磷（P）是植物生长和发育必需的大量营养元素,除了作为植物体内核酸、ATP、磷脂等生物大分子的重要组成部分外,还参与植物光合作用、物质代谢和能量传递等过程。植物主要通过根系从土壤中吸收无机正磷酸盐（Phosphate,Pi）来满足生命活动,其在土壤中容易被金属阳离子或微生物固定,难以被植物直接吸收利用。植物主要通过多种不同亲和力的磷酸盐转运蛋白（Phosphate Transporters,PTs）从土壤中吸收磷素并完成磷素在植物体内的转运和利用。在水稻中绝大多数属于高亲和的PHT1家族成员的磷酸盐转运蛋白已经被分离和鉴定,而对于水稻中PHT2家族成员的功能还没有进行系统的研究。本研究以水稻PHT2家族磷酸盐转运蛋白基因OsPHT2;1为研究对象,以水稻模式品种日本晴（Nipponbare）为试验材料,利用qRT-PCR、组织定位、酵母异源表达系统、OsPHT2;1超表达和基因敲除突变体转基因材料等研究了OsPHT2;1基因的表达特征和功能。所获得的主要结果如下:1.生物信息学分析表明OsPHT2;1基因位于水稻基因组的第2号染色体上,含有2个内含子,3个外显子,其编码区全长（CDS）为1719 bp,共编码572个氨基酸。在水稻原生质体中进行亚细胞定位分析显示OsPHT2;1定位于叶绿体包膜上。2.通过基因芯片、qRT-PCR检测以及OsPHT2;1启动子融合GUS报告基因组织定位材料分析了 OsPHT2;1的时空表达模式。结果显示OsPHT2;1在叶片中表达量最高,根部表达极微弱,且在叶片中的表达同时受低磷和光照诱导表达;在扬花期,OsPHT2;1在新叶中的表达量高于老叶,并在茎节、花梗、花轴和小穗状花序中有表达,在灌浆期的茎节和稻壳中也有表达;此外,在根茎结合处、叶鞘、叶耳和发育中的水稻种子的护颖及内外稃中也检测到了 OsPHT2;1的表达。3.通过酵母异源表达系统验证了OsPHT2;1的磷转运功能,结果显示OsPHT2;1所编码的蛋白只能够在高磷条件（10 mM Pi）下回补酵母磷吸收缺陷型突变体的正常生长,表明OsPHT2;1具有磷酸盐转运的能力,在异源表达系统中表现出低亲和力的活性。4.通过野生型与OsPHT2;1超表达和突变体材料在正常供磷（200 μM Pi）和低磷（10 μM Pi）条件下的水培实验分析了其生长发育和磷素积累情况。结果表明,在水稻营养生长时期,OsPHT2;1影响了水稻的生长发育,超表达和突变体转基因植株表现出植株矮小、生长迟缓,在正常供磷条件下尤为明显。OsPHT2;1超表达植株在正常供磷和低磷条件下叶片中的无机磷浓度均显著高于野生型,根部无机磷的浓度无差异。OsPHT2;1突变体在低磷条件下降低了水稻叶片无机磷浓度,在正常供磷条件下叶片无机磷浓度无变化,而正常供磷和低磷条件下根部无机磷的浓度均未改变;同位素吸收试验结果表明,OsPHT2;1突变体地上部32P的强度降低,而根部32P强度无显著差异,且吸收的32P同位素在地上部与根系间分配的比例较野生型降低。说明了OsPHT2;1影响磷素在水稻叶片的积累和水稻体内的磷素分配。5.对野生型、OsPHT2;1超表达和突变体材料在正常供磷和低磷条件下进行了光合速率和蔗糖及淀粉含量的测定。结果表明,正常供磷条件下,OsPHT2;1超表达材料光合速率较野生型显著提高;无论正常供磷还是低磷条件,敲除OsPHT2;1后光合速率均降低,表明OsPHT2;1在维持水稻光合作用中起作用。此外,在正常供磷条件下,OsPHT2;1突变导致水稻叶片中的蔗糖浓度增加,但在低磷条件下无变化;与之相反的是,突变体叶片中淀粉浓度在正常供磷和低磷条件下均降低。在磷充足条件下,OsPHT2;1突变体的根中淀粉浓度高于野生型,但在低磷条件下与WT无差异。这些结果说明OsPHT2;1基因在水稻碳水化合物浓度的调节方面起作用。6.田间试验研究发现在江苏南京种植的OsPHT2;1突变体株高和穗长较野生型降低,结实率、千粒重和单株产量等均无显著差异;海南乐东种植的OsPHT2;1突变体与野生型相比株高和穗长降低,有效分蘖数、穗分支数和千粒重无显著差异,而突变体的结实率和单株产量却大幅降低,结果表明OsPHT2;1的突变会影响水稻在低纬度、高水平紫外辐射地区的生长。7.对野生型和OsPHT2;1基因敲除突变体材料进行了 UV-B照射处理和超氧阴离子自由基检测（NBT染色实验）。结果表明OsPHT2;1突变体植株枯萎严重且抗氧化活性降低,对UV-B辐射的抵抗能力变差,说明OsPHT2;1影响了水稻对UV-B辐射的耐受性。8.对野生型和OsPHT2;1基因敲除突变体材料进行代谢物检测和分析,结果表明在检测到的代谢物中OsPHT2;1突变体材料与野生型之间检测到有112种代谢物存在差异,且大多数差异代谢物都参与了类黄酮的生物合成以及黄酮和黄酮醇的生物合成,说明OsPHT2;1的突变影响了水稻体内类黄酮的稳态。9.对野生型和OsPHT2;1基因敲除突变体材料进行了类黄酮含量测定和类黄酮合成途径及苯丙氨酸合成途径中的关键基因进行了定量PCR检测。结果表明,OsPHT2;1缺失导致了水稻叶片中类黄酮浓度降低;OsPHT2;1突变体中类黄酮合成途径相关基因CHI和CHS基因的表达没有改变,而C4H、4CL3、4CL4、F3H2和FNS1基因表达量增加;OsPHT2;1突变体中苯丙氨酸合成途径相关基因CM1;1表达与野生型相比没有差异,CM2;2和CAT2/4/7/11表达增强,而ADT1/MTR1的表达降低,说明OsPHT2;1突变体中苯丙氨酸减少可能与ADT1/MTR1的表达抑制有关。以上结果说明OsPHT2;1通过影响苯丙氨酸稳态调控水稻中类黄酮的积累。综上所述,通过对水稻PHT2家族OsPHT2;1基因的功能进行分析和验证,发现OsPHT2;1是一个定位在叶绿体膜上的磷酸盐转运蛋白,影响水稻营养生长时期的生长发育,并参与磷素在叶片的积累和水稻体内的分配,同时在维持水稻的光合作用和调节碳水化合物的积累方面也具有重要功能。OsPHT2;1通过改变水稻体内类黄酮的稳态影响了 UV-B辐射耐受性,并在一定程度上通过调节紫外线耐受性影响了不同紫外线强度地区的水稻产量。