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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。
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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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