生物钟是生物体内最重要的内部调节系统，它不仅协调生物的生长发育还可以影响生物对外界的反应。近年来，作者实验室正在进行的研究发现NRF（Nitrogen-Regulated-Flowering Factor）基因是水稻中一个同时调控氮素（N）吸收和抽穗开花时间的节律基因。本实验采用水稻田间试验，将根系特异性启动子启动NRF基因的材料（ROE）与野生型材料（WT）种植在转基因试验田中。收集材料，分别测量扬花期和成熟期的两种材料的各个部分的N浓度和N含量，并且统计成熟期的ROE和WT的株高、有效分蘖、谷草比和产量等数据。结果表明,无论在低氮和高氮条件下，地下部超表达NRF材料的生物量和产量均小于野生型材料，同时地下部超表达NRF材料的氮素利用效率（NUtE）也低于野生型材料，但氮素吸收效率（NUpE）没有明显差异。这些结果证明了NRF影响了氮元素从营养器官向生殖器官的转移，提高水稻产量和N利用效率可能需要协同增强NRF在根系与地上部的表达。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Keywords 1
引言 2
1 材料与方法 2
1.1 材料与试剂 3
1.1.1 供试材料 3
1.1.2 水稻培育营养液 3
1.1.3 实验试剂 3
1.1.4 实验田 3
1.2 试验方法 3
1.2.1 供试材料的鉴定与准备 3
1.2.2 水稻生育期和成熟期的氮含量和不同部位氮浓度的测定 3
1.2.3 水稻田间表型及氮素利用效率分析方法 3
1.2.4 计算与统计方法 3
2 结果与分析 4
2.1 供试材料的分子鉴定 4
2.2根系特异表达NRF后的水稻田间表型及分析 4
2.3地下部超表达NRF对水稻吸收氮素的影响 5
2.4 地下部超表达NRF对氮素利用效率的影响 6
2.5 地下部超表达NRF对氮素在水稻体内分配的影响 7
3 结论与讨论 8
致谢 9
参考文献 10
附 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ^351916072* 
录A全营养液配方 11
附录B ROE材料的创制 12
附录C trizol法提取植物样品中RNA的步骤 13
附录D HiScript®Ⅱ Q RT SuperMix for qPCR试剂盒反转录的步骤 14
附录E TaKaRa荧光定量pcr操作步骤 15
附录F 浓硫酸过氧化氢法消煮 16
根系特异性启动子驱动NRF基因表达对水稻产量及氮素利用效率的影响
引言
引言
七千年来，水稻一直作为中国的主要粮食作物，它的主要种植区域为地处长江中下游的湖南、湖北、江西等地，华南的广西和广东和东北三省。种植面积约为3000万公顷左右[1]。目前，人们为了解决如何提高水稻产量的问题花费巨大的精力和财力。大量施用化肥是最普遍、最有效果的解决方法之一，虽然这个方法可以达到提高产量的目的，但是也带来了不少环境问题。中国的氮肥施用量比其他的主要产稻国高，然而，氮肥的利用效率却不尽人意[2]。据报道，中国的稻田吸收利用氮肥的量占施用总氮量的三分之一，即氮肥利用效率为30%35%左右[3]。引起氮肥损失的原因多种多样，主要与氮肥施用的时期，施用方法，土壤理化性质，当地的天气特点以及作物生长情况相关。稻田中肥料氮元素的损失主要是由于氨的挥发造成的[4]。由于氨的挥发和反硝化作用，氮元素会随着地面上的流水活动和气体流失及渗透至地下从而造成不可免的损失，因此氮肥利用效率较低[56]。随着时间的推移，人们也逐渐发现了因大量使用氮肥而流失的氮元素随着水体进入湖泊、地下水，造成水体富营养化等环境污染问题[7]。同时大量使用化肥也增加了生产成本。
氮元素是水稻的主要营养元素之一，参与了众多生理生化反应。氮元素吸收的数量会影响水稻的呼吸作用、光合作用等等生理反应[8]。抽穗期之前的结构物质和储存物质对水稻的物质积累影响最显著，抽穗后产生的光合产物也会影响水稻的物质积累[10]。另外有报道称水稻开花后水稻氮的积累与分配主要受到灌浆期碳同化和茎秆贮存同化物转运的双重调控[9]，在开花后，秸秆内的氮营养物质转移到籽粒中。所以根据前人的研究结果，我们可以推断出施用肥料的时间对于提高水稻产量和籽粒质量是起到至关重要的影响因素。有报道提出氮肥施用量的增减对水稻在不同生长发育的时间中开花灌浆充实过程中干物质的积累也起到同样重要的影响[11]。根据王余龙[12]等的研究发现,水稻籽粒灌浆的过程中受到施用氮肥的影响，他指出，提高施用分集肥、促花肥和保花肥这三种肥料的施用量对于提高水稻穗粒重和饱粒率都有明显的效果。同时他的研究[12]也发现了后期开放的颖花比早期开放的颖花具有更高的结实率和产量，这说明在灌浆过程中，迟开颖花的果实具有转化生态劣势的能力。因此如果能够合理的控制水稻的开花期，就可以提高水稻的氮素利用效率，同时减少过量使用化肥而导致的环境污染问题。另外，有研究表明[13]尽管水稻增产的同时伴随开花期的延迟，但是水稻开花时间的推迟，增长了营养生长期，却没有带来产量的提高。因此如何选择一个合理的开花期对于提高产量是最有效果是一个值得探讨的问题。
为了减少肥料的使用，目前最有效的措施是通过提高氮素利用效率（nitrogen use efficiency，NUE）降低氮肥的施用量。尽管植物的氮素利用效率包括了氮素吸收效率（NUpE）、转运效率（NTE）、生理利用效率（NUtE）、农学利用效率（NpUE）及氮素同化率（NRE）等多种含义[14]，但是作为评估氮素利用效率的主要代表通常是农学利用效率（NUpE）和生理利用效率（NUtE）。然而，到目前为止，并未有任何实验将氮素利用效率、产量与NRF基因结合，探索生物节律基因与作物产量之间的关系。
另外，通过观察农艺性状也是有利于培养和筛选氮高效品种的方法之一。有研究表明，尽管多数人认为氮肥利用效率较高的水稻品种具有干物质累积量大、氮素吸收量大的特点，但是也有个别报道提出不同品种的材料在不同氮肥施用量的条件下，显示出的特点不同。例如，有些材料在低氮条件下产量增加，在高氮条件下产量降低[1516]。因此，测量不同生育期水稻的不同部位所含氮浓度和N含量，统计水稻成熟期时的有效分蘖、株高、谷草比和产量等数据，是确定材料是否提高氮素吸收效率的重要指标。

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