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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

作 者: 狄廷均
导 师: 沈其荣;朱毅勇
学 校: 南京农业大学
专 业: 植物营养学
关键词: 细胞膜H~+-ATPase 水稻(日本晴) 铵态氮 小白菜(上海青) 硝态氮
分类号: S634.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
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内容摘要


水稻是典型的以吸收铵态氮(NH4+-N)作为氮源的水生作物。目前,水稻根系吸收铵态氮所引起的根际强烈酸化的适应机制尚不清楚,因此研究比较了pH 6.5和pH3.0条件下水稻根系细胞膜H+-ATPase对铵态氮营养和硝态氮(NO3--N)营养的适应差异。为此,把全硝和全铵营养液pH分别调到pH 3.0和pH 6.5。恒定pH培养4 d后,用两相法分离水稻(Oryza sativa L.“japonica”)根系细胞膜。研究结果表明:1.离体条件下,不论是铵态氮还是硝态氮营养,pH 3.0条件下培养的水稻根系细胞膜H+-ATPase的水解活性、最大初速度Vmax、米氏常数Km、H+泵活性、细胞膜对H+的通透性以及跨膜pH梯度都显著高于pH 6.5条件下培养的水稻根系。2.不同氮素营养和不同pH条件下,水稻细胞H+-ATPase对钒酸盐的敏感性不变。3.H+-ATPase多克隆抗体免疫分析发现,低pH条件下培养的水稻根系细胞膜H+-ATPase的酶浓度显著高于高pH,而不受氮素形态影响。4.在转录水平,低pH条件下培养的水稻根系细胞膜H+-ATPase基因OSA1、OSA3、OSA7、OSA8和OSA9的表达明显强于高pH。但pH改变对OSA2的表达没有影响。试验中,没有检测到OSA4、OSA5、OSA6和OSA10的PCR扩增产物。5.试验证明,水稻根系细胞膜H+-ATPase是通过增加同工酶基因表达,提高细胞H+-ATPase的水解活性和泵活性来适应根际低酸环境,这种适应性不依赖于氮素形态。小白菜一种典型的高硝酸盐累积的蔬菜。硝酸盐在小白菜体内不同组织中的积累存在显著差异,为了细胞膜H+-ATPase对这种差异的适应,用两相法分离了水培小白菜品种上海青(Brassica chinensis L.)叶柄和叶片细胞膜,并测定了与硝酸盐运输相关的质子泵的水解活性。研究结果如下:1.小白菜细胞膜纯度在90%以上。2.离体条件下,叶柄细胞膜H+-ATPase的水解活性显著高于叶片。3.叶柄H+-ATPase最佳pH值在pH 6.6,而叶片在pH值在6.4至6.6之间。并且,叶柄细胞膜上H+-ATPase的Km值显著高于叶片。4.将H+-ATPase在20℃及30℃时测定所得的Vmax代入Arrhenius方程计算后发现,叶柄H+-ATPase的活化能也高于叶片。5.Western Blot结果说明,叶柄细胞膜H+-ATPase酶浓度要显著高于叶片H+-ATPase。试验表明,硝酸盐在不同组织中的积累差异与其细胞膜H+-ATPase活性大小、Km值、活化能以及H+-ATPase的蛋白浓度都密切相关。因此,叶柄细胞膜H+-ATPase活性高很可能是增强硝酸盐吸收的一个重要原因。

