《N专题增硝营养》PPT课件.ppt

不同氮效率水稻增硝营养的生理与分子生物学机制1精选课件ppt传统水稻田中NH4是主要存在形态，对NO3营养的研究较少。2精选课件ppt 越来越多的研究表明，水稻根系能分泌O2，这些O2能满足好氧微生物的生活需要，好氧微生物可把NH4+氧化成NO3。水稻节水栽培技术使水稻根系的通气条件有了较大的改善。在较好的通气条件下，NH4+易被氧化成NO3。稻田中存在硝态氮稻田中存在硝态氮研究背景3精选课件ppt Kirk研究表明水稻对硝态氮的吸收量可达到吸氮总量的30(Kirk,2005)。增硝营养可使水稻产量提高3050(Qian et al.,2004)。水稻能够吸收利用硝态氮水稻能够吸收利用硝态氮4精选课件ppt增硝营养如何促进水稻生长？增硝营养如何促进水稻生长？5精选课件ppt研究目的n研究水稻增硝营养的生理与分子生物学机制n 阐明水稻对增硝营养的响应与氮素高效利用的关系6精选课件ppt技术路线水水培培条条件件下下筛筛选选对对增增硝硝营营养养响响应应差差异异显著的不同氮效率水稻品种显著的不同氮效率水稻品种研研究究增增硝硝营营养养对对不不同同氮氮效效率率水水稻稻品品种种整整个个生育期生长及氮素吸收同化的影响生育期生长及氮素吸收同化的影响增硝营养对水稻生育前期氮素吸收的贡献（增硝营养对水稻生育前期氮素吸收的贡献（15N）水水稻稻铵铵吸吸收收系系统统动动力力学学参参数的响应（数的响应（15N）水水稻稻根根系系生生长长及及形形态态学参数的响应学参数的响应增硝营养条件下增硝营养条件下铵铵转转运运蛋蛋白白mRNA的的转转录录水水平平(半定量、定量半定量、定量)的响应的响应不同氮效率水稻增硝营养响应度的差异及其机理不同氮效率水稻增硝营养响应度的差异及其机理7精选课件ppt试验内容n铵硝比对不同氮素利用效率水稻的生理效应n增硝营养全生育期内对不同氮效率水稻生长和氮素吸收同化的影响n增硝营养对不同氮效率水稻根系生长的影响n利用15N标记法研究不同氮效率水稻生育前期氮素吸收动态n不同氮效率水稻苗期对15 NH4+的吸收动力学研究n实时荧光定量PCR研究增硝营养对不同氮效率水稻铵转运蛋白（OsAMT1;1-1;3）的表达的影响8精选课件ppt第一部分 铵硝比对不同氮素利用效率水稻的生理效应 9精选课件ppt材料与方法表1-1 供试粳稻品种的主要特性(施氮水平为180 kg ha-1)10精选课件ppt试验处理n总氮浓度相同，NH4/NO3比例分别为100/0、75/25、50/50和25/75。11精选课件ppt研究结果12精选课件ppt研究结果13精选课件ppt结论结论 u南光对增硝营养的响应程度最高，南光对增硝营养的响应程度最高，ELIOELIO对增对增硝营养的响应最低。硝营养的响应最低。u 水稻最适铵硝配比为水稻最适铵硝配比为75/2514精选课件ppt既然这两个不同氮效率水稻在苗期对增既然这两个不同氮效率水稻在苗期对增硝营养的响应差异如此大，那么全生育硝营养的响应差异如此大，那么全生育期内的表现及对产量的影响如何？期内的表现及对产量的影响如何？15精选课件ppt试验内容n铵硝比对不同氮素利用效率水稻的生理效应n增硝营养全生育期内对不同氮效率水稻生长和氮素吸收同化的影响n增硝营养对不同氮效率水稻根系生长的影响n利用15N标记法研究不同氮效率水稻生育前期氮素吸收动态n不同氮效率水稻苗期对15 NH4+的吸收动力学研究n实时荧光定量PCR研究增硝营养对不同氮效率水稻铵转运蛋白（OsAMT1;1-1;3）的表达的影响16精选课件ppt第二部分 增硝营养全生育期内对不同氮效率水稻生长和氮素吸收同化的影响 17精选课件ppt材料与方法n品种：对增硝营养响应强的氮高效品种南光；对增硝营养响应弱的氮低效品种ELIO。