水稻硝态氮跨膜运输的生理与分子机理

论文题目: 水稻硝态氮跨膜运输的生理与分子机理

论文类型: 博士论文

论文专业: 植物营养学

作者: 范晓荣

导师: 沈其荣

关键词: 水稻,硝态氮跨膜运输

文献来源: 南京农业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 许多的研究结果表明水稻具有一定的泌氧能力，水稻根际中存在着一定的硝态氮，并且水稻硝态氮营养非常重要。但是，水稻为什么会存在对硝态氮营养的基因型差异，水稻如何吸收和再利用硝态氮的机理还不是很清楚。本博士论文采用水培条件分别研究了水稻细胞硝酸盐活度；硝态氮对不同水稻品种生长和氮代谢的影响；不同水稻品种吸收硝态氮生理与分子生理学差异；水稻硝酸盐高亲和运输系统基因的结构与功能；硝态氮的再利用以及外界硝态氮对细胞硝酸盐调节作用。试图通过以上的内容揭示水稻跨膜运输硝态氮的生理与分子机理。 本论文首先介绍了选择性微电极实时测定水稻根系和叶片活体细胞膜电位与硝酸盐活度的方法原理及注意事项。双阻离子选择性微电极测定是一种利用化学选择，将化学信号转换成电信号来专一测定某一离子的方法。测定溶液中的硝态氮利用与感应膜上的硝酸根离子置换反应来引起感应膜上的电荷变化，通过Nernst方程就可以利用电荷的变化量得到离子活度。一般微电极与溶液中硝酸盐的浓度呈对数曲线的关系，斜率为48～58mV，具有硝酸盐浓度有较低的检出限(0.0001M左右)，因此该方法是一种选择性高、灵敏、经济的测定植物活体细胞中离子活度的方法。水稻生长至3到4叶期时，根系和叶片硝酸盐的活度范围测定结果表明，细胞质硝酸盐活度为2到5mM，低氮时液泡硝酸盐为15到20mM，高氮时为35到65mM。植物所吸收的硝态氮都集中在液泡中，所以提高植物液泡硝态氮的再利用效率对于提高氮素利用率非常重要。 水稻对硝态氮的利用主要取决于硝态氮的吸收效率和利用效率。本论文通过比较4个品种(籼优63，扬稻6号，农垦57和泗优917)研究不同水稻品种对硝态氮的利用差异。1mM硝态氮氮素营养条件下，扬稻的生物量最大，农垦的最小。扬稻总氮含量远高于农垦，说明扬稻对硝态氮的吸收效率高于农垦。扬稻与农垦硝酸还原酶酶活存在显著差异，但是谷氨酰胺合成酶活差异不大，说明导致扬稻与农垦硝态氮营养的差异主要来自硝态氮的吸收效率，而利用效率的差异主要是发生在同化的前期。所以主要研究了水稻对硝态氮的吸收过程。 利用单电极测定了根系表皮细胞受硝态氮刺激而发生的膜电位的变化量(ΔE_m)，即硝态氮跨膜内向运输。发现四个品种在低浓度(＜1mM)硝态氮处理条件下存在显

论文目录:

摘要

ABSTRACT

综述

材料与方法

1 电生理实验探索与方法建立

1.1 膜电位的测定方法

1.2 细胞内硝态氮的测定

1.2.1 硝酸盐敏感剂的配制

1.2.2 双阻微电极的制作

1.2.3 双孔硝酸盐选择性电极的制备

1.2.4 双阻离子选择性微电极方法活体测定细胞内硝酸盐活度原理

1.2.5 水稻根系细胞和叶片细胞硝酸盐的测定

2 硝态氮对水稻的生长的调节与影响的试验

2.1 试验材料

2.2 生物量测定

2.3 叶片根系NO_3~-的测定

2.4 叶片根系NRA的测定

2.5 叶片根系GSA的测定

3 水稻吸收硝态氮动力学试验

3.1 试验材料

3.2 硝态氮的净吸收实验

3.3 不同水稻品种根系表皮细胞对硝态氮处理的敏感性

3.4 硝态氮的内流实验

3.5 硝酸盐运输蛋白基因时空表达:

3.5.1 采样时期

3.5.2 Semi-quantitative RT-PCR分析OsNRT基因的表达

3.5.3 Realtime PCR

4 高亲和硝酸盐运输蛋白基因的功能验证

4.1 OsNAR2.1全长基因的获得

4.2 利用蛙卵异源表达系统分析高亲和硝酸盐运输蛋白基因的功能特征

4.2.1 蛙卵表达系统的构建

4.2.2 cRNA的体外合成

4.2.3 蛙卵的获得

4.2.4 cRNA的微注射

4.2.5 细胞的培养

4.2.6 验证

4.3 微电极法测定蛙卵中细胞质pH

4.3.1 pH敏感剂

4.3.2 pH电极的制作与标定

4.3.3 测定蛙卵细胞质pH

5 水稻细胞内硝态氮对环境处理的变化

5.1 实验处理

5.2 硝酸盐选择性电极测定细胞质和液泡硝酸盐

5.3 木质部伤流液的收集及伤流液硝态氮的测定

5.4 NRA测定

5.5 Semi-quantitative RT-PCR分析OsNia1和OsNia2表达

结果与讨论

1 双阻离子选择性微电极测定活体水稻细胞中硝酸盐的活度

1.1 硝酸盐感受膜的对硝酸盐感应标准曲线

1.2 测定水稻细胞硝酸盐的活度

讨论

2 不同水稻品种的在硝态氮培养条件下生长差异

2.1 四个水稻品种的生长差异

2.2 水稻硝态氮浓度与总氮含量

2.3 NRA

2.4 GS活性

讨论

3 不同水稻品种对硝态氮的吸收差异

3.1 硝态氮的内流

3.2 硝态氮净吸收动力学

3.3 OsNRT1.1和OsNRT2s在不同水稻中的表达模式

讨论

4 OsNRT2基因的结构与功能分析

4.1 水稻硝酸盐高亲和运输蛋白的基因序列分析

4.2 水稻硝酸盐高亲和运输蛋白的氨基酸序列分析

4.3 水稻硝酸盐高亲和运输蛋白的跨膜拓扑模型分析

4.4 水稻硝酸盐运输蛋白在蛙卵中的表达及功能验证

讨论

5 水稻液泡硝态氮再利用

5.1 不同硝态氮条件下水稻中细胞硝酸盐活度变化

5.2 氮饥饿时水稻液泡中硝态氮的再调动

5.3 饥饿条件下根系细胞质硝酸盐的反应

5.4 氮饥饿时木质部伤流中硝态氮的变化

5.5 氮素饥饿条件下NRA变化

5.6 OsNia1和OsNia2的表达

讨论

全文结论

创新之处

发表文章

致谢

发布时间: 2006-10-20

参考文献

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