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水稻具有发达的根系通气组织和强烈的根表、根际硝化作用,因此推测在实际土壤条件下水稻根系处于铵(NH4+)、中低浓度硝(NO3)营养中。NO3-的存在能促进水稻根系的生长,这对于提高水稻的氮素吸收利用具有重要意义。目前为止,国内外研究对NO3-调控作物根系生长研究对象主要集中在拟南芥等旱地作物上,对在水田生长水稻的研究报道甚少,忽视了水稻根际硝化作用产生的NO3-对水稻根系生长的促进作用。研究表明,生长素的合成和极性运输对于植物根系的生长发育很重要,根系生长素的梯度被认为对侧根原基细胞的分化有关键作用。本文以课题组创建的OsNAR2.1基因沉默突变体和超表达材料为供试材料,研究在0.2 mM NH4+/和NO3-条件下植株根系生长、体内生长素分布、[3H]IAA运输和PIN家族基因表达,旨在进一步揭示水稻硝酸盐运输伴侣蛋白OsNAR2.1参与NO3-调控水稻根系发育的机制。主要结果如下:1.采用琼脂培养试验,研究0.2 mM NH4+和NO3-处理下水稻苗期的根系形态。结果表明,在N03-条件下,与野生型水稻相比,OsNAR2.,基因沉默突变体和超表达材料的种子根长度和不定根长度均降低,但侧根密度的变化趋势恰恰相反。与野生型水稻相比,基因沉默突变体材料的种子根和不定根的侧根密度显著下降,降幅约为20%;而超表达材料的种子根和不定根侧根密度显著增加,增幅约为24%。在NH4+条件下水稻的根系形态差异不明显。2.采用琼脂培养试验,研究0.2 mM NH/和NO3-处理下水稻种子根上的侧根发育进程。结果表明,在N03-条件下,与野生型水稻相比,OsNAR2.1基因沉默突变体种子根单位根段上的未显露根原基、显露根原基和侧根数量显著下降;而OsNAR2.1基因超表达材料均显著增加。但在NH4+条件下水稻种子根上的侧根发育进程差异不明显。3.采用水培和琼脂培养试验,研究0.2 mM NH4+和NO3-处理下水稻倒一叶和根系的生长素含量,在此基础上研究外源NAA处理对突变体、超表达材料侧根发生的影响。结果表明,在NO3-条件下,与野生型水稻相比,基因沉默突变体倒一叶的生长素含量提高而根系生长素含量下降;而超表达材料倒一叶生长素含量下降而根系生长素含量提高。在外源施加NAA浓度为1 nM时,OsNAR2.1基因沉默突变体种子根的侧根密度能回补到野生型水稻的水平,而野生型水稻的侧根密度能增加到OsNAR2.1基因超表达材料的水平;当外源施加NAA浓度达到2nM时,基因沉默突变体种子根的侧根密度能增加到超表达材料种子根的侧根密度水平。这说明根系生长素浓度的变化确实是引起OssNAR2.1基因沉默突变体和超表达材料侧根发生变化的原因。4.采用水培和琼脂培养试验,利用3H标记的IAA研究了在0.2 mM NO3-处理下水稻地上部向根系的生长素极性运输,并分析了水稻根系生长素外流蛋白PINs基因的表达。结果表明,与野生型水稻相比,在OsNAR2.1基因超表达材料根尖、侧根起始区和成熟区[3H]IAA活性均显著增加,但在侧根伸长区与野生型相比差异不显著。与此相对应的是,与野生型水稻相比,OsNAR2.1基因超表达材料材料根中的多个PIN基因表达显著增加,而OsNAR2.1基因突变体材料根中的相应的多个基因表达则显著下降。在根系中变化最显著的5个PIN家族基因是OsPIN1c、OsPIN5a-b、OsPIN1Oa-b。这说明OsNAR2.1主要是通过改变PIN家族基因改变水稻根系生长素极性运输,从而影响生长素在水稻根系的积累,进而影响水稻根系侧根密度的变化。