水稻根系細(xì)胞膜質(zhì)子泵在氮磷營養(yǎng)吸收中的作用機(jī)制.pdf

1、細(xì)胞膜質(zhì)子泵也叫質(zhì)膜H+-ATPase，其主要生理功能就是利用水解ATP產(chǎn)生的能量將細(xì)胞內(nèi)的H+泵出細(xì)胞，在細(xì)胞膜外形成H+的電化學(xué)勢，通過質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力(PMF)的形式，將營養(yǎng)物質(zhì)與代謝產(chǎn)物進(jìn)行跨細(xì)胞膜的運(yùn)輸。
　　銨態(tài)氮是植物根系吸收的主要氮素形態(tài)，但它的大量吸收與同化會導(dǎo)致根系分泌大量的H+，造成根際酸化，對大多數(shù)陸生植物的生長產(chǎn)生抑制，并造成銨中毒的現(xiàn)象。
　　本實(shí)驗(yàn)利用水稻作為研究對象，因?yàn)樗臼且环N典型的耐銨(NH4

2、+-N)植物，由于水稻生活在淹水的環(huán)境中，銨態(tài)氮是其吸收的主要氮素形態(tài)，它可以適應(yīng)由于吸收銨而引起的酸性脅迫，研究表明，在這一過程中質(zhì)膜H+-ATPase起到了十分重要的作用。因此，本實(shí)驗(yàn)研究了其根系質(zhì)膜H+-ATPase在氮、磷吸收過程中的作用及其相應(yīng)的生理與分子機(jī)制。
　　本研究還利用實(shí)驗(yàn)室已有的水稻OsA8超表達(dá)株系（OE＃1），研究了其基本的生理特征，并進(jìn)一步分析了質(zhì)子泵活性增高后水稻耐銨的機(jī)制。在研究過程中我們還發(fā)現(xiàn)，相

3、比硝態(tài)氮營養(yǎng)，在銨態(tài)氮營養(yǎng)下水稻吸收了更多的磷，因此我們也研究了在銨硝營養(yǎng)下水稻根系質(zhì)膜H+-ATPase對磷酸鹽吸收的作用與機(jī)制。
　　研究結(jié)果表明:
　　1、不同銨濃度處理下，水稻生長表現(xiàn)出如下特點(diǎn):在低于1mM銨的條件下水稻表現(xiàn)出缺氮癥狀;1mMNH4+濃度以上，水稻生長旺盛，但在大于2mMNH4+濃度下，水稻的根系生長也受到了抑制。比較質(zhì)膜H+-ATPase的活性后發(fā)現(xiàn)，其活性隨NH4+濃度的升高表現(xiàn)出先升高后下降的

4、趨勢，在低濃度下(＜1mM)質(zhì)膜H+-ATPase的活性逐漸升高，在1mM下達(dá)到最大值;而高濃度下（＞2mM）下質(zhì)膜H+-ATPase的活性下降，Western-blot分析發(fā)現(xiàn)，質(zhì)膜H+-ATPase的蛋白濃度變化與其活性相吻合;在表達(dá)水平上，地下部的三個(gè)基因OSA2、OSA3和OSA7有表達(dá)，地上部有四個(gè)基因OSA2、OSA3、OSA7和OSA9有表達(dá)。因此，部分質(zhì)膜H+-ATPase基因參與了水稻的耐銨機(jī)制。
　　2、水稻O

5、sA8超表達(dá)株系OE＃1的發(fā)芽速度和初生根的生長速度均比野生型WT快，分離細(xì)胞膜后發(fā)現(xiàn)，OE＃1根系細(xì)胞膜H+-ATPase的活性比WT的活性明顯提高，這個(gè)結(jié)果證明了細(xì)胞伸長過程是受細(xì)胞膜ATPase排出的H+的影響，即酸生長學(xué)說。因此，細(xì)胞膜H+-ATPase活性高可以促進(jìn)根系細(xì)胞的伸長。
　　3、為了探究質(zhì)膜H+-ATPase在銨態(tài)氮營養(yǎng)促進(jìn)磷吸收過程中的作用，野生型日本晴分別經(jīng)銨態(tài)氮營養(yǎng)和硝態(tài)氮營養(yǎng)處理，結(jié)果表明，銨態(tài)氮能促

6、進(jìn)水稻對磷的吸收。測得其質(zhì)膜H+-ATPase活性后發(fā)現(xiàn)，銨態(tài)氮處理后的水稻質(zhì)膜H+-ATPase活性比硝態(tài)氮的要高，Western-blot分析顯示造成兩者活性不同的原因是該酶蛋白濃度上的差異所造成的;利用半定量RT-PCR方法檢測水稻根系質(zhì)膜H+-ATPase家族基因和磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族基因的表達(dá)情況后發(fā)現(xiàn)，銨態(tài)氮營養(yǎng)能誘導(dǎo)更多的質(zhì)膜H+-ATPase家族基因和磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)，33P吸收實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了質(zhì)膜H+-ATPa