n处理：NH4/NO3比例分别为100/0和75/2518精选课件ppt增硝营养对不同氮效率水稻产量的影响增硝营养对不同氮效率水稻产量的影响表表1 1不同营养条件下水稻的产量构成性状不同营养条件下水稻的产量构成性状品种NH4+/NO3产量（g/pot）穗数/株实粒数/穗结实率%千粒重(g)南光100/014.71.07 a6.040.47 a53.63.11 a76.14.41 a22.71.25 a75/2517.80.82 b6.010.33 a67.24.09 b88.24.80 b23.11.17 aELIO100/09.800.76 a3.970.25 a40.53.15 a41.93.06 a30.51.62 a75/2510.50.88 a4.020.31 a41.12.99 a45.52.72 a31.81.33 a19精选课件ppt各生育时期水稻的生物量各生育时期水稻的生物量图2-1.增硝营养对不同水稻品种在不同生育时期干物重的影响S：苗期;T:分蘖盛期;H:齐穗期;M:成熟期20精选课件ppt各生育时期水稻的氮素吸收量各生育时期水稻的氮素吸收量图2-2.增硝营养对不同水稻品种在不同生育时期氮积累量的影响 S：苗期;T:分蘖盛期;H:齐穗期;M:成熟期21精选课件ppt水稻叶片硝酸还原酶活性（NRA）在不同生育时期对增硝营养的的响应 图图2-3.增硝营养对水稻叶片硝酸还原酶活性的影响增硝营养对水稻叶片硝酸还原酶活性的影响S：苗期;T:分蘖盛期;H:齐穗期;22精选课件ppt水稻根系谷氨酰胺合成酶活性（GSA）在不同生育时期对增硝营养的响应 图图2-4.增硝营养对水稻根系谷氨酰胺合成酶活力的影响增硝营养对水稻根系谷氨酰胺合成酶活力的影响 S：苗期;T:分蘖盛期;H:齐穗期;23精选课件ppt水稻叶片谷氨酰胺合成酶活性（水稻叶片谷氨酰胺合成酶活性（GSAGSA）在不）在不同生育时期对增硝营养的响应同生育时期对增硝营养的响应 图图2-5.增硝营养对水稻根系谷氨酰胺合成酶活力的影响增硝营养对水稻根系谷氨酰胺合成酶活力的影响 S：苗期;T:分蘖盛期;H:齐穗期;24精选课件ppt结论结论 u增硝营养可以使南光的籽粒产量提高增硝营养可以使南光的籽粒产量提高2121。u增硝营养可以促进南光在苗期、分蘖盛期、增硝营养可以促进南光在苗期、分蘖盛期、齐穗期和成熟期对氮素的吸收，从而促进其生齐穗期和成熟期对氮素的吸收，从而促进其生长。长。u增硝营养促进了南光对增硝营养促进了南光对NH4和和NO3的同化的同化利用。利用。25精选课件ppt既然增硝营养能够促进南光的生长，那既然增硝营养能够促进南光的生长，那么是从哪些方面影响其生长的？对根系么是从哪些方面影响其生长的？对根系生长的影响如何？生长的影响如何？26精选课件ppt试验内容n铵硝比对不同氮素利用效率水稻的生理效应n增硝营养全生育期内对不同氮效率水稻生长和氮素吸收同化的影响n增硝营养对不同氮效率水稻根系生长的影响n利用15N标记法研究不同氮效率水稻生育前期氮素吸收动态n不同氮效率水稻苗期对15 NH4+的吸收动力学研究n实时荧光定量PCR研究增硝营养对不同氮效率水稻铵转运蛋白（OsAMT1;1-1;3）的表达的影响27精选课件ppt第三部分 增硝营养对不同氮效率水稻根系生长的影响 28精选课件ppt材料与方法n品种：氮高效水稻品种南光；氮低效品种ELIO。n处理：NH4/NO3比例分别为100/0和75/25。n生理指标：不同生育时期水稻根系的生长；苗期水稻的根系形态特征29精选课件ppt各生育时期水稻根系的生物量各生育时期水稻根系的生物量图3-1.增硝营养对不同水稻品种根系生长的影响S：苗期;T:分蘖盛期;H:齐穗期;M:成熟期30精选课件ppt各生育时期水稻根系的氮素吸收量各生育时期水稻根系的氮素吸收量图3-2.增硝营养对不同水稻品种在不同生育时期氮积累量的影响 S：苗期;T:分蘖盛期;H:齐穗期;M:成熟期31精选课件ppt水稻苗期根系生长和氮素吸收对增硝营养的水稻苗期根系生长和氮素吸收对增硝营养的响应响应 表表3-1 增硝营养对不同增硝营养对不同N效率水稻根系生长和氮素吸收的影响效率水稻根系生长和氮素吸收的影响32精选课件ppt水稻苗期根系形态对增硝营养的响应水稻苗期根系形态对增硝营养的响应 33精选课件ppt结论结论 u增硝营养可以显著促进氮高效水稻品种南光增硝营养可以显著促进氮高效水稻品种南光在苗期、分蘖盛期、齐穗期和成熟期根系的生在苗期、分蘖盛期、齐穗期和成熟期根系的生长，从而促进了其氮素吸收。