论文部分内容阅读
近几年随着蔬菜栽培中氮肥施用量的增加,蔬菜硝酸盐积累与氮素利用率降低的问题逐渐突出。硝态氮是植物吸收的主要氮源,根系对硝态氮的吸收主要是通过硝转运蛋白NRT进行的,其主要代表是低亲和硝转运蛋白NRT1和高亲和硝转运蛋白NRT2。NRT对硝态氮的吸收能力主要取决于其对硝态氮的亲和性,同时也受外界环境的影响。菜心（Brassica campestrisL.ssp.chinesis var.utilisTsen et Lee）是华南地区特产和栽培面积最大的蔬菜,是一种喜硝态氮的叶类蔬菜。目前关于菜心氮素吸收分子机理的研究较少,研究菜心氮素吸收规律及其与NRTs表达特性的相关性,对于揭示硝酸盐积累的分子机制具有重要意义。本试验在水培条件下对菜心氮素吸收能力以及NRTs基因表达进行研究。研究内容分为以下四个方面:（1）菜心硝转运蛋白基因BcNRT1;1,BcNRT1;2和BcNRT2;1的克隆与功能分析;（2）不同生长时期菜心的氮素吸收能力与NRTs基因表达特性分析;（3）不同氮源处理对菜心氮素吸收以及根系NRTs基因表达的影响;（4）铵硝混合条件下菜心的氮素吸收特性与NRTs基因表达特性分析。主要结果如下:1.利用RT-PCR法克隆得到了菜心BcNRT1;1,BcNRT1;2和BcNRT2;1三个硝转运蛋白基因,其ORF全长分别为1770bp,1638bp和1530bp。进化树分析结果表明BcNRT1;1和BcNRT1;2隶属于低亲和硝转运系统,BcNRT2;1隶属于高亲和硝转运系统。对BcNRT1;1,BcNRT1;2和BcNRT2;1编码的氨基酸序列分析表明,BcNRT1;1编码的氨基酸残基数为589个,相对分子质量为64.97kD,理论等电点为8.44,蛋白平均疏水性0.353;而BcNRT1;2的编码的氨基酸残基数为545个,相对分子质量为61.55kD,理论等电点为8.80,蛋白平均疏水性0.321;BcNRT2;1编码的氨基酸残基数为510个,相对分子质量为55.55kD,理论等电点为9.11,蛋白平均疏水性0.373。2.不同生长时期菜心对硝态氮的吸收能力具有显著差异,抽薹初期硝态氮吸收能力最强。BcNRT1;1主要在根系中表达,其在根系和叶片中的表达均是先上升后下降;BcNRT1;2营养生长时期在根系的表达量高于叶片,从抽薹初期开始,叶片的表达量超过根系。BcNRT2;1主要在根系中表达,其在根系中的表达随着生长时期先上升后下降,而叶片的表达量则是一直下降。不同生长时期菜心硝态氮吸收能力与根系中BcNRT1;1的表达量具有显著相关性,为0.778。3.菜心对硝态氮和铵态氮的吸收具有不同的特性。菜心对NO3-的吸收随着营养液硝态氮浓度的增加而增加,菜心植株总氮含量也随着硝态氮浓度的增加而增加。菜心对NH4+的吸收随着营养液铵态氮浓度的增加而有少量的增加,但是在铵态氮浓度低于2mM及高于4mM条件时对铵的吸收不随浓度的变化而出现显著的差异。在18mM的铵态氮浓度条件下菜心总氮含量没有显著差异。菜心三个NRTs基因的表达均受硝态氮诱导,BcNRT1;1与BcNRT1;2的被诱导幅度随着硝态氮浓度的增加而增加,而BcNRT2;1则相反。低浓度的铵态氮对BcNRT1;1与BcNRT1;2基因表达有诱导作用,但是随着铵态氮浓度的增加这种诱导作用减弱。铵态氮对菜心根系BcNRT2;1基因表达主要起抑制作用。4.铵硝比0:100、25:75和50:50三个处理中,铵硝比25:75的处理植株对总氮的吸收量显著高于另外两个处理。本试验中根系BcNRT1;1的表达量与菜心总氮吸收呈正相关关系,吸收24h的相关系数是0.919;BcNRT2;1表达与硝态氮吸收量关系更大,吸收24h的相关系数是0.863,而BcNRT1;2的表达量变化与氮素吸收量之间则没有明显的对应关系。5.铵硝比25:75与25:100两个处理在铵含量不变的情况下减少硝的含量,结果两个处理中菜心对硝态氮的吸收量没有发生显著的变化。0:100与25:100两个处理,在硝态氮含量不变的情况下铵的加入显著地抑制了植株对硝的吸收。综上所述,适量增铵促进菜心植株总氮吸收的升高,主要是适当比例铵硝混合（25:75）条件下菜心对铵的吸收补偿了对硝吸收的减少,造成总氮吸收的显著增加。不同处理中根系BcNRT1;1的表达量与菜心总氮吸收相关性最大。