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氮(Nitrogen,N)肥施用引起的开花延迟现象众所周知。碳(Carbon,C)源水平(细胞糖含量)通过影响生物钟中心振荡器基因(主要为PRR7)表达而调控开花。一氧化氮(Nitric Oxide,NO)是氮同化(硝酸还原酶催化)的副产物,它参与了植物的各种生长发育调控和应激反应。本研究以拟南芥为试验材料,研究N、蔗糖(Sucrose,S)、NO对拟南芥根伸长和开花的调控机制。主要结论如下:1.N、S、NO对植物根伸长和开花的影响低氮(Low-Nitrogen,LN)使植物开花提前,高氮(High-Nitrogen,HN)使植物开花变晚。蓝光和高浓度硫酸亚铁(高铁硫)处理分别促进了CRY1和FNR1表达,从而逆转了HN导致的开花延迟。NO能增强植物的营养生长,延迟植物开花,增加植株莲座叶数,延缓根部生长。S能逆转高水平NO带来的生长抑制。(1)fnr1突变体开花晚于Col-0,且fnr1突变体对于N水平的改变不敏感;(2)cry1突变体与Col-0开花时间差异不大;(3)prr7突变体在N和NO处理时开花迟于Col-0,它对S的敏感度低于Col-0;(4)高NO的突变体cue1-6开花晚于Col-0,且对NO水平的改变敏感;(5)低NO的突变体noa开花早于Col-0,叶片早衰,对NO水平变化比Col-0更敏感;(6)co突变体开花早于Col-0,NO处理逆转co突变体开花早和植株矮小的表型;(7)gi突变体开花晚于Col-0和各突变体,且莲座叶数明显多于Col-0和各突变体。2.N、S对内源NO含量和能量代谢的影响(1)NO造成根系紊乱、细胞碎裂、根部结构混乱的表型可以被高糖(5%S)处理逆转;HN、LN和NO处理诱导拟南芥内源NO含量升高,S处理有相同作用。但是,S处理有逆转NO介导的根系发育紊乱的作用,与内源NO含量没有直接联系;(2)N和NO处理显著降低ATP/AMP和NADPH/DADP~+比值,S处理使ATP/AMP和NADPH/DADP~+比值升高。所以,糖逆转NO带来的生长抑制可能与其提高了植物细胞能荷有关。3.N、S、NO对开花相关基因表达的影响光周期核心元件基因CCA1、LHY的相位与TOC1的相位相反,CCA1和LHY在清晨时分表达量达到波峰,在傍晚时分达到波谷;而TOC1则在清晨和傍晚表达量分别达到最低值和最高值。光周期输出元件基因GI和CO的振幅和相位同样是呈现出相反趋势,即GI分别在清晨和傍晚达到最低值和最高值,反之CO则在傍晚和清晨分别达到最低值和最高值。N处理使光周期基因振幅变小,NO使输入和中心元件基因CRY1、CCA1、TOC1和LHY振幅变大,输出元件基因GI和CO振幅变小。S导致输入和中心元件基因CRY1、CCA1、TOC1和LHY振幅变小,输出元件基因GI和CO振幅变大,与NO变化规律相反,所以S逆转NO造成的晚花表型可能与其拮抗调控光周期基因表达有关。4.通过二次消减杂交(SSH)筛选受NO调控的开花相关基因光周期是开花调控的下游事件,为了寻找光周期上游受NO调控的开花相关基因,我们用两种SSH的方法进行了基因筛选。每一种方法都得到23个特异性表达的基因,其中两种方法共同获得的基因有以下5个:ACX1(过氧化物酶乙酰基辅酶A氧化酶1)、EPS15(EPS15同源蛋白)、GDH2(谷氨酸脱氢酶2)、RNP1(RNA识别基序蛋白质)、XTH4(内氧葡聚糖糖基转移酶)。N和NO处理都导致植物晚花,但是N和NO调控开花的分子机制存在差异。N素整体负向调控光周期基因表达,而NO对光周期的输入、核心和输出元件的影响是相反的(输入和中心元件基因振幅变大,输出元件基因振幅变小)。此外,蓝光能逆转HN引起的开花延迟,而S处理则不能;蓝光不能逆转NO引起的根伸长抑制和开花延迟,但S处理可以。我们的实验证实N、S、NO在植物生长发育调节中存在相互作用,但其具体分子机制还有待进一步研究。