长，从而促进了其氮素吸收。34精选课件ppt既然增硝营养能够促进南光的总氮素吸既然增硝营养能够促进南光的总氮素吸收和根系生长，那么对铵态氮和硝态氮收和根系生长，那么对铵态氮和硝态氮吸收的情况分别是怎样的？吸收的情况分别是怎样的？35精选课件ppt试验内容n铵硝比对不同氮素利用效率水稻的生理效应n增硝营养全生育期内对不同氮效率水稻生长和氮素吸收同化的影响n增硝营养对不同氮效率水稻根系生长的影响n利用15N标记法研究不同氮效率水稻生育前期氮素吸收动态n不同氮效率水稻苗期对15 NH4+的吸收动力学研究n实时荧光定量PCR研究增硝营养对不同氮效率水稻铵转运蛋白（OsAMT1;1-1;3）的表达的影响36精选课件ppt第四部分 利用15N标记法研究不同氮效率水稻生育前期氮素吸收动态 37精选课件ppt材料与方法n品种：氮高效水稻品种南光；氮低效品种ELIO。n处理：NH4/NO3比例分别为100/0和75/25，其中NH4用15N标记。n培养：从营养液培养开始即用15N标记NH4，分别在苗期（30d）、分蘖初期（45d）和分蘖盛期（60d）采样，测定植株体15NH4内含量。38精选课件ppt计算方法n测定普通氮素处理的水稻植株体内的15N丰度作为背景值。15N标记的植株体内的15N原子百分超按如下方法计算：15N 吸收量=(15N(L+S)%W(L+S)TN(L+S)%)+(15NR%WR TNR%)15N-NH4+吸收效率(%)=15N 吸收量(mg)/15N 供给量(mg)*10039精选课件ppt不同氮效率水稻生长对增硝营养的响应不同氮效率水稻生长对增硝营养的响应图4-1.增硝营养对不同水稻品种干物重的影响S：苗期;E-T:分蘖初期;M-T:分蘖盛期40精选课件ppt不同氮效率水稻氮素吸收对增硝营养不同氮效率水稻氮素吸收对增硝营养的响应的响应图4-2.增硝营养对不同水稻品种氮积累量的影响S：苗期;E-T:分蘖初期;M-T:分蘖盛期41精选课件ppt增硝营养对水稻增硝营养对水稻15NH4+吸收量的影响吸收量的影响 表4-1 生育前期南光和ELIO的 15NH4+吸收量（mg pot-1）42精选课件ppt增硝营养对水稻增硝营养对水稻15NH4+吸收效率的影响吸收效率的影响表4-2 生育前期南光和ELIO的 15NH4+吸收效率（）品种NH4+-N/NO3-N苗期分蘖初期 分蘖盛期叶片南光100/03.610.09 a5.810.29 a10.00.74 a75/255.450.26 b8.100.20 b14.70.36 bELIO100/06.640.07 a9.360.50 a16.60.44 a75/256.930.25 a10.70.45 a17.50.14 a根系南光100/00.540.01 a0.830.01 a1.380.08 a75/250.880.02 b1.160.01 b2.340.06 bELIO100/00.900.05 a1.160.01 a1.880.12 a75/250.930.03 a1.180.05 a1.920.05 a15N-NH4+吸收效率(%)=15N 吸收量(mg)/15N 供给量(mg)*100 43精选课件ppt增硝营养对水稻增硝营养对水稻NO3-吸收量的影响吸收量的影响表4-3 生育前期南光和ELIO吸收的 NO3-（mg pot-1）44精选课件ppt结论结论 u增硝营养不仅能够促进南光根系的氮素吸收和生长，增硝营养不仅能够促进南光根系的氮素吸收和生长，也能够促进其地上部的氮素吸收和生长。也能够促进其地上部的氮素吸收和生长。u增硝营养能够促进南光对增硝营养能够促进南光对1515NHNH4 4的吸收效率，但对的吸收效率，但对ELIOELIO的吸的吸1515NHNH4 4效率没有显著影响。