一氧化氮与干旱胁迫对玉米氮同化物转运的协同机制

Nitric oxide (NO) is proved to be an important messenger involving various types of stress including drought stress, however, few studies have focused on the relationship between NO and nutrient transport under drought condition. In this study, We supposed to analyze the effect of exogenous and endogenous NO on nitrogen transportation for different drought sensitivity maize under water stress. Sampling is supposed to perform at different time course and tissue to study the dynamic changes of the gene expression level of glutamine synthetase (GS) and asparagine synthetase (AS), which were considered as key enzymes of nitrogen assimilate transportation under stress. Physiological indexes under drought stress and endogenous plant hormone levels will also be determined. This research is supposed to discuss the mechanism of nitrogen assimilate transport under drought-induced senescence , and the regulating role of NO in this process. This might shed light on revealing the mechanism of nutrient transport and the regulation of NO under drought condition.

一氧化氮（NO）是一种重要的信号分子，现在已经被广泛证明参与包括水分胁迫在内的多种逆境胁迫的调节作用，但对一氧化氮和逆境胁迫下的物质转运关系的研究相对较少。本研究拟采取对耐旱型和敏感型玉米材料进行苗期和全生育期的干旱控水实验，通过外源NO处理和內源NO的检测，在干旱胁迫发生后不同的时间点和植株的不同部位取样，分析参与植物氮代谢和转运过程的标志性酶谷氨酰胺合成酶（GS）和天冬酰胺合成酶（AS）基因表达量的动态变化规律，同时结合干旱胁迫下的相关生理指标和內源植物激素含量的测定结果，探索玉米由干旱胁迫导致的植株衰老过程中氮同化物转运的特点，以及NO在该过程中的调节机制。为揭示干旱胁迫下的养分转运和分配规律，以及NO的作用机理提供一定的理论依据。

一氧化氮（NO）作为一种广泛存在的逆境信号分子，其产生与作物衰老和氮代谢关系密切。干旱胁迫会显著改变作物氮素利用状况，干旱胁迫下氮同化物代谢，转运等特点是影响作物抗旱性的重要方面，而目前相关机理仍未完全揭示。本项目采用防雨棚模拟生育后期干旱胁迫，测定干旱胁迫对不同玉米品种生育后期氮同化物转运和分配的影响，及其与氮代谢关键酶（谷氨酰胺合成酶（GS）和天冬酰胺合成酶（AS））和一氧化氮（NO）的关系。结果表明，干旱胁迫引起叶片早衰，叶片氮素转运量和内源NO含量均显著上升，且二者均随叶片衰老程度的增加而增加。干旱胁迫不利于营养器官氮素转运，尽管叶片氮素转运增加，但籽粒氮收获指数仍降低。干旱胁迫下叶片氮转运量的增加与较高的GS和AS表达水平有关，在各GS和AS基因中，GS1-3和AS3可能与氮转运关系最密切。碳水化合物代谢与氮代谢关系密切，干旱胁迫降低叶片氮素水平，光合速率下降，碳水化合物合成受阻，叶片可溶性糖，蔗糖含量下降，籽粒中可溶性糖向淀粉的转化受阻，且干旱胁迫不利于碳同化物向籽粒的转运和分配。苗期实验采用PEG模拟干旱胁迫，结果表明，外源NO释放剂处理能够显著缓解模拟苗期干旱胁迫对种子萌发和幼苗生长的抑制，干旱胁迫下硝酸还原酶（NR）基因表达量显著上调，而外源NO处理则显著抑制了其表达，同时外源NO处理能够显著提高抗氧化酶系活性，降低氧化伤害。项目研究可为揭示干旱胁迫下NO及其它氮代谢相关过程的调控机理仍提供一定的科学依据。