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《南京农业大学》 2012年
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水稻幼苗对氮素响应的激素生理机制

马丹  
【摘要】:我国水稻氮肥用量为全球稻田总用量的37%,大量施用氮肥不仅导致有限氮素资源利用效率低下,带来水体富营养化等环境问题,对于稻米品质也具有较大的负面效应。选育氮高效品种、提高氮素利用效率已成为水稻育种和生产中的当务之急。本试验设置不同氮素水平和不同铵硝比处理,研究水稻氮素基因、细胞分裂素和细胞分裂素合成基因的变化,探讨不同氮效率基因型水稻对氮素水平的响应及水稻细胞分裂素对不同氮素水平和不同铵硝比的响应,比较相关基因和激素在氮素响应特征上差异,以期为水稻氮高效生理机制研究及氮高效品种的选育提供参考。 本研究的主要结论如下: 不同氮效率基因型水稻苗期对氮素的响应不同,其中氮素水平对不同氮效率基因型水稻苗期植株的形态、氮代谢关键酶、细胞分裂素、氮素代谢相关基因和异戊烯基转移酶基因(OsIPT)的影响不同。(1)在低氮和中氮处理条件下,氮高效品种的根冠比,总根长、根表面积、根总体积、谷氨酰胺合成酶(GS)活性、谷-丙转氨酶(GPT)活性和谷-草转氨酶(GOT)活性显著高于氮低效品种。宁粳1号的生理指标在低氮和中氮处理条件下与氮高效品种相似。(2)高效型品种根中铵转运蛋白基因(OsAMT1.1)、铵硝酸盐转运蛋白基因(OsNRT2)、编码GS酶的基因(OsGln1.1)和编码谷氨酸合成酶的基因(OsGlu)的表达量高于氮低效型品种的表达量。宁粳1号根中OsAMTL1、OsNRT2、OsGln1.1和OsGlu的表达量居于氮高效品种和氮低效品种中间。(3)氮高效品种和宁粳1号叶片中的异戊烯基腺嘌呤(iP+iPA)含量和玉米素(Z+ZR)含量随氮素的增加而增加,而氮低效品种的iP+iPA和Z+ZR含量在高氮处理条件下反而减少了。水稻根中OslPT1、OsIPT2、OsIPT3和OsIPT7的表达量受氮素水平影响较大,高氮处理条件下氮高效品种OsIPT的表达量显著高于氮低效品种。 氮素水平对水稻幼苗细胞分裂素含量及OsIPT基因表达量的影响。总体来讲,无论是在正常供氮条件下改变外部氮素水平,还是在氮饥饿的条件下改变氮素水平,短时间内细胞分裂素含量及细胞分裂素基因表达量迅速改变。无论是增加氮素含量还是减少氮素含量,短时间内均会增加水稻根和叶片中内源细胞分裂素的含量。不同品种间叶片中细胞分裂素出现最大值的处理时间不同,籼稻的敏感性要高于粳稻。改变外界氮素水平,OsIPT1、OsIPT2、OsIPT3和OsIPT7基因表达量能在短时间内迅速增加,其中OsIPT7的表达量增加的最多,说明OsIPT7对比其他基因对高氮感应更敏感。 不同氮素形态对水稻幼苗氮素代谢基因、细胞分裂素含量及OsIPT基因表达量的影响不同。不同铵硝比例长期处理条件下,OsAMT1.1受NH4’和N03-的诱导,而OsNRT2受N03-的诱导,受NH4+抑制。短时间内,增NH4+和增N03-处理根OsAMT1.1和OsNRT2受NH4+和NO3-的抑制。说明吸收转运基因具有短时效应。不同铵硝比例长期处理条件下,根中细胞分裂素受NH4+和NO3-诱导。短时间内,增NH4+和增NO3-处理根iP+iPA含量受NH4+和NO3-的诱导而增加,而Z+ZR含量受NH4+的抑制,受NO3-的诱导。说明Z+ZR对氮素形态更加敏感。不同铵硝比例长期处理条件下,根中OsIPT1, OsIPT2和OsIPT7的表达量受NO3-的诱导,而根中OsIPT3受NH4+的抑制,受N03-的诱导。短时间内,根中OsIPT1、OsIPT2、OsIPT3和OsIPT7表达量受N03-的诱导,同时OsIPT1和OsIPT7也受NH4+的诱导。 综上所述,氮高效品种在生理形态和基因表达上都要优于氮低效品种,而宁粳1号的整体趋势与氮高效品种相似。氮高效品种和氮低效品种对氮素的激素响应不同,说明除了与根系形态,氮代谢酶有关外,还与激素调控有关。改变外界氮素水平在短时间内能够增加OsIPT基因的表达,进而增加了植株体内细胞分裂素的含量。不同形态的氮素对植株OsIPT基因的影响不同,长期处理和短时间内OsIPT1, OsIPT2, OsIPT3和OsIPT7表达量受N03-的诱导,同时受NH4+抑制的OsIPT基因是不同的。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S511

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