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氮是植物必需的大量元素,对植物的生长发育至关重要,也是决定作物产量的重要因子。近年来,氮肥的大量施入虽然增加了作物产量,但对生态环境也造成了巨大的破坏。通过现代生物技术提高作物的氮素利用率(NUE),是解决粮食增产和环境保护这一矛盾的根本出路。水稻是我国最重要的粮食作物之一,其氮肥需求量巨大,提高水稻的NUE意义重大。充分了解氮素吸收和同化关键基因的生物学功能,对于深入解析碳氮代谢的分子机制,进而通过精细调控提高作物NUE至关重要。谷氨酰胺合成酶-谷氨酸合酶(GS-GOGAT)循环是氮素同化过程中无机氮转变为有机氮的起点,也是碳氮结合的交叉点,在提高作物NUE工程中的重要性不言而喻。目前,人们对GOGAT基因在氮素吸收和碳氮代谢中扮演的角色仍未形成一个清晰的认识,GS-GOGAT循环所需碳骨架(α-酮戊二酸,20G)的供应机制也未得到解析。本研究即以获得的NADH-GOGAT及胞质ICDH (NADP-依赖型异柠檬酸脱氢酶)受到抑制的两类转基因水稻为材料,从主要代谢产物变化、相关酶活水平以及相关基因表达等方面进行了分析,对NADH-GOGAT的生物学功能以及胞质ICDH在提供20G过程中的角色定位问题进行了深入的探讨。同时,本研究还对水稻氨基酸转运蛋白(OsAAT)基因家族进行了生物信息学分析和转录表达分析,获得了其中11个成员的T-DNA插入突变体,并对其碳氮含量进行了初步分析。主要结果如下：1.在粳稻中组成型表达OsNADH-GOGAT基因导致OsNADH-GOGAT1和OsNADH-GOGAT2的共抑制,OsFd-GOGATl也下调表达。共抑制家系在正常营养供应的田间表现为氮缺乏症状,如分蘖减少、株高变矮、产量和千粒重下降。代谢物检测显示,NADH-GOGAT共抑制家系叶片的可溶性糖、总氮以及多数含氮化合物含量下降,20G、异柠檬酸和游离氨含量增加,部分碳氮代谢相关酶活也受到影响。这表明,NADH-GOGAT在水稻碳氮代谢的多个层面发挥着重要作用,是水稻氮素高效利用的关键基因；2.在粳稻中组成型表达OsICDH2导致共抑制,使OsICDHl和内源OsICDH2表达量降低,叶片和根部ICDH酶活分别较野生型降低43.5%-76.6%和19.4%-56.4%。正常营养条件下,ICDH共抑制家系表现为生长量减少,田间产量降低,表明胞质ICDH是保持水稻高产稳产的重要因子；3.当置于高温下3-6天,ICDH共抑制家系幼苗逐渐失绿并最终死亡,而野生型表现正常。高温下,与野生型比较,共抑制家系叶片中的叶绿素、多种有机酸、可溶性糖、硝酸盐含量降低,游离氨、总游离氨基酸、天冬酰胺和葡萄糖-6-磷酸含量增加,谷氨酸脱氢酶、天冬氨酸转氨酶、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶、果糖激酶和葡萄糖激酶活性上升,GS活性下降,OsGDHl和OsGDH2上调表达,OsGS2和OsFd-GOGAT1下调表达。我们推测,水稻IDH (NAD-依赖型异柠檬酸脱氢酶)和胞质ICDH均可以为氮素的同化提供20G,IDH是20G的主要来源,胞质ICDH仅在特殊条件下,如高温胁迫期间,20G供应不足时,提供必要补充。谷氨酸脱氢酶、天冬氨酸转氨酶以及20G转运蛋白均参与了20G的补充过程；4.共鉴定出65个OsAAT基因,其中49个受到全长cDNA支持,部分OsAAT基因具有器官特异或氮饥饿诱导的表达模式。获得了11个OsAAT成员的T-DNA插入突变体,与野生型比较,部分突变体的碳氮含量发生了显著改变,表明这些基因与水稻的碳氮分配关系密切。