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氮磷胁迫对水稻营养生长期氮代谢的影响分析

作　者: 罗凤
导　师: 练兴明
学　校: 华中农业大学
专　业: 生物化学与分子生物学
关键词: 水稻氮代谢酶活缺氮胁迫缺磷胁迫缺氮缺磷胁迫
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

水稻是我国乃至世界重要粮食作物。目前,我国人口不断增加而耕地面积不断减少,粮食安全、资源消耗、环境保护三者间的矛盾日益尖锐。自1998年以来,我国稻谷产量出现徘徊不前的局面,水稻生产面临着严峻挑战。氮、磷是作物生长发育必需的大量营养元素,也是粮食产量的限制因素。通过施肥提高粮食产量,尤其是氮肥、磷肥,已成为我国当今传统的种植方式,但是化肥利用率却越来越低。过量的化肥投入,不仅增加了农民的经济负担,而且已引发一系列负面效应,包括：资源浪费、水体富营养化、土壤酸化等。本实验分别对水稻粳稻品种日本晴进行缺氮、缺磷、缺氮缺磷胁迫,设胁迫时间有：Oh、1d、3d、7d以及胁迫7d后于全营养液生长2h、1d。检测根部游离NH4+、NO3-含量以及植株氮代谢相关酶的基因表达量与活性,包括NR、NiR、GS、Fd-GOGAT、NADH-GOGAT、NADH-GDH、NADPH-GDH、ICDH、AspAT、PEPc。系统分析其动态变化情况,从生理生化角度研究氮磷亏缺对水稻营养生长期氮代谢的影响,为氮高效分子研究提供理论基础。主要结果如下：1.缺氮胁迫下,水稻根部游离NH4+和N03-含量显著下降；用real-time PCR方法检测NR、NiR、GS、GOGAT、GDH基因转录水平上的表达,结果显示短期缺氮胁迫下,地上部NR1、NR2、NiR2、GS2、Fd-GOGAT、GDH2、GDH3以及根部MR1、NR2、GDH4的基因表达量均有增加,延长缺氮胁迫时间,上述基因表达量均大幅下降。植株GS、Fd-GOGAT、AspAT,地上部NR、ICDH、PEPc,根部NADH-GOGAT的活性均下降,而地上部NADPH-GDH活性增加；随着缺氮胁迫时间延长,根部NR、GDH、ICDH、PEPc的活性呈现先增加后下降的变化趋势,地上部NiR活性呈现先下降后增加的变化趋势。2.缺磷胁迫下,水稻根部游离NH4+和N03-含量,植株NiR、NADH-GDH、AspAT,地上部NR、GS、NADH-GOGAT、ICDH、PEPc的活性均没有显著变化；地上部NADPH-GDH和根部ICDH活性显著增加；短期缺磷胁迫下,根部NR、NADH-GOGAT、NADPH-GDH、PEPc的活性显著增加；缺磷胁迫7d时,根部GS、NADH-GOGAT、PEPc活性显著下降。3.缺氮缺磷胁迫下,水稻根部游离NH4+和N03-含量的下降趋势,以及NR、NiR、GS、Fd-GOGAT、NADH-GOGAT、NADH-GDH、NADPH-GDH、ICDH、AspAT、PEPc的活性变化趋势,均与缺氮胁迫相似,并没有因缺磷胁迫而有明显差异。上述结果表明,较长时间的缺氮胁迫严重制约着水稻氮代谢；在氮含量充足的环境下,短期缺磷胁迫可刺激水稻根部氮代谢显著增强；缺氮或缺磷胁迫下,地上部NADPH-GDH和根部NR、ICDH、PEPc活性均有增加,表明其在应对氮磷亏缺逆境时,有着重要作用。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
缩略名词表  11-12
1 前言  12-22
  1.1 引言  12
  1.2 氮是植物重要的矿质营养元素  12-18
    1.2.1 氮的营养功能  12-13
    1.2.2 植物氮的吸收  13
    1.2.3 NO_3~-的还原  13-14
    1.2.4 NH_4~+的同化  14-16
    1.2.5 植物氮代谢  16-17
    1.2.6 氮胁迫对植物生理功能的影响  17-18
    1.2.7 植物氮胁迫的适应机制  18
  1.3 磷是植物重要的矿质营养元素  18-20
    1.3.1 磷的营养功能  18
    1.3.2 植物磷的吸收  18-19
    1.3.3 磷胁迫对植物生理功能的影响  19
    1.3.4 植物磷胁迫的适应机制  19-20
  1.4 研究氮代谢的策略和方法  20-21
  1.5 研究目的和意义  21-22
2 实验材料与方法  22-29
  2.1 水稻材料  22
  2.2 水稻材料培养及处理  22-23
  2.3 植株根部游离NH_4~+和NO_3~-含量测定  23-24
    2.3.1 植株根部游离NH_4~+含量测定  23
    2.3.2 植株根部NO_3~-含量测定  23-24
  2.4 植株游离Asp、Glu含量测定  24
