水稻质子泵OsA1对促进碳氮利用的机制研究
发布时间：2021-11-15 21:14
水稻是世界上重要的粮食作物之一,因此提高水稻产量对于保证粮食安全具有重要的意义。碳和氮都是植物必需的营养元素,是构成植物有机体最多的两种成分,碳主要通过叶片的气孔吸收二氧化碳获得,而氮主要通过根系吸收土壤中的矿质氮,由于水稻生活在淹水的土壤环境中,因此主要吸收铵态氮营养为主。如何进一步提高作物碳、氮养分的吸收效率,对于促进农业高产高效具有重要的实践意义。细胞膜上的质子泵（Plasma Membrane H+ ATPase）是高等植物中的一种主宰酶（Master Enzyme）,质子泵在水稻吸收碳、氮过程中具有重要的作用。植物叶片中细胞膜质子泵可以调控气孔的开度,决定二氧化碳的吸收,同时在根系中细胞膜质子泵能够建立膜电位,维持铵态氮吸收,同时能将铵在根细胞中同化产生的氢离子排出细胞,防止细胞质酸化,对保证铵态氮营养的吸收的关键因素。水稻中有十个质子泵基因,由于其同源性很高,因此本试验以OsA1为研究对象,利用35S启动子构建OsA1超表达水稻,并筛选Tos-17插入的osa1突变体,获得了相应的纯合体株系各三株。在此基袖上,测定了各个株系的光合速率和氮素吸收,并通过田间试验测定了水稻的产...
【文章来源】：南京农业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１光合作用的限制因素（Ｇｕｏ?ｅｔａｌ．，２００６）??Ｆｉｇ．?１?－１?Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ?ｔｏ?ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?（Ｇｕｏ?ｅｔ?ａｌ．，２００６）??
，这种作用即被抑制??（Ｙａｎｅｔａｌ．，１９９２）。景天科植物可将大量的Ｈ＋以有机酸的形式储存在液泡中。液泡膜??上的质子泵可以将Ｈ＋主动泵入液泡屮储存，但是由于液泡的容量是有限的，在一定程??度上决定了其能力的有限性（Ｒａｖｅｎ?ａｎｄ?Ｓｍｉｔｈ，?１９７６）。??细胞膜上的质子泵作用是将Ｈ＋排出细胞，在调节细胞质ｐＨ的过程中起着决定性??的作用（Ｆｅｌｌｅ，１９８８；?Ｓｅｒｒａｎｏ，?１９９０；?Ｙａｎ?ｅｔ?ａｌ．，?１９９２）。在理论上可以无限地将Ｈ＋排到根??际中去（图１－２）。但是当根际ｐＨ很低时，或是在缓冲性很差的酸性土壤中，大多数??植物根系细胞膜质子泵的活性会受到限制（Ｓｃｈｕｂｅｒｔ，?１９９０；?Ｙａｎｅｔａｌ．，１９９２；?Ｓｃｈｕｂｅｒｔ?ｅｔ??ａｌ．，?１９９５）。其原因在于根系细胞膜上的质子泵在这种情况下需要克服细胞膜内外巨大??的Ｈ＋浓度梯度所形成的电化学势差才能将Ｈ＋栗出细胞，这对于大多数植物而言，显??然不具备这种能力（Ｙａｎｅｔａｌ，?１９９２）。由于细胞膜质子栗活性受到抑制会导致细胞膜??完全去极化，因此会影响根系细胞对其他养分离子的吸收，造成植物生长受阻（Ｙａｎｅｔ??ａｌ．，１９９２；?１９９８）。这可能就是造成铵中毒的一个重要原因。??Ｐｌａｓｍａ?Ｉ?Ｍｅｍｂｒａｎｅ??Ｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｅ?Ｉ?Ｃｙｔｏｐｌａｓｍ?ＴＣＡＣｙｃｌｅ??Ｈ．?Ｈ＋?｜，ＡＴＰ?Ｉ?丨??Ｈ＊??ｌｒ???ｒ—Ｈ＊＋Ｍａｌａｔｅ—．ＰＥＰ??｜＾ＡＤＰ?＋?Ｐｉ??ＮＦＶ?——Ｉ?？?ＮＨ４＊??…Ｊｌｌ??３ＮＨ，一？?３Ｒ?ＮＨ２?＋?４Ｈ?——？?Ｈ＋?］??Ｉ?
