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基本信息

主題：激素信號(hào)在低氮脅迫小麥側(cè)根發(fā)生及氮同化中的作用

期刊：Journal of Plant Growth Regulation

影響因子：2.672

研究使用平臺(tái)：NMT植物營(yíng)養(yǎng)創(chuàng)新科研平臺(tái)

標(biāo)題：Low?NitrogenStress Stimulates Lateral Root Initiation and Nitrogen Assimilation in Wheat:Roles of Phytohormone Signaling

作者：山東農(nóng)業(yè)科學(xué)院孔令安、呂雪梅

檢測(cè)離子/分子指標(biāo)

IAA，H⁺，NH₄⁺，NO₃^-

檢測(cè)樣品

小麥根尖

中文摘要（谷歌機(jī)翻）

氮缺乏是限制農(nóng)作物生產(chǎn)力的因素之一。作為氮的主要形式，硝酸鹽（NO₃^-）和銨鹽（NH₄⁺）作為信號(hào)調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)。盡管對(duì)許多植物對(duì)氮脅迫的響應(yīng)已有大量研究，但尚未*闡明小麥（Triticum aestivum L.）根系適應(yīng)低氮（特別是低NH₄⁺脅迫）的機(jī)制。在這項(xiàng)研究中，將小麥幼苗種植在含有5 mM NO₃^-，0.1 mM NO₃^-或0.1 mM NH₄⁺的1/2強(qiáng)度Hoagland溶液中，以表征根系對(duì)氮缺乏的生理反應(yīng)。與對(duì)照相比，低氮脅迫下根鮮重，側(cè)根數(shù)增加。此外，在低氮脅迫下，吲哚-3-乙酸（IAA），細(xì)胞分裂素（CKs），赤霉素（GA3）和茉莉酸（JA）的濃度增加，而水楊酸（SA）的濃度降低。在低氮脅迫下，酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）和無(wú)創(chuàng)微檢測(cè)技術(shù)（NMT）檢測(cè)結(jié)果表明，H⁺-ATPase活性，H⁺外排和IAA流入增加，而N流入減少。進(jìn)一步的研究表明，低NO₃^-脅迫會(huì)增加硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶的活性，而低NH₄⁺脅迫會(huì)增加谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶的活性。和SA濃度；增加H⁺-ATPase活性和H⁺外排;促進(jìn)了側(cè)根數(shù)的增加，從而促進(jìn)了氮的吸收面積。此外，低氮脅迫增加了與氮吸收相關(guān)的關(guān)鍵酶的活性，促進(jìn)了蛋白質(zhì)的生物合成，并終促進(jìn)了根的生長(zhǎng)。

離子/分子流實(shí)驗(yàn)處理方法

十日齡小麥5 mM NO₃^-（對(duì)照），0.1 mM NO₃^-（LN）或0.1 mM NH₄⁺（LA）處理6h和48h

離子/分子流實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用NMT技術(shù)進(jìn)一步分析了適應(yīng)低氮條件的小麥細(xì)根凈流速。在6和48 h處理后（HAT）觀察到IAA外排，在對(duì)照組中，根的IAA外排速率保持不變。在兩種低氮脅迫下，IAA在6 HAT時(shí)內(nèi)流，而在48 HAT時(shí)外排（圖a）。

在三種處理中，均觀察到H⁺在根系中的外排。在低NO₃^-和低NH₄⁺脅迫下，與對(duì)照相比，H⁺沿根部的外排顯著增加，且在低NO₃^-和低NH₄⁺條件下，H⁺流速?zèng)]有明顯差異（圖b）。

在48h低氮處理下，根表面的NO₃^-和NH₄⁺凈內(nèi)流速率與對(duì)照相比顯著降低，低NO₃^-處理下NO₃^-的內(nèi)流速率明顯低于低NH₄⁺處理下NH₄⁺的內(nèi)流速率。與對(duì)照相比，0.1 mM NO₃^-處理下的凈內(nèi)流減少了92.92%（P<0.05），在0.1 mM NH₄⁺處理下減少了76.12%（P<0.05）（圖c）。

其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果

• 48HAT時(shí)，低氮脅迫下的根鮮重顯著增加。低NO₃^-條件下的根鮮重略高于低NH₄⁺條件下的根鮮重。但在96HAT時(shí)，低氮處理的嫩芽鮮重和根鮮重與對(duì)照條件下相似。

• 與對(duì)照相比，在低氮脅迫下，48HAT時(shí)比96HAT時(shí)根系構(gòu)型的參數(shù)有更顯著的差異。

• 與對(duì)照相比，低氮脅迫下側(cè)根數(shù)增加。

• 在低氮脅迫下，IAA、CKs、GA3和JA的濃度增加，而SA的濃度降低。

• 與對(duì)照相比，在6HAT時(shí)，PM H⁺-ATPase活性在低NO₃^-條件下顯著增加，而在低NH₄⁺條件下無(wú)顯著性差異。在48 HAT時(shí)，低氮脅迫下PM H⁺-ATPase的活性與對(duì)照顯著不同。

• 使用抑制劑的三種處理在48HAT時(shí)的根鮮重、總根長(zhǎng)、根尖數(shù)、根表面積顯著降低。抑制劑處理還會(huì)顯著降低H⁺-ATPase活性。

• 在48 HAT時(shí)，與對(duì)照相比，兩種低氮條件下的總氮含量均顯著降低，而在0.1 mM NO₃^-中的總氮含量則略低于在0.1 mM NH₄⁺中的。

• 低氮脅迫增加了NR、GS、GOGAT的活性。

• 在6 HAT時(shí)，低NO₃^-脅迫、低NH₄⁺脅迫和對(duì)照之間未觀察到小麥根蛋白質(zhì)含量的顯著差異。在48 HAT時(shí)，與對(duì)照相比，低NO₃^-或低NH₄⁺處理顯著增加了蛋白質(zhì)含量。

結(jié)論

低氮脅迫改變了包括IAA，CKs，GA3，JA和SA的激素水平，并增加了根系PM H⁺-ATPase活性和H⁺外排。這些變化以及這些激素之間可能發(fā)生的串?dāng)_可能會(huì)刺激側(cè)根的發(fā)生和形成，從而增加根氮吸收的總面積。此外，低氮條件通過(guò)增加根部NR，GS和GOGAT的活性來(lái)促進(jìn)N同化和蛋白質(zhì)生物合成，這一過(guò)程很可能受到激素信號(hào)的調(diào)節(jié)。因此，氮素吸收面積的增加和氮素同化活性的提高終促進(jìn)了小麥幼苗的根系生長(zhǎng)。

離子流實(shí)驗(yàn)使用的測(cè)試液

IAA（對(duì)照）：2.5 mM Ca(NO₃)₂, 0.1 mM NH₄Cl, and 0.3mM MES, pH 6.0

IAA（LN和LA處理）：0.05 mM mM Ca(NO₃)₂, 0.1 mM NH₄Cl, and0.3 mM MES, pH 6.0

H⁺、NO₃^-、NH₄⁺：0.1 mM KCl、0.1 mM CaCl₂、0.1 mM MgCl₂、0.5 mM NaCl、0.3 mM MES, 0.2 mM Na₂SO₄, pH 6.0