氮、磷是植物生长发育所必需的两种营养元素,它们供应不足会显著影响作物生长及其产量,研究表明如果氮磷供应不足就会严重影响植物体内正常生理生化活动。植物根系根尖处的根毛区和伸长区是植物吸收养分的主要部位,所以发达的根系是植物高效利用养分的关键。植物摄取土壤中养分能力大小一般除了受外界环境影响外,还受内部因素如植物激素的调控。生长素是最早被发现的植物激素,已有研究表明生长素在调控植物根系形态建成上起着重要作用,除了生长素以外,一氧化氮作为一种重要的气体信号分子,广泛存在于植物体内,在植物体内许多化学变化中有着重要作用,包括调控植物生长发育,增强抗逆性以及和植物体内激素的互作。本文首先研究了氮磷胁迫条件下水稻根系的形态变化,在此基础上分析生长素在水稻体内不同部位的分布和[3H]IAA运输,发现氮磷胁迫条件下生长素的极性运输显著被抑制;进一步的研究表明,主要在水稻根尖表达的外流蛋白基因OsPIN1b起到了关键作用。同时研究发现一氧化氮通过下调生长素的极性运输尤其是OsPINlb的表达来参与调控氮磷胁迫条件下水稻根系的伸长。已取得的结果如下:1.与正常处理相比,氮磷胁迫条件下水稻根系形态发生显著变化。随着氮磷浓度的降低,种子根和不定根的长度随之显著增加,不定根数目和侧根数目也有增加,增加幅度较种子根和不定根较小,与之相对应的是地上部的干重显著降低,最终导致根冠比随供氮磷浓度的降低而显著增加,但磷胁迫条件下的根冠比增幅显著大于氮胁迫处理。2.与正常处理相比,氮磷胁迫处理显著降低水稻体内的生长素极性运输。通过测定水稻体内不同部位的生长素浓度后发现,与正常处理相比,氮磷胁迫条件下,根茎结合处和根系的生长素浓度是显著降低的,但水稻地上部我们选取倒一叶测定发现生长素浓度却是显著增加的;而且DR5::GUS的表达与生长素浓度的变化基本一致,这说明氮磷胁迫可能抑制了生长素由地上部向根系的运输。[3H]IAA运输实验的结果表明,与正常处理相比,氮磷胁迫处理显著抑制[3H]IAA从根茎结合处向根系的运输。同时检测了生长素外流蛋白OsPINs家族基因的表达量,结果表明,氮磷胁迫条件下多数OsPIN家族基因在水稻根系中的表达显著降低。其中值得注意的是,OsPIN1b基因主要在根尖表达且在低氮低磷条件下其表达量是显著下调的;利用获得的pinlb突变体进一步研究发现,与野生型水稻相比,突变体的种子根长度对氮磷胁迫不敏感。综上所述,氮磷胁迫可能通过抑制生长素的运输来调控水稻根系的伸长,且OsPINlb可能在其中起着关键作用。3.与正常处理相比,氮磷胁迫处理显著增加水稻根尖一氧化氮水平。低氮、低磷条件下促进水稻种子根伸长,这种促进效果和在正常营养条件下施加NO的外源供体供体SNP(10μM)对水稻种子根伸长的效果是相似的,无显著性差异。而在低氮和低磷条件下施加NO清除抑制剂cPTIO会显著抑制了水稻种子根的伸长,这种抑制伸长的效果和正常处理的水稻种子根长度也是相似的,无显著性差异。这些结果说明,一氧化氮参与到氮磷胁迫调控的水稻种子根伸长;同时在氮磷胁迫条件下,通过[3H]IAA运输实验,DR5::GUS材料和PIN家族基因表达量的变化也说明氮磷胁迫条件下生长素的极性运输受到抑制的。进一步的研究发现在施加一氧化氮的外源供体(SNP),发现种子根长度是增加的,但是在SNP基础上再施加外源生长素NAA,却发现种子根伸长的长度基本没有变化,也就是说外源生长素NAA减缓了施用SNP增加种子根长度的这一趋势,这就进一步说明一氧化氮NO和生长素都参与了根系长度的调控过程,并且NO是在生长素的上游。同样的其中PINlb在NO增多时表达量显著下调,在NO减少时表达量显著上调的,且pinlb突变体的种子根长度对外源NO供体及清除剂不响应,说明OsPINlb在一氧化氮对水稻根系伸长的调控上起着重要作用。综上所述,生长素的极性运输在氮磷胁迫调控水稻根系伸长中起到关键作用,而且一氧化氮主要通过调控生长素外流蛋白OsPIN1b的表达来实现参与调控氮磷胁迫条件下的水稻根系伸长。