.58%;而添加DMPP时,氨挥发速率峰值增加23.61%,累积氨挥发损失量与单施尿素的差异不显著。相关性分析表明,地表水中铵态氮浓度和pH值与氨挥发速率均达极显著正相关,说明二者是影响氨挥发速率的主要因素,而气温、 地温和水温与氨挥发速率的相关性不显著。与单施尿素相比,添加脲酶抑制剂可显著增加稻谷产量。脲酶抑制剂与硝化抑制剂配合施用可更有效地提高氮肥的回收率。综合降低氨挥发、 提高水稻产量及地上部氮肥回收率的效果,添加脲酶抑制剂以及脲酶抑制剂与硝化抑制剂配施的两个处理效果较为理想,硝化抑制剂不宜单独添加。     

铵态氮营养下水稻根系分泌氢离子与细胞膜电位及质子泵的关系

为了研究水稻在铵态氮营养下分泌氢离子的机理,采用不同浓度的铵态氮（0.1～1.0 mol/L）处理水稻幼苗根系,4h后用1 mol/L NaOH滴定培养液,计算氢离子的分泌量;同时,将水稻根系用多聚糖PEG-DEXTRAN两相系统分离出细胞膜囊体,并测定细胞膜H+-ATPase的水解活性和质子泵活性。另外,利用毛细管微电极测定水稻根细胞在上述不同铵浓度下膜电位的变化,以阐明水稻根系吸收铵态氮后分泌氢离子与细胞膜电位及细胞膜质子泵之间的关系。结果表明,随着培养液中铵离子浓度的升高,根系分泌氢离子的量随之增加;分离细胞膜后,离体细胞膜囊体H+-ATPase的水解活性和质子泵活性也相应增强。原位测定细胞膜电位时,膜电位去极化程度亦随NH4+浓度的升高而升高;氢离子分泌量与细胞膜电位、细胞膜H+-ATPase水解活性及质子泵活性之间的均具有一定的相关性。说明根系在NH4+-N营养下分泌氢离子是由于细胞膜上H+-ATPase主动泵出氢离子造成的,这与根系吸收NH4+后引起细胞膜去极化,需要通过提高质子泵活性来维持膜电位有关。