不同生态型拟南芥耐铵毒害差异的生理机制

作     者：韩庆芬 

作者单位：湖南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张振华

授予年度：2019年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：拟南芥 铵毒害 铵同化 谷氨酰胺合成酶 

摘      要：土壤在渍水和低pH条件下,由于氮肥的大量施用使铵态氮成为主要的氮源,而过量的铵会使植物发生毒害。本文利用收集的95份生态型拟南芥材料,采用水培试验方法,研究了2 mM NH对拟南芥群体的影响,从生理水平解释了不同生态型拟南芥耐铵毒害的机制。1.(1)2 mM铵显著抑制拟南芥群体地上部的生长,并且大量游离铵根离子累积于地上部。(2)在硝态氮培养条件下,内源铵的含量与拟南芥地上部的生长呈显著负相关关系,铵态氮培养条件下,地上部的生长与铵含量同样呈较高的负相关性,因此内源铵含量少的生态型拟南芥在铵态氮下亦耐铵,所以本研究以拟南芥群体组织内铵含量为主因子,筛选出了铵依赖生态型中的耐铵和铵敏感两组拟南芥生态型各三个,其中Or-1、Ta-0、HSM为耐铵型;Rak-2、Lpv-18、Hi-0为铵敏感型;非铵依赖生态型中的耐铵和铵敏感两组拟南芥生态型各两个,其中Bor-4、Mzk-0、udull-34为耐铵型;MIB-22、NW-0、Kno-18为铵敏感型。(3)低铵胁迫显著降低了拟南芥群体的氮素生理利用效率,同时抑制了K、Ca、Na、Mg、Mn、Zn的吸收,而促进了Fe的吸收,对Cu的吸收并无影响。2.低铵胁迫下铵依赖生态型拟南芥耐铵的(T)生态型生物量下降显著低于铵敏感生态型拟南芥。铵转运蛋白基因AMT1;1和AMT1;2的表达水平较铵敏感拟南芥(S)高,植株全氮和地上部N标记试验结果表明耐铵拟南芥铵态氮吸收速率高于敏感型。并且耐铵拟南芥生态型在两种氮形态下其谷氨酰胺合成酶(GS)活性均显著高于铵敏感生态型,说明耐铵拟南芥生态型铵同化能力强于铵敏感型。3.非铵依赖生态型拟南芥即在相同水平的铵含量下,有耐铵和不耐铵的生态型。耐铵和铵敏感的生态型地上部铵含量没有差异,但是耐铵的生态型地上部鲜重显著高于铵敏感生态型。耐铵的生态型拟南芥中丙二醛含量显著低于铵敏感生态型,耐铵生态型拟南芥膜脂过氧化程度低,细胞膜受到的损害程度低。耐铵拟南芥抗氧化系统显著强于铵敏感生态型,其过氧化氢酶、过氧化物酶活性显著高于铵敏感生态型。本研究结果表明,铵依赖型耐铵生态型拟南芥是通过更高活性的GS将大量的游离铵同化减少植株体内的游离铵含量,从而减轻植株铵毒害;而不是通过减少铵态氮的吸收。非铵依赖型耐铵生态型拟南芥具有较强的抗氧化系统,对铵的耐受性较敏感型拟南芥强,从而抵抗铵胁迫。本研究主要发现铵依赖型耐铵拟南芥是在更高的GS下通过吸收更多的铵态氮来抵抗铵毒害的,并且在后续的研究工作中找到了与铵代谢密切相关的耐性基因,这对稻油轮作下油菜耐铵毒害的研究具有非常重要的指导意义。