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糖类和氨基酸对水稻诱导型高亲和力硝酸盐转运系统的影响

周诗毅  
【摘要】:植物不断从空气中吸收碳,从土壤中吸收氮,经光合作用生产有机物质,建造植物体并储藏物质以繁殖后代。植物对碳、氮的吸收、转运、合成始终保持平衡,植物体内必然存在着对这2类物质吸收的调控机制。光合作用的产物(糖类)可能作为一种信号分子,当光合作用加快,新生成的光合产物运输到根部引起根部硝酸盐吸收的加快,这种调控机制称为正前馈调节;当植物生长加快时,根部吸收的氮元素被很快消耗掉,植物体内游离氨基酸和其它氮化物浓度下降,还原性氮运输到根部的速度降低,这种还原性的氮可以作为一种信号分子,增加硝酸盐的吸收和转运速度,这种调控机制称为负反馈调节。硝酸盐转运由糖信号分子控制,糖信号分子与光合作用有关,形成了正向前馈控制,而还原性氮信号通常是与生长有关,可以形成负反馈。本研究以水稻(Oryza sativa L.)为材料,应用非侵害性测定技术,在一定时间内不间断测定了一系列糖类物质和氨基酸对水稻硝酸盐吸收的影响,获得了详细的动力学曲线,通过对动力学曲线定性分析,探讨了糖类和氨基酸对水稻硝酸盐诱导型高亲和力转运系统调控的影响,主要研究结果如下: 1、选取9种不同的糖类:蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、棉子糖、D-甘露醇、甘露糖、阿拉伯糖、乳糖进行实验。加入蔗糖后,水稻对硝酸盐的吸收立即有显著的上升,持续1.5 h后到达峰值,没有明显的平台期,上升幅度为处理前的298%:葡萄糖和半乳糖对水稻硝酸盐的吸收也有显著的促进作用,上升幅度分别为处理前的223%和200%,但是在葡萄糖和半乳糖加入后,从处理时间到水稻硝酸盐吸收率增长点之间明显有一段延迟时间(大约为30 min左右),整个上升过程仅持续40 min左右。果糖和棉子糖对硝酸盐吸收的动力学影响均有一段延迟时间,上升幅度分别为192%和140%,持续时间为40 min左右。甘露糖对水稻硝酸盐吸收的动力学有明显的抑制作用。 2、选取10种不同的氨基酸:谷氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺、脯氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、赖氨酸、丝氨酸,进行实验。加入谷氨酸后,水稻硝酸盐的净吸收率上升了377%,加入天门冬氨酸后,水稻硝酸盐的净吸收率提高了186%,整个上升过程都只是持续了10~20 min,然后缓慢下降。脯氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、丝氨酸对水稻硝酸盐净吸收率没有显著的影响。谷氨酰胺、天门冬酰胺、精氨酸、赖氨酸对水稻硝酸盐的吸收率有明显的抑制作用,但是没有一种氨基酸对水稻硝酸盐的吸收有即时的抑制作用。 3、选取了蔗糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖探讨了糖类对水稻诱导型高亲和力转运蛋白编码基因OsNRT2.1的影响。结果表明,蔗糖、半乳糖、葡萄糖都能促进水稻植株中OsNRT2.1基因的表达,其中用蔗糖处理后,水稻OsNRT2.1基因上调表达最为明显,甘露糖对水稻OsNRT2.1基因的表达没有显著的影响。经不同时间蔗糖处理后,水稻根OsNRT2.1基因的表达在处理后30 min到4 h内逐渐升高,在4 h时OsNRT2.1基因的表达量达到最大,然后基因表达开始下降。 4、选取谷氨酸、天门冬氨酸、谷氨酰胺、天门冬酰胺、赖氨酸、精氨酸,探讨了氨基酸对水稻诱导型高亲和力转运蛋白编码基因OsNRT2.1的影响,结果表明:经2h处理后,6种检测的氨基酸中都能明显抑制水稻植株中OsNRT2.1基因的表达,各种氨基酸之间的抑制作用没有显著差异。 总结:本实验结果表明蔗糖可能是植物体对硝酸盐转运起主要调控作用的糖类物质,而氨基酸可能不是直接作用于硝酸盐转运的调控物质


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