水稻是中国乃至世界的主要粮食作物之一，而氮（N）是其生产的重要限制因子。水稻在淹水的条件下，以铵（NH₄⁺）作为主要的N源，但由于其根系的泌氧作用产生的根际硝化作用导致有相当数量的N以硝态氮（NO₃^--N）的形式吸收。前人已有报道，NH₄⁺和NO₃^-混合营养更有利于水稻的生长和N肥的利用。因此，深入认识水稻吸收和利用NH₄⁺、NO₃^-的生理机制，特别是从分子水平鉴定和分析调控NH₄⁺、NO₃^-吸收和利用相关基因的功能，将对水稻的生产和提高N肥利用率产生积极的作用。本论文以华东地区广泛种植的粳稻品种“武运粳7#”为供试品种，研究了N饥饿7天（d）后，恢复供应不同形态N源（NH₄⁺、NO₃^-、NH₄NO₃）在0．5小时（h）到4d对水稻N的吸收和积累及N还原同化中关键酶的生理差异和相关基因的调控，同时利用基因芯片对水稻恢复供应不同形态N素4d后所调控表达的基因进行了分析。另外，以粳稻模式种“日本晴（Nipponbare）”为材料，将基因启动子与GUS报告基因融合，研究了水稻高亲和力NO₃^-转运系统的4个编码基因（OsNRT2；3、OsNRT2；4、OsNAR2；1和OsNAR2；2）的启动子的时空表达特异性，以进一步推测它们的功能。主要研究结果如下：1)通过水培试验，研究了N饥饿7d后，恢复供应不同形态N源对水稻（“武运粳7#”）N的吸收和积累及N同化中关键酶活性的影响。结果表明，缺N刺激根系的生长，增加了根冠比，供应NH₄⁺营养抑制根系的生长，降低根冠比。与单一NO₃^-营养相比，供应NH₄⁺营养显著地增加地上部生物量和体内的N积累。与单一NH₄⁺或NO₃^-营养相比，NH₄NO₃营养促进了水稻对N的吸收和转运，叶片和根系中全N及叶片中NH₄⁺-N的含量以NH₄NO₃处理最高，而且增强了根系的谷氨酰胺合成酶和叶片中硝酸还原酶的活性，提高了水稻同化和利用N的能力。另外，与单一NH₄⁺营养相比，供应单一NO₃^-或NH₄NO₃混合营养显著增加了根系活力，从而提高了根系吸收N的能力。2)利用半定量RTPCR分析水稻根系的NH₄⁺、NO₃^-吸收和还原同化相关基因在恢复供应不同形态N素的表达模式。水稻高亲和力铵转运蛋白编码基因AMT1家属中OsAMT1；1是组成型表达，基本上不受N供应形态和状态的影响；而在N饥饿胁迫下OsAMT1；2和OsAMT1；3的表达很弱，恢复供应2．5 mM的NH₄⁺和1．25 mM NH₄NO₃分别增强了OsAMT1；2和OsAMT1；3的表达，NO₃^-营养对OsAMT1；2的表达有明显的抑制作用；单一供NH₄⁺或短时间供NO₃^-（恢复供应N2h内）增强了OsAMT1；3表达。说明OsAMTls基因不仅受NH₄⁺浓度的调控，而且也受NO₃^-或体內外NH₄⁺和NO₃^-平衡的影响。水稻高亲和的硝酸盐转运蛋白编码基因OsNRT2；3，在N饥饿时有较高的表达，而在高N供应时无论是单一NH₄⁺、单一NO₃^-还是NH₄NO₃营养均减弱其表达。在水稻N饥饿后供应NO₃^-营养（NO₃^-或NH₄NO₃）迅速诱导了硝酸还原酶编码基因OsNiRl的表达，其中供NH₄NO₃比供单一NO₃^-更能促使OsNiR1的强烈而稳定的表达。相反，在氮同化中起重要作用的谷氨酰胺合成酶（GS酶）编码基因OsGS1；1的表达几乎不受N供应形态和缺N胁迫的影响。3)利用包含水稻21，495寡核苷酸cDNA芯片（代表大约22，000个基因），以NH₄NO₃营养的水稻根系和叶片样品为对照，分析和鉴定了恢复供应NH₄⁺-N、NO₃^--N和继续缺N4d后所调控的水稻的基因。结果表明，不同N营养处理下，根系比叶片响应更敏感。相比较NH₄ NO₃营养，当恢复供应单一的NH₄⁺、NO₃^-，在根系显著被调控达2倍以上的基因分别是445和324个，而地上部仅分别为32和58个。这些受调控的基因不仅包含了可能直接参与N的吸收和代谢途径的基因，而且与叶绿素代谢及碳的固定和代谢密切相关。通过对这些被显著调控的基因上游500bp的启动子区域中顺式调控元件分析，鉴定到可能分别与NH₄⁺、NO₃^-特异诱导的上游调控基因相结合的顺式调控元件分别是6个和8个。其中ARECOREZMGAPC4的顺式调控元件是包含在几乎所有的NO₃^-特异性诱导表达基因的启动子区，生物信息学分析表明它可能是MYB类型转录因子的结合位点。另外，鉴定到受单一NH₄⁺、单一NO₃^-或N饥饿胁迫显著（2倍以上）响应的水稻18个转录因子基因，其中在根系表达的有16个，而在地上部表达的仅有2个。4)将编码水稻高亲和硝酸盐转运蛋白基因的启动子片段与GUS报告基因相融合，再转入到水稻模式种“日本晴”的中，通过检测GUS报告基因的表达，分析了OsNRT2；3、OsNRT2；4、OsNAR2；1和OsNAR2；2的时空表达特异性和它们可能的生理功能。OsNRT2；3在根的中柱和叶脉表达，其功能可能不是主要承担对外部介质中NO₃^-的吸收，而是负责在体內对NO₃^--N的长距离运输或再利用。OsNAR2；1在整个根系特别是根冠强烈表达，说明它可能不仅与NO₃^-的吸收和转运等关系密切，也可能包含在NO₃^-的信号转导途径中作为NO₃^-或其它N营养的信号接收者，调控着根系对营养的吸收。OsNRt2；4和OsNAR2；2在根系和叶片叶脉中均有微弱的表达，其功能有待进一步深入研究。