论文部分内容阅读
甘蔗是我国最重要的糖料作物,我国90%以上的食糖来自甘蔗。在我国的甘蔗种植生产中,超量施化肥尤其是氮肥,不仅致使氮利用效率下降和甘蔗种植成本增加,同时也带来了甘蔗品质下降和农业环境污染加剧等一系列负面影响。谷氨酰胺合成酶(GS)是植物氮代谢过程中的关键酶,GS 一直是植物生理学和营养学方面的研究热点,但主要集中于酶活性方面,在分子水平上研究GS基因表达的不多,深入研究该酶的控制基因及其表达特性,对了解植物氮代谢调控机理并应用于农业生产具有重要意义。本试验以不同氮效率甘蔗品种GT11、ROC22和GXB9为材料,在甘蔗温室内进行桶栽,设置3个施氮水平,即0kg/ha(低氮)、150kg/ha(中氮)、300 kg/ha(高氮)尿素,旨在探究不同甘蔗品种农艺性状、光合、GS活性及表达对不同氮水平的响应机理,主要结果如下:(1)从甘蔗叶片中成功地克隆得到scGSⅠ的全长CDS序列,获得基因登录号为KY072794,该基因CDS全长2529 bp,编码843个氨基酸。该基因编码的氨基酸序列与其他植物的GS Ⅰ序列比对具有很高的同源性。(2)通过研究氮素对GT11、ROC22、GXB9的农艺性状、叶绿体结构和光合速率的影响,发现随着施氮量的增加,GT11和ROC22株高、茎径和叶绿素含量随之增加,而GXB9在中氮水平下株高、茎径和叶绿素含量达到最大。GT11、ROC22、GXB9的叶面积都随着施氮水平的增加而显著增加,在同一施氮水平下,GXB9的叶面积始终大于GT11和ROC22。在伸长期,随着施氮水平的增加,GT11和ROC22光合速率随之增加。GXB9光合速率则表现为在中氮水平最高。GT11在高氮水平下叶绿体结构正常,光合速率最高;ROC22在中氮水平下叶绿体数量最多,而基粒片层数量却显著少于高氮水平;GXB9在中氮水平下叶绿体数量最多,基粒片层与高氮水平时无明显差异。(3)随着施氮量的增加,GT11和ROC22的GS活性和GOGAT活性随之增强。GXB9的GS活性和GOGAT活性在中氮水平达到最高。在低氮条件和中氮条件下,GXB9的GS活性和GOGAT活性高于GT11和ROC22。在高氮水平下,ROC22的GS活性和GOGAT活性最高。scGS1.a、scGS1.b的转录水平表达量对氮素的响应总体表现为下调,scGS1.c.scGS2、scGSⅠ的的转录水平表达量对氮素的响应总体表现为上调。GT11的GS1蛋白表达量随着施氮量的增加而增加,GXB9的GS1蛋白表达量在中氮水平下最大。在低氮水平和中氮水平下,GXB9的GS1蛋白表达量高于GT11和ROC22的GS1蛋白表达量。