过量氮素条件下作物氮代谢途径的关键基因的变化

论文总字数：9245字

摘 要

我国是人口大国，粮食一直是人们关注的焦点、热点。本文在过量氮素条件下对小麦氮代谢途径的关键基因的变化进行研究。通过荧光定量PCR实验，我们发现：在过量氮的条件下土壤酸化明显增强，氮代谢关键基因：硝酸盐转运蛋白基因（NRT）、谷氨酰胺合成酶基因（GS）以及谷胱甘肽硫转移酶基因（GST）在作物氮代谢途径有明显应答。此外，由关键基因DNA经过转录、翻译形成的关键酶活都有显著上升，进一步证实了基因表达的分析结果。

关键词： 过量氮，小麦，氮代谢，硝酸盐转运蛋白基因，谷氨酰胺合成酶基因，谷胱甘肽硫转移酶基因

Abstract：China is a country with a large population, the food has been the focus of attention. To study the changes in the excess nitrogen conditions on the nitrogen metabolism key genes. By fluorescence quantitative PCR experiments, we found that: the obvious enhancement in soil acidification of excess nitrogen conditions, key genes in nitrogen metabolism: the nitrate transporter gene (NRT), glutamine synthetase gene (GS) and glutathione S-transferase (GST) has the obvious response in crop nitrogen metabolic pathway. In addition, the key enzyme genes by DNA after transcription, translation key formed live have to rise significantly, further confirmed the results of gene expression.

Keywords: Excessive nitrogen，Wheat，Nitrogen metabolism，GS，NRT，GST

目 录

1 前言 4

1.1 土壤酸化 4

1.1.1 土壤酸化的概念及途径 4

1.1.2 过量氮素对植物的危害 4

1.2 植物氮代谢 4

1.2.1 氮代谢概念 4

1.2.2 氮代谢途径 5

1.3 氮代谢关键基因 5

2 材料与方法 6

2.1 材料的培养与处理 6

2.2 仪器药品 6

2.3 RNA提取 6

2.4 实时荧光定量RCR 7

3 结果与讨论 8

3.1 过量氮素对小麦的影响 8

3.2 RNA提取的完整性 8

3.3 溶解曲线的变化 8

3.4 氮代谢关键基因的表达情况 9

结论 12

参 考 文 献 13

致 谢 14

1 前言

1.1 土壤酸化

1.1.1 土壤酸化的概念及原因

土壤退化的表现形式有很多种，包括土壤酸化、沙化、盐化，其中酸化是土壤退化的最主要的表现形式。土壤酸化是指土壤的PH降低，酸性明显增强，甚至变为强酸性、极强酸性从而影响土壤中生物活性的下降的一种自然现象。

造成土壤酸化的原因有很多，其中酸雨量大而且密集，腐蚀作用明显，钙、镁、钾等碱性盐基大量流失是其根本原因。再加上农田需要长期大量补充氮素。此外，由于缺乏使用碱石灰，有机肥等传统农业实践的科学引导，促进耕地土壤养分失衡造成的土壤酸化。

1.1.2 氮素对植物的影响

农业的生产离不开施肥，施肥也是提高农作物产量的重要保障。中国的农业已经有几千年有机肥使用的悠久历史，有机肥维持着农作物稳定的收成。随着工业化的发展氮素早已被人们公认是植物生长的重要元素。反映植物生长情况的主要依据是植物对土壤中有效氮的吸收强度。有效氮的吸收量也可以改变植物在土壤贫瘠地区的生长情况^[1-2]。氮对植物合成核酸，蛋白质，磷脂和某些生长激素有着明显的作用占40％至50％^[3]。过量施用氮素会严重影响土壤酸度，甚会导致土壤酸化^[4] ,土壤重金属积累和土壤酸化也会影响粮食作物品质^[5]。洛桑试验站Geescroft Wilderness的表土 pH 值从 1883—1991 年由 6.2 降低到 3.8，ParkGrass 的表土 pH 则由 1876 年的 5.2 降低到 1991 年的4.2^[6]。

大量使用无机肥料和喷洒叶面肥，会导致土壤中速效氮、磷、钾含量过高，从而使土壤中NO3-离子过剩并快速累积，有些地方土壤含盐量非常高占0.567%，特别容易出现土壤盐渍化。其次，人们缺乏农业技术知识，特别是对氮，磷，钾和微量元素肥料的使用缺乏科学的指导，盲目使用快速氮肥，导致土壤养分失衡，影响了植物正常的吸收和利用，造成土壤盐分过多累积从而加速土壤次生盐渍化^[7]。次生盐渍化会导致植物连作障碍，盐分的过量积累会导致植物出现干旱，甚至使植物出现有毒物质^[8]。

1.2 植物氮代谢

1.2.1 氮代谢概念

植物通常吸收氨盐或硝酸盐等无机氮化合物的时候硝酸盐要经过被还原为氨盐或与氨盐相关物质后，才便于氨基酸和蛋白质的合成。这种把外界的氮素及含氮活体物质的同化、异化和排泄变成生物体的构成物质的过程，称为氮代谢。

1.2.2 氮代谢途径

氮代谢是由谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶合成的由氨生成氨基酸的代谢途径，氮代谢主要途径是谷氨酸与谷氨酸丙酮酸之间产生氨基转移酶，从而可以产生多种氨基酸。同时，还由于氨基酸通过体内水解和脱氨反应进行的氧化还原分解。脱氨是指在植物中氨以谷氨酰胺或天冬酰胺的形式存将氨基酸分解成氨的过程。

1.3 氮代谢关键基因

本文由关键基因DNA经过转录、翻译形成的关键酶。由关键酶活性看基因表达程度的高低。

硝酸盐转运蛋白基因(NRT)经转录、翻译形成硝酸还原酶。硝酸还原酶是一种可催化硝酸离子还原成亚硝酸离子，可分为参与硝酸盐同化的同化型还原酶和催化以硝酸盐为活体氧化的最终电子受休的硝酸盐呼吸异化型（呼吸型）还原酶。同化型是以Mo、黄素和正铁血红素为亚单位，存在于高等植物、藻类、菌类及细菌。分子内具有小的电子递体。蓝藻的电子供体是铁氧还蛋白，绿色植物中的电子供体主要是NADH。他们经过硝酸盐诱导，在大量氨和过量有机氮的情况下会阻碍硝酸盐转运蛋白基因的表达。

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