效率没有显著影响。u两个不同氮效率水稻品种均能够吸收大量的两个不同氮效率水稻品种均能够吸收大量的NONO3 3，且其吸且其吸NONO3 3量在分蘖盛期最高，苗期次之，分蘖盛期量在分蘖盛期最高，苗期次之，分蘖盛期最少。最少。45精选课件ppt既然增硝营养能够促进南光的铵态氮吸既然增硝营养能够促进南光的铵态氮吸收数量，那么对其吸收速度是如何影响收数量，那么对其吸收速度是如何影响的？以及如何影响其吸收？的？以及如何影响其吸收？46精选课件ppt试验内容n铵硝比对不同氮素利用效率水稻的生理效应n增硝营养全生育期内对不同氮效率水稻生长和氮素吸收同化的影响n增硝营养对不同氮效率水稻根系生长的影响n利用15N标记法研究不同氮效率水稻生育前期氮素吸收动态n不同氮效率水稻苗期对15 NH4+的吸收动力学研究n实时荧光定量PCR研究增硝营养对不同氮效率水稻铵转运蛋白（OsAMT1;1-1;3）的表达的影响47精选课件ppt第五部分 不同氮效率水稻苗期对15 NH4+的吸收动力学研究48精选课件ppt材料与方法n品种：氮高效水稻品种南光；氮低效品种ELIO。n培养：在国际水稻所营养液中培养30dn吸收试验：在进行吸收实验的前2天，将营养液更换为无N的国际水稻所常规营养液。吸收液中NH4浓度系列为0.025、0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.8、1.2 mmol L-1，重复3次。其中NH4均用15N标记(NH4)2SO4,15N丰度为 40.2%。测定时取生长均匀的健壮秧苗3株为一个测量单位，将其根系全部浸入20ml的NH4系列吸收液中吸收2h。2h结束后立即将水稻取出并称重，然后烘干至恒重，称其干重。n与此同时，在上述NH4浓度系列中分别加入0.5 mmol L-1 NO3-，以研究NO3-对水稻吸收NH4的特征的影响。49精选课件ppt生物量（干重，g/株）Dry weight（g/plant）NH4+吸收速率(gg-1 plant DWh-1)南光ELIO图5-1 NO3对不同氮效率水稻在苗期（30d龄）吸收NH4的影响 50精选课件ppt表5-1 NO3对不同氮效率水稻苗期（30d龄）NH4吸收动力学参数的影响 品种NH4吸收动力学参数 Vmax(gg-1 plant DWh-1)b Km(M)Without NO3-With NO3-Without NO3-With NO3-南光51.1 0.21 a58.3 0.27 b30.2 2.07 a31.1 1.54 aELIO58.6 0.26 a58.4 0.37 a29.7 2.26 a31.6 2.77 a51精选课件ppt结论结论 u增硝营养可以促进南光对增硝营养可以促进南光对1515NHNH4 4的吸收速的吸收速率，但对率，但对ELIOELIO的的1515NHNH4 4的吸收速率没有影响。的吸收速率没有影响。uNONO3 3-对对1515NHNH4 4吸收的影响主要在于影响吸收的影响主要在于影响NHNH4 4载体的运转速率而非吸收位点与载体的运转速率而非吸收位点与NHNH4 4之间的之间的亲和性。亲和性。52精选课件ppt既然增硝营养能够既然增硝营养能够提高提高NH4载体的运转载体的运转速率速率，那么是不是影响水稻铵转运蛋白那么是不是影响水稻铵转运蛋白的表达？的表达？