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【参考文献】：
期刊论文
[1]植物铵态氮同化及其调控机制的研究进展[J]. 徐晓鹏,傅向东,廖红. 植物学报. 2016(02)
[2]水稻根系细胞膜质子泵在氮磷钾养分吸收中的作用[J]. 许飞云,张茂星,曾后清,朱毅勇. 中国水稻科学. 2016(01)
[3]中国氮肥发展、贡献和挑战[J]. 张卫峰,马林,黄高强,武良,陈新平,张福锁. 中国农业科学. 2013(15)
[4]细胞膜质子泵基因超表达促进水稻种子萌发[J]. 刘赣,张明超,曾后清,朱毅勇,孙淑斌,徐国华. 中国水稻科学. 2012(06)
[5]Involvement of Plasma Membrane H+-ATPase in Adaption of Rice to Ammonium Nutrient[J]. ZHU Yi-yong,LIAN Juan,ZENG Hou-qing,LIU GAN,DI Ting-jun,SHEN Qi-rong,XU Guo-hua(Department of Plant Nutrition,College of Resources and Environmental Sciences,Nanjing 210095,China). Rice Science. 2011(04)
[6]铵态氮营养下水稻根系分泌氢离子与细胞膜电位及质子泵的关系[J]. 缪其松,曾后清,朱毅勇,范晓荣,徐国华,沈其荣. 植物营养与肥料学报. 2011(05)
[7]细胞膜质子泵在水稻耐铵机制中的作用机理探讨[J]. 朱毅勇,曾后清,狄廷均,徐国华,沈其荣. 中国水稻科学. 2011(01)
[8]关于非政府间国际气候变化专门委员会（NIPCC）报告[J]. 王绍武,罗勇,赵宗慈. 气候变化研究进展. 2010(02)
[9]起身肥对水稻分蘖和氮素吸收利用的影响[J]. 郑永美,丁艳锋,王强盛,李刚华,王惠芝,王绍华. 作物学报. 2008(03)
[10]植物吸收转运无机氮的生理及分子机制[J]. 李新鹏,童依平. 植物学通报. 2007(06)
博士论文
[1]水稻高亲和硝酸盐转运蛋白基因OsNRT2.3a/b生物学功能分析[D]. 唐仲.南京农业大学 2012
[2]氮素营养对水稻光合作用与光合氮素利用率的影响机制研究[D]. 李勇.南京农业大学 2011
硕士论文
[1]水稻根系细胞膜质子泵在氮磷营养吸收中的作用机制[D]. 刘赣.南京农业大学 2013
[2]细胞膜H+-ATPase对水稻吸收铵态氮和小白菜积累硝态氮的适应[D]. 狄廷均.南京农业大学 2008
本文编号：3497503
【文章来源】：南京农业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１光合作用的限制因素（Ｇｕｏ?ｅｔａｌ．，２００６）??Ｆｉｇ．?１?－１?Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ?ｔｏ?ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?（Ｇｕｏ?ｅｔ?ａｌ．，２００６）??
，这种作用即被抑制??（Ｙａｎｅｔａｌ．，１９９２）。景天科植物可将大量的Ｈ＋以有机酸的形式储存在液泡中。液泡膜??上的质子泵可以将Ｈ＋主动泵入液泡屮储存，但是由于液泡的容量是有限的，在一定程??度上决定了其能力的有限性（Ｒａｖｅｎ?ａｎｄ?Ｓｍｉｔｈ，?１９７６）。??细胞膜上的质子泵作用是将Ｈ＋排出细胞，在调节细胞质ｐＨ的过程中起着决定性??的作用（Ｆｅｌｌｅ，１９８８；?Ｓｅｒｒａｎｏ，?１９９０；?Ｙａｎ?ｅｔ?ａｌ．，?１９９２）。在理论上可以无限地将Ｈ＋排到根??际中去（图１－２）。但是当根际ｐＨ很低时，或是在缓冲性很差的酸性土壤中，大多数??植物根系细胞膜质子泵的活性会受到限制（Ｓｃｈｕｂｅｒｔ，?１９９０；?Ｙａｎｅｔａｌ．，１９９２；?Ｓｃｈｕｂｅｒｔ?ｅｔ??ａｌ．，?１９９５）。其原因在于根系细胞膜上的质子泵在这种情况下需要克服细胞膜内外巨大??的Ｈ＋浓度梯度所形成的电化学势差才能将Ｈ＋栗出细胞，这对于大多数植物而言，显??然不具备这种能力（Ｙａｎｅｔａｌ，?１９９２）。由于细胞膜质子栗活性受到抑制会导致细胞膜??完全去极化，因此会影响根系细胞对其他养分离子的吸收，造成植物生长受阻（Ｙａｎｅｔ??ａｌ．，１９９２；?１９９８）。这可能就是造成铵中毒的一个重要原因。??Ｐｌａｓｍａ?Ｉ?Ｍｅｍｂｒａｎｅ??Ｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｅ?Ｉ?Ｃｙｔｏｐｌａｓｍ?ＴＣＡＣｙｃｌｅ??Ｈ．?Ｈ＋?｜，ＡＴＰ?Ｉ?丨??Ｈ＊??ｌｒ???ｒ—Ｈ＊＋Ｍａｌａｔｅ—．ＰＥＰ??｜＾ＡＤＰ?＋?Ｐｉ??ＮＦＶ?——Ｉ?？?ＮＨ４＊??…Ｊｌｌ??３ＮＨ，一？?３Ｒ?ＮＨ２?＋?４Ｈ?——？?Ｈ＋?］??Ｉ?
