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水稻幼苗质膜H~+-ATPase对铵硝营养的响应研究

作　者: 王松伟
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: 水稻铵态氮硝态氮细胞膜H~+-ATPase
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

水稻是我国最重要的粮食作物。氮素是作物生产重要的限制因子。铵态氮和硝态氮是水稻作物生长过程中主要的两种矿质氮源。水稻淹水条件下,土壤中硝化作用被强烈抑制,铵态氮成为水稻田土壤N素的主要存在方式。但由于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。植物细胞对任何营养元素的吸收都必须通过细胞膜。细胞膜上存在着铵态氮和硝态氮的高亲和性与低亲和性转运系统。NH₄⁺通过单向运输的形式被动跨膜转运到植物根系细胞,其中受到细胞膜内外的电化学势的控制。NO₃^-进入植物细胞是依赖于一个跨质膜的2H⁺/1 NO₃^-主动吸收过程,需要跨质膜的质子电化学梯度提供能量。因此这两种形态氮素的吸收转运都与植物细胞膜上H⁺-ATPase密切相关。本文采用葡聚糖两相系统分离方法,分别提取纯化得到铵态氮（NH₄⁺-N）和硝态氮（NO₃^--N）培养的水稻幼苗根系、叶片细胞膜,测定了细胞膜H⁺-ATPase的水解活性和酶动力学参数,并进行酶蛋白质免疫印迹分析,以期阐明铵态氮营养和硝态氮营养对水稻幼苗根系、叶片细胞膜H⁺-ATPase的影响。结果如下:用葡聚糖两相系统分离方法得到的水稻幼苗根系细胞膜纯度达到95%以上;NH₄⁺-N营养的水稻根系细胞膜H⁺-ATPase的水解活性和H⁺-ATPase的K_m和V_max均显著高于NO₃^--N营养;NH₄⁺-N营养的水稻根系细胞膜H⁺-ATPase最佳pH值为6.0,而NO₃^--N营养的在pH 6.2左右;蛋白质免疫印迹实验结果表明,NH₄⁺-N营养的水稻根系细胞膜H⁺-ATPase酶浓度显著高于NO₃^--N营养,说明NH₄⁺-N营养的水稻根系细胞膜H⁺-ATPase活性高是因为其单位细胞膜上的H⁺-ATPase酶分子数量大于NO₃^--N营养,在NH₄⁺-N营养的水稻根系细胞膜上可能存在着与NO₃^--N营养不同的H⁺-ATPase的同工酶。因此NH₄⁺-N营养的水稻根系细胞膜H⁺-ATPase活性高很可能是水稻根系对铵态氮营养的一种适应机制。用葡聚糖两相系统分离方法得到的水稻幼苗叶片细胞膜纯度达到80%以上;NO₃^--N营养的水稻叶片细胞膜H⁺-ATPase的水解活性和动力学参数V_max和K_m均显著高于NH₄⁺-N营养;水稻叶片细胞膜H⁺-ATPase最佳pH值均为pH 6.2。蛋白质免疫印迹实验结果表明,NO₃^--N营养的水稻叶片细胞膜H⁺-ATPase酶浓度要高于NH₄⁺-N营养,说明NO₃^-N营养的水稻叶片细胞膜H⁺-ATPase活性高是因为其单位细胞膜上的H⁺-ATPase酶分子数量大于NH₄⁺-N营养,且NO₃^--N营养的水稻叶片细胞膜上的H⁺-ATPase的表达量高。NO₃^--N营养的水稻叶片细胞膜质子泵初速度和膜囊体内外H⁺浓度梯度均高于NH₄⁺-N营养。由于NO₃^-的跨膜运输是与细胞膜上H⁺-ATPase紧密联系的主动运输过程,NO₃^--N营养的水稻叶片细胞膜H⁺-ATPase活性和质子泵活性高可能与水稻叶片细胞吸收大量NO₃^-有关。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
1 文献综述  11-23
  1.1 氮素对作物生长的影响  11
  1.2 水稻的氮素营养  11-12
  1.3 植物吸收同化铵态氮和硝态氮生理学概述  12-16
    1.3.1 铵态氮的吸收及同化  12-14
    1.3.2 硝态氮的吸收及同化  14-16
  1.4 植物质膜H~+-ATPase研究进展  16-21
    1.4.1 植物质膜H~+-ATPase的结构  16-17
    1.4.2 植物质膜H~+-ATPase的生理功能  17-18
    1.4.3 植物质膜H~+-ATPase的活性调控  18-21
  1.5 氮素吸收与植物质膜H~+-ATPase的关系  21-22
  1.6 研究意义  22-23
2 材料与方法  23-29
  2.1 供试材料  23
  2.2 水稻培养条件  23
  2.3 测定项目和分析方法  23-29
    2.3.1 水稻植株中游离NH_4~+-N、NO_3~--N含量测定  23
    2.3.2 细胞膜的提取和分离  23-24
    2.3.3 细胞膜蛋白含量测定  24-25
    2.3.4 细胞膜微囊体的纯度鉴定  25
    2.3.5 细胞膜H~+-ATPase水解活性测定  25-26
    2.3.6 细胞膜H~+-ATPase动力学参数(V_(max)、K_m)的测定  26
    2.3.7 细胞膜质子泵活性测定  26
    2.3.8 细胞膜H~+-ATPase蛋白印迹试验  26-29
3 结果与分析  29-40
  3.1 铵硝营养对水稻幼苗根系细胞膜H~+-ATPase的影响  29-35
    3.1.1 NH_4~+-N营养和NO_3~--N营养下水稻根系和叶片中游离NH_4~+和NO_3~-含量  29-30
    3.1.2 NH_4~+-N营养和NO_3~--N营养下水稻根系细胞膜微囊体的纯度鉴定  30
    3.1.3 NH_4~+-N营养和NO_3~--N营养下水稻根系细胞膜H~+-ATPase水解活性比较  30-31
    3.1.4 NH_4~+-N营养和NO_3~--N营养下水稻根系细胞膜H~+-ATPase动力学参数比较  31-33
    3.1.5 NH_4~+-N营养和NO_3~--N营养下水稻根系细胞膜H~+-ATPase的蛋白免疫印迹  33
    3.1.6 小结  33-35
  3.2 铵硝营养对水稻幼苗叶片细胞膜H~+-ATPase和质子泵活性的影响  35-40
    3.2.1 NH_4~+-N营养和NO_3~--N营养下水稻叶片细胞膜微囊体的纯度鉴定  35-36
    3.2.2 NH_4~+-N营养和NO_3~--N营养下水稻叶片细胞膜H~+-ATPase水解活性比较  36
    3.2.3 NH_4~+-N营养和NO_3~--N营养下水稻叶片细胞膜H~+-ATPase动力学参数比较  36-38
    3.2.4 NH_4~+-N营养和NO_3~--N营养下水稻叶片细胞膜H~+-ATPase的蛋白免疫印迹  38
    3.2.5 NH_4~+-N营养和NO_3~--N营养下水稻叶片细胞膜质子泵活性比较  38-39
    3.2.6 小结  39-40
4 讨论  40-44
  4.1 水稻幼苗根系、叶片细胞膜微囊体纯度鉴定  40
  4.2 铵硝营养条件下水稻幼苗根系、叶片细胞膜H~+-ATPase活性  40-44
全文结论  44-45
创新和展望  45-46
参考文献  46-56
附录  56-58
作者简介  58-59
致谢  59

水稻幼苗质膜H~+-ATPase对铵硝营养的响应研究

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