超表达OsNRT2.3b武育粳7号水稻的氮素利用效率研究

摘要

水稻是最重要的粮食作物之一，在我国水稻产量占粮食总产的44％。氮(N)是作物生长发育吸收量最多的营养元素，其对作物的生命活动和产量形成具有重要意义。一般认为水稻是喜铵植物，但是水稻根系能够分泌O2，通过土壤硝化微生物作用，将NH4+氧化成NO3-。目前我国氮肥用量比世界单位面积平均用量高出75％左右，过量施用氮肥不仅造成能源的巨大浪费，使水稻氮利用效率下降，而且提高了作物的生产成本，造成生态环境的严重破坏。如何从根本上提高作物的氮素吸收和利用效率，对我国农业的科学可持续发展具有重要意义。
　　研究发现，水稻对硝态氮吸收的功能基因主要包括NRT1家族和NRT2家族，并且已经克隆研究了其中的多个基因。本实验室之前通过构建OsNRT2.3b(AK072215)的日本晴超表达材料证实，OsNRT2.3b超表达可明显改变日本晴的生物性状，如株高、生物量、分蘖数、穗长、穗粒数等明显增大，产量也有显著增加，并且能显著提高水稻对氮素的利用效率和转运效率。但日本晴不是高产品种，因此需在高产品种中鉴定其功能。
　　武育粳7号是人们广泛应用的高产水稻品种。本文通过构建OsNRT2.3b在武育粳7号中的超表达材料，通过一系列的分子和生理实验，研究OsNRT2.3b超表达在武育粳7号中的生物学功能。所得的主要研究结果如下:
　　1.以pCAMBIA1302为载体，35S为启动子，利用转基因方法构建了OsNRT2.3b在武育粳7号中的超表达材料。通过RT-PCR、southernblot等分子手段，筛选得了OsNRT2.3b表达增强、拷贝数较少的阳性转基因水稻株系。
　　2.海南乐东、南京八卦洲、浙江长兴的大田试验证实，OsNRT2.3b在武育粳7号中超表达使有效分蘖数增多2-4个，对穗子的生长发育会有促进作用。转基因材料产量在不同氮素水平下均要高于野生型，并且在中氮条件下增产效果最明显，随着氮水平的提高增产幅度会下降。籽粒中的水解氨基酸含量与野生型相比变化不显著。
　　3.对转基因材料光合作用的研究表明，OsNRT2.3b超表达对气孔导度影响不显著，在全铵条件下实际光合速率会有所增加，而在铵硝混合和全硝条件下没有明显的改变。铵硝混舍下OsNRT2.3b超表达能够提高武育粳7号的羧化效率。
　　4.大田试验条件下研究OsNRT2.3b超表达对武育粳7号水稻各部位氮含量的影响，结果表明，在低中高三种施氮条件下，孕穗期OsNRT2.3b超表达材料叶片的总氮浓度均显著高于野生型，并且差异幅度随氮营养水平的提高而减小;OsNRT2.3b超表达材料叶片的总氮浓度均显著低于野生型，穗的总氮浓度有所增加。15N实验结果显示，转基因材料无论是在孕穗前期还是成熟期茎的15N分布都少于野生型，叶和其他部位的含量会略高于野生型。OsNRT2.3b超表达能够显著提高武育粳7号的氮转运效率和氮吸收效率，而且肥料利用率和氮素利用率也均能显著提高。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 氮素营养对水稻的意义

1．2 硝态氮对水稻的影响

1．3 水稻对硝态氮的吸收同化机理

1．4 硝酸盐转运蛋白

1．4．1 硝酸盐转运体系

1．4．2 硝酸盐转运蛋白NRT1家族基因研究进展

1．4．3 硝酸盐转运蛋白NRT2家族基因研究进展

1．5 水稻氮素利用与氮肥施用

1．6 本文研究意义

第二章 超表达OsNRT2．3b武育粳7号水稻的获得与分子鉴定

2．1 材料与方法

2．1．1 试验材料与主要试剂

2．1．2 试验方法

2．2 结果与分析

2．2．1 潮霉素筛选

2．2．2 PCR鉴定

2．2．3 基因OsNRT2．3b的表达效果(RT-PCR)

2．2．4 Southern blot鉴定转基因材料的拷贝数

2．2．5 转基因材料T1代农艺学性状

2．3 讨论

第三章 超表达OsNRT2．3b对武育粳7号水稻生长的影响

3．1 材料

3．2 试验方法

3．2．1 大田试验

3．2．2 水培实验

3．2．3 农艺学性状分析

3．2．4 产量统计

3．2．5 光合作用的测定

3．2．6 籽粒水解氨基酸的测定

3．2．7 数据统计

3．3 结果与分析

3．3．1 转基因材料的表型

3．3．2 大田试验产量的统计分析

3．3．3 光合作用分析

3．3．4 种子的水解氨基酸分析

3．4 讨论

第四章 超表达OsNRT2．3b武育粳7号水稻的氮素吸收利用特征

4．1 材料

4．2 试验方法

4．2．1 小区实验

4．2．2 植株部位(穗、茎、倒一叶、倒二叶、倒三叶)总氮含量的测定

4．2．3 15N吸收量测定

4．2．4 数据统计

4．3 结果与分析

4．3．1 孕穗期与成熟期转基因材料与野生型各部位的总氮浓度

4．3．2 转基因材料与野生型对15N的吸收利用

4．4 讨论

第五章 全文结论

创新点

附录

参考文献

致谢