53精选课件ppt试验内容n铵硝比对不同氮素利用效率水稻的生理效应n增硝营养全生育期内对不同氮效率水稻生长和氮素吸收同化的影响n增硝营养对不同氮效率水稻根系生长的影响n利用15N标记法研究不同氮效率水稻生育前期氮素吸收动态n不同氮效率水稻苗期对15 NH4+的吸收动力学研究n实时荧光定量PCR研究增硝营养对不同氮效率水稻铵转运蛋白（OsAMT1;1-1;3）的表达的影响54精选课件ppt第六部分第六部分 实时荧光定量实时荧光定量PCR研究增硝研究增硝营养对不同氮效率水稻铵转运蛋白营养对不同氮效率水稻铵转运蛋白（OsAMT1;1-1;3）的表达的影响的表达的影响 55精选课件ppt水稻高亲和转运蛋白OsAMT1家族的三个基因同源性很高，而和其他家族的同源性比较低Loque and von Wiren,200456精选课件ppt材料与方法n品种：氮高效水稻品种南光；氮低效品种ELIOn培养：在国际水稻所营养液中培养30d,N为2.0 mmolL-1的(NH4)2SO4 n处理：在生长至30d时，将营养液更换为无N的国际水稻所常规营养液培养水稻7天。氮饥饿结束后将一半的水稻放入纯铵营养液中培养，另一半水稻放入增硝营养液中培养(NH4+/NO3-为 75/25)。2h后将植株取出，迅速剪根尖(1-2 cm)和倒二叶中间部分(4cm)浸入液氮中冷冻，放入-80冰箱中冷冻保存以制备RNA。57精选课件ppt材料与方法nRNA提取：Trizol提取法n引物设计及合成：在NCBI（http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/）上查得OsAMT1;1-1;3 的基因序列，然后用Primer Premier 5 软件设计三个基因的特异引物，引物合成及产物测序由上海博亚生物技术有限公司完成。Actin(OsRac1)为本试验中应用的看家基因 n定量PCR:SYBR Green 实时荧光定量PCR技术n数据计算：根据OsAMT1;1-1;3及Actin 标准曲线，计算出各自的起始模板数，后以基因/Actin计算出相对表达量。58精选课件ppt图6-1.OsAMT1(OsAMT1;1-1;3)在南光和ELIO根系和叶片的相对表达数量 1;1:OsAMT1;1;1;2:OsAMT1;2;1;3:OsAMT1;3 增硝营养对水稻铵转运蛋白OsAMT(1;1-1;3)表达量表达量的影响59精选课件ppt图6-2.OsAMT1s(OsAMT1;1-1;3)在南光和ELIO根系和叶片表达的表达百分比 1;1:OsAMT1;1;1;2:OsAMT1;2;1;3:OsAMT1;3 增硝营养对水稻铵转运蛋白OsAMT(1;1-1;3)表达百分比表达百分比的影响60精选课件ppt结论结论 uOsAMT1;1OsAMT1;1在南光和在南光和ELIOELIO的根系和叶片中的表达量均的根系和叶片中的表达量均较高，而较高，而OsAMT1;2OsAMT1;2和和OsAMT1;3OsAMT1;3仅在根系中表达。仅在根系中表达。u在增硝营养条件下，在增硝营养条件下，OsAMT1sOsAMT1s在南光的表达提高了在南光的表达提高了14.5%14.5%，而在，而在ELIOELIO中仅提高了中仅提高了 0.29%0.29%。这两个品种对增。这两个品种对增硝响应的不同主要是由于增硝营养条件下，硝响应的不同主要是由于增硝营养条件下，OsAMT1;1OsAMT1;1在南光叶片的表达几乎没有变化，但在在南光叶片的表达几乎没有变化，但在ELIOELIO叶片的表叶片的表达量的降幅达到了所有基因总表达量的达量的降幅达到了所有基因总表达量的10.310.3。61精选课件ppt结论结论n增硝营养对吸铵速率的影响主要在于影响铵态氮载体的运转速率而非吸收位点与铵态氮之间的亲和性。n在增硝营养条件下，OsAMT1s在南光的表达提高了14.5%，而在ELIO中仅提高了 0.29%。这两个品种对增硝响应的不同主要是由于OsAMT1;1在叶片中的表达对增硝营养的响应不同。n增硝营养促进了南光根系的生长和吸铵速率，从而促进了植株生长和氮素吸收，并且提高其叶片硝酸还原酶和根系谷氨酰胺合成酶的活力，从而提高其对氮素的吸收利用，进而提高其籽粒产量，而对氮低效水稻品种ELIO的生长没有显著影响。n氮高效水稻品种南光对增硝营养的响应度较强，而氮低效水稻品种ELIO对增硝营养的响应较弱，从而揭示水稻对增硝营养的强响应度可能是氮素高效吸收利用的生理机制之一。62精选课件ppt 谢谢 谢谢!63精选课件ppt