?第一章文献综述???Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ??ｓｅｅｄｓ?？———?４－?４?Ｊ?Ｇｕａｒｄ?Ｃｅｌｌｓ??严—ｅｌ??ｔｇｏｔｅ／ｅｍｂｒｙｏ?＾?Ｈｉ〇?ｃｈａｎｎｅｌ??Ｓｅｅｔ?ｃｏａｔ?＿?＿??一?Ｐｔ?芯―??■?Ｉｋｘ??ｕｎｌｏａｄｉｎｇ?、、＼?Ｐｈｌｏｅｍ?ｌｏａｄｉｎｇ??ｉｎｔｏ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｓｉｎｋ?！?，?Ｘ．?ｃｏｍｐａｎｉｏｎ??，｜?＾?１?＼?Ｈ＊－ＡＴＰａｓｅ?ｉ?ｃｅｌｌ?Ｌｅａｆ??＂］■＊？：?．Ｐａｒｅｎ－?｜?／?ｃｅ，１??Ｍ％?Ｖ?／ｔＴ?－＿ｊ?Ｓ．ｖｅ－＾－．Ｔ＾＃??５連？?：?‘?１?＾ｐ＋ｒ＾Ｍ＃ｃｈ．ｏｒｏ－??乂?ｉ爹??Ｃｏｍｐａｎｉｏｎ?Ｈ＊－ＡＴＰａｓｅ?＾?／??ｃｅ］ｌ?Ｊｆｋ?ｒ＼＾?Ｎｕｔｒｉｅｎｔ?ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ??：＝＝；！?［?、?—??—Ａｎｏｏｌａｓｔｉｐ＾??ｐａｔｈｗａｙ??图１－３细胞膜Ｈ＋－ＡＴＰａｓｅ在植物生理过程中的作用（Ａｒａｎｇｏ?ｅｔ?ａｌ．，２００３）??Ｆｉｇ?１－３?Ｔｈｅ?ｒｏｌｅｓ?ｏｆ?ＰＭ?Ｈ＋－ＡＴＰａｓｅ?ｉｎ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｏｆ?ｐｌａｎｔ?ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ?ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ?（Ａｒａｎｇｏ?ｅｔ?ａｌ．，?２００３?）??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]植物铵态氮同化及其调控机制的研究进展[J]. 徐晓鹏,傅向东,廖红. 植物学报. 2016(02)
[2]水稻根系细胞膜质子泵在氮磷钾养分吸收中的作用[J]. 许飞云,张茂星,曾后清,朱毅勇. 中国水稻科学. 2016(01)
[3]中国氮肥发展、贡献和挑战[J]. 张卫峰,马林,黄高强,武良,陈新平,张福锁. 中国农业科学. 2013(15)
[4]细胞膜质子泵基因超表达促进水稻种子萌发[J]. 刘赣,张明超,曾后清,朱毅勇,孙淑斌,徐国华. 中国水稻科学. 2012(06)
[5]Involvement of Plasma Membrane H+-ATPase in Adaption of Rice to Ammonium Nutrient[J]. ZHU Yi-yong,LIAN Juan,ZENG Hou-qing,LIU GAN,DI Ting-jun,SHEN Qi-rong,XU Guo-hua(Department of Plant Nutrition,College of Resources and Environmental Sciences,Nanjing 210095,China). Rice Science. 2011(04)
[6]铵态氮营养下水稻根系分泌氢离子与细胞膜电位及质子泵的关系[J]. 缪其松,曾后清,朱毅勇,范晓荣,徐国华,沈其荣. 植物营养与肥料学报. 2011(05)
[7]细胞膜质子泵在水稻耐铵机制中的作用机理探讨[J]. 朱毅勇,曾后清,狄廷均,徐国华,沈其荣. 中国水稻科学. 2011(01)
[8]关于非政府间国际气候变化专门委员会（NIPCC）报告[J]. 王绍武,罗勇,赵宗慈. 气候变化研究进展. 2010(02)
[9]起身肥对水稻分蘖和氮素吸收利用的影响[J]. 郑永美,丁艳锋,王强盛,李刚华,王惠芝,王绍华. 作物学报. 2008(03)
[10]植物吸收转运无机氮的生理及分子机制[J]. 李新鹏,童依平. 植物学通报. 2007(06)
博士论文
[1]水稻高亲和硝酸盐转运蛋白基因OsNRT2.3a/b生物学功能分析[D]. 唐仲.南京农业大学 2012
[2]氮素营养对水稻光合作用与光合氮素利用率的影响机制研究[D]. 李勇.南京农业大学 2011
硕士论文
[1]水稻根系细胞膜质子泵在氮磷营养吸收中的作用机制[D]. 刘赣.南京农业大学 2013
[2]细胞膜H+-ATPase对水稻吸收铵态氮和小白菜积累硝态氮的适应[D]. 狄廷均.南京农业大学 2008
本文编号：3497503
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