氮素形态调控番茄果实氮和有机酸代谢的分子生理机制

摘要

硝态氮（NO3--N）和铵态氮（NH4+-N）是植物从土壤中吸收的主要氮素形态。研究表明，NO3-和NH4+以一定比例配施能显著促进番茄的生长，生物量和产量都有显著增加，而且随着营养液中NH4+/NO3-的升高，番茄叶片中柠檬酸、苹果酸等有机酸的含量显著下降，表明NO3-和NH4+的同化与植物体内有机酸的合成紧密相关，虽然人们对果实发育过程中有机酸含量及相关酶活力的动态变化等已有一定的认识，但有关氮素形态对果实有机酸的调控机理尚不明确。本试验以樱桃番茄“红圣女”为材料，采用基质-营养液共培养的方法研究了果实有机酸的来源，同时研究了发育过程中氮素形态对果实氮素同化关键酶、有机酸代谢相关酶活性及基因表达的影响。研究结果表明：
　　 1.叶片合成的14C-苹果酸和14C-柠檬酸1h仅能运输到叶柄。14CO2标记6h和17h后，在番茄根部仅能检测到14C-苹果酸的放射性，而测不到14C-柠檬酸的放射性。果实胎座检测到的14C-苹果酸并不是从叶片运输来的，而是其前期运输到果实的糖类经过一系列代谢转化而来的。
　　 2.铵硝配施处理下樱桃番茄的单果重比全硝处理有增加的趋势；且果实中NH4+、总氨基酸、氮含量和氮素累积量均显著高于全硝处理，表明铵硝配施能显著促进果实的氮代谢。全硝和铵硝配施处理下果实硝酸还原酶（NR）活性及其基因表达没有明显差异，但都显著高于全铵处理。铵硝配施处理下果实谷氨酰胺合成酶（GS）活性都比全硝处理高，这与果实中NH4+含量变化趋势一致。不同形态氮素及配施处理下，同工酶GS1（胞质型GS）和GS2（叶绿体型GS）的表达与GS的活性不一致，表明氮素对GS活性的影响主要是发生在转录后水平。以上结果表明，不同氮素营养对NR与GS活性和基因表达的影响很可能是导致番茄果实中氮素代谢差异的重要原因.
　　 3.在番茄果实发育后期，果实中柠檬酸的含量均显著高于苹果酸。铵硝配施处理下果实中柠檬酸和苹果酸含量在成熟期均显著低于全硝处理。不同形态氮素及配施处理下，果实中柠檬酸含量与柠檬酸合酶（CS）活性的变化趋势均呈单峰型，但到达峰值的时间不同。全铵处理下果实苹果酸含量与磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）活性呈显著正相关，全硝、铵硝配施处理下果实苹果酸和柠檬酸含量都与苹果酸脱氢酶（MDH）活性呈显著正相关。在膨大期和成熟期，全硝处理和铵硝配施处理下PEPC基因（PEPC1、PEPC2）表达显著高于全铵处理，与PEPC活性以及苹果酸和柠檬酸含量的变化相一致；线粒体苹果酸脱氢酶（mMDH）基因表达与MDH的活性及苹果酸含量相一致，尤其是全硝处理，表明mMDH的表达对果实苹果酸脱氢酶活性和苹果酸积累起主要作用。CS基因的表达与酶活性基本一致。

目录

文摘

英文文摘

资助项目

缩略语 Abbreviation

第一章 文献综述

1 植物体内的氮素代谢

1.1 氮素在植物体中的重要作用

1.2 氮素在植物体内的同化过程

1.3 氮素在植物体内同化的关键酶（NR、GS）

2 氮素形态对植株生长发育的影响

3 果实有机酸代谢研究进展

3.1 果实有机酸来源

3.2 果实有机酸研究概述

3.3 果实有机酸代谢过程中的相关酶

3.4 果实有机酸代谢的分子生物学研究进展

4 课题研究意义及技术路线

4.1 研究意义

4.2 技术路线

参考文献

第二章 番茄叶片有机酸运转途径上14C-苹果酸和14C-柠檬酸随时间的变化

1 材料与方法

1.1 试验方法

1.2 样品提取

1.3 测定方法

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 植株不同部位14C-糖比活度随时间的变化

2.2 植株不同部位14C-苹果酸和14C-柠檬酸比活度随时间的变化

3 讨论

4 小结

参考文献

第三章 氮素形态对番茄果实氮代谢及相关酶活性和基因表达的影响

1 材料与方法

1.1 试验方法

1.2 样品采集

1.3 测定项目

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 氮素形态对不同时期番茄果实生物量的影响

2.2 氮素形态对果实NO3-和NH4+含量的影响

2.3 氮素形态对果实NR活性和基因表达的影响

2.4 氮素形态对果实GS活性和基因表达的影响

2.5 氮素形态对果实总氨基酸和可溶性蛋白质的影响

2.6 氮素形态对果实氮含量和氮素总累积量的影响

3 讨论

4 小结

参考文献

第四章 氮素形态对番茄果实中有机酸代谢及相关酶活性和基因表达的影响

1 材料与方法

1.1 试验方法

1.2 样品采集

1.3 测定项目

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 氮素形态对果实有机酸含量的影响

2.2 氮素形态对果实PEPC活性和基因表达的影响

2.3 氮素形态对果实CS活性和基因表达的影响

2.4 氮素形态对果实MDH活性和基因表达的影响

3 讨论

4 小结

参考文献

第五章 全文结论及创新之处

1 全文结论

2 创新之处

3 存在问题及今后工作设想

致谢

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