全文目录


摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
缩略语  12-13
第一章 文献综述  13-24
  0 引言  13
  1 植物细胞膜H~+-ATPase分子结构、生化特性及生理功能  13-14
    1.1 分子结构特点  13
    1.2 生化特性  13-14
    1.3 生理功能  14
  2 多基因家族编码细胞膜H~+-ATPase及特异性表达  14-16
    2.1 多基因家族编码细胞H~+-ATPase  14-16
    2.2 细胞膜H~+-ATPase基因的细胞与组织特异性表达  16
  3 细胞膜H~+-ATPase矿质养分、环境因子和逆境胁迫的适应  16-20
    3.1 细胞膜H~+-ATPase对矿质养分的适应  16-17
    3.2 细胞膜H~+-ATPase对低酸环境的适应  17-18
    3.3 光照激活细胞膜H~+-ATPase  18
    3.4 细胞膜H~+-ATPase对逆境胁迫的适应  18-20
      3.4.1 冻害对细胞膜H~+-ATPase的伤害  18-19
      3.4.2 低温促进细胞膜H~+-ATPase活性升高  19
      3.4.3 重金属胁迫对细胞膜H~+-ATPase的伤害  19
      3.4.4 细胞膜H~+-ATPase对其它环境因子和逆境胁迫的响应  19-20
  4 水稻吸收氮素及小白菜积累硝酸盐与细胞膜H~+-ATPase的关系  20-22
    4.1 水稻吸收氮素与细胞膜H~+-ATPase的关系  20-21
    4.2 小白菜体内硝酸积累与细胞膜H~+-ATPase的关系  21-22
  5 研究目的和意义  22-24
第二章 水稻根系细胞膜H~+-ATPase对铵态氮营养的适应  24-42
  0 引言  24-25
  1 材料与方法  25-29
    1.1 水稻培养及处理设计  25-26
    1.2 水稻植株全氮积累量测定  26
    1.3 细胞膜分离  26-27
    1.4 细胞膜H~+-ATPase水解活性测定  27
    1.5 pH梯度测定  27
    1.6 细胞膜H~+-ATPase凝胶电泳与免疫检测  27-28
    1.7 总RNA提取与荧光实时定量PCR  28-29
      1.7.1 总RNA提取与第一条cDNA链的合成  28
      1.7.2 荧光实时定量PCR(Realtime-PCR)  28-29
    1.8 统计处理  29
  2 结果与分析  29-38
    2.1 氮素营养对水稻根系营养液pH值的影响  29-30
    2.2 氮素营养对水稻生长和植株全氮积累量的影响  30
    2.3 水稻根系细胞膜纯度检验  30-32
    2.4 氮素营养对水稻细胞膜H~+-ATPase水解活性的影响  32
    2.5 氮素营养对水稻细胞膜H~+-ATPase动力学参数的影响  32-34
    2.6 氮素营养对水稻细胞膜H~+-ATPase酶浓度的影响  34-35
    2.7 氮素营养对水稻细胞膜H~+-ATPase泵活性的影响  35-37
    2.8 氮素营养对水稻细胞膜H~+-ATPase基因表达的影响  37-38
  3 讨论  38-42
    3.1 水稻根系细胞膜分离  38-39
    3.2 水稻根系细胞膜H~+-ATPase对低pH的适应  39-40
    3.3 水稻根系细胞膜H~+-ATPase对铵态氮营养的响应  40-42
第三章 细胞膜H~+-ATPase对小白菜积累硝酸盐的适应  42-51
  0 引言  42-43
  1 材料与方法  43-45
    1.1 小白菜培养  43
    1.2 细胞膜分离  43-44
    1.3 测定指标  44
      1.3.1 硝酸盐含量测定  44
      1.3.2 蛋白含量  44
      1.3.3 细胞膜H~+-ATPase水解活性的测定  44
      1.3.4 细胞膜蛋白凝胶电泳和免疫反应试验  44
    1.4 数据分析方法  44-45
  2 结果与分析  45-49
    2.1 小白菜体内硝酸盐的积累量  45
    2.2 细胞质膜纯度检验  45
    2.3 小白菜细胞膜H~+-ATPase水解活性的比较  45-46
    2.4 小白菜细胞质膜H~+-ATPase的V_(max)与K_m比较  46-48
    2.5 小白菜细胞膜H~+-ATPase免疫印迹比较  48-49
  3 讨论  49-51
第四章 全文结论  51-52
  1 水稻根系细胞膜H~+-ATPase对铵态氮营养的适应  51
  2 细胞膜H~+-ATPase对小白菜体内硝酸盐积累差异的适应  51-52
参考文献  52-62
在读硕士期间发表和待发表论文  62-63
致谢  63

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中图分类: > 农业科学 > 园艺 > 蔬菜园艺 > 白菜类 > 白菜(小白菜)
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