  2.5 RNA的抽提、反转录及表达量检测  24
  2.6 酶活测定  24-28
    2.6.1 酶液制备  24-25
    2.6.2 硝酸还原酶(NR)活性测定  25
    2.6.3 亚硝酸还原酶(NiR)活性测定  25
    2.6.4 谷氨酰胺合成酶(GS)活性测定  25-27
    2.6.5 Fd-谷氨酸合成酶(Fd-GOGAT)活性测定  27
    2.6.6 NADH-谷氨酸合成酶(NADH-GOGAT)活性测定  27
    2.6.7 谷氨酸脱氢酶(GDH)活性测定  27
    2.6.8 异柠檬酸脱氢酶(ICDH)活性测定  27-28
    2.6.9 天冬氨酸转氨酶(AspAT)活性测定  28
    2.6.10 磷酸烯醇丙酮酸羧化酶(PEPc)活性测定  28
  2.7 数据分析  28-29
3 实验结果与分析  29-56
  3.1 缺氮胁迫对水稻营养生长期氮代谢影响的结果与分析  29-40
    3.1.1 缺氮胁迫下,水稻根部游离NH_4~+含量和NO_3~-含量分析  29
    3.1.2 缺氮胁迫下,氮素同化相关酶的基因表达量分析  29-32
    3.1.3 缺氮胁迫下,植株NR活性分析  32
    3.1.4 缺氮胁迫下,植株NiR活性分析  32-34
    3.1.5 缺氮胁迫下,植株GS活性分析  34
    3.1.6 缺氮胁迫下,植株Fd-GOGAT活性分析  34-35
    3.1.7 缺氮胁迫下,植株NADH-GOGAT活性分析  35-36
    3.1.8 缺氮胁迫下,植株NADH-GDH活性分析  36
    3.1.9 缺氮胁迫下,植株NADPH-GDH活性分析  36-37
    3.1.10 缺氮胁迫下,植株ICDH活性分析  37-38
    3.1.11 缺氮胁迫下,植株AspAT活性分析  38
    3.1.12 缺氮胁迫下,植株PEPc活性分析  38-39
    3.1.13 缺氮胁迫下,植株游离Asp、Glu含量分析  39-40
  3.2 缺磷胁迫对水稻营养生长期氮代谢影响的结果与分析  40-48
    3.2.1 缺磷胁迫下,水稻根部游离NH_4~+含量和NO_3~-含量分析  40
    3.2.2 缺磷胁迫下,植株NR活性分析  40
    3.2.3 缺磷胁迫下,植株NiR活性分析  40
    3.2.4 缺磷胁迫下,植株GS活性分析  40-43
    3.2.5 缺磷胁迫下,植株Fd-GOGAT活性分析  43-44
    3.2.6 缺磷胁迫下,植株NADH-GOGAT活性分析  44
    3.2.7 缺磷胁迫下,植株NADH-GDH活性分析  44-45
    3.2.8 缺磷胁迫下,植株NADPH-GDH活性分析  45-46
    3.2.9 缺磷胁迫下,植株ICDH活性分析  46
    3.2.10 缺磷胁迫下,植株AspAT活性分析  46-47
    3.2.11 缺磷胁迫下,植株PEPc活性分析  47-48
  3.3 缺氮缺磷胁迫对水稻营养生长期氮代谢影响的结果与分析  48-56
    3.3.1 缺氮缺磷胁迫下,水稻根部游离NH_4~+含量和NO_3~-含量分析  48
    3.3.2 缺氮缺磷胁迫下,植株NR活性分析  48
    3.3.3 缺氮缺磷胁迫下,植株NiR活性分析  48
    3.3.4 缺氮缺磷胁迫下,植株GS活性分析  48
    3.3.5 缺氮缺磷胁迫下,植株Fd-GOGAT活性分析  48-51
    3.3.6 缺氮缺磷胁迫下,植株NADH-GOGAT活性分析  51-52
    3.3.7 缺氮缺磷胁迫下,植株NADH-GDH活性分析  52-53
    3.3.8 缺氮缺磷胁迫下,植株NADPH-GDH活性分析  53
    3.3.9 缺氮缺磷胁迫下,植株ICDH活性分析  53-54
    3.3.10 缺氮缺磷胁迫下,植株AspAT活性分析  54-55
    3.3.11 缺氮缺磷胁迫下,植株PEPc活性分析  55-56
4 讨论  56-59
  4.1 缺氮胁迫对氮代谢的影响  56-57
  4.2 缺磷胁迫对氮代谢的影响  57-58
  4.3 缺氮缺磷胁迫对氮代谢的影响  58-59
参考文献  59-68
致谢  68-69
附录  69-74
  1 RNA抽提  69
  2 RNA反转录  69-70
  3 游离氨基酸含量测定  70-71
  4 关于酶活测定的药品配制  71-74

氮磷胁迫对水稻营养生长期氮代谢的影响分析

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