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基本信息

主題：激素信號在低氮脅迫小麥側根發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：NMT植物營養創新科研平臺

標題：Low?NitrogenStress Stimulates Lateral Root Initiation and Nitrogen Assimilation in Wheat:Roles of Phytohormone Signaling

作者：山東農業科學院孔令安、呂雪梅

檢測離子/分子指標

IAA，H⁺，NH₄⁺，NO₃^-

檢測樣品

小麥根尖

中文摘要（谷歌機翻）

氮缺乏是限制農作物生產力的因素之一。作為氮的主要形式，硝酸鹽（NO₃^-）和銨鹽（NH₄⁺）作為信號調節植物的生長。盡管對許多植物對氮脅迫的響應已有大量研究，但尚未*闡明小麥（Triticum aestivum L.）根系適應低氮（特別是低NH₄⁺脅迫）的機制。在這項研究中，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強度Hoagland溶液中，以表征根系對氮缺乏的生理反應。與對照相比，低氮脅迫下根鮮重，側根數增加。此外，在低氮脅迫下，吲哚-3-乙酸（IAA），細胞分裂素（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，酶聯免疫吸附試驗（ELISA）和無創微檢測技術（NMT）檢測結果表明，H⁺-ATPase活性，H⁺外排和IAA流入增加，而N流入減少。進一步的研究表明，低NO₃^-脅迫會增加硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶的活性，而低NH₄⁺脅迫會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;促進了側根數的增加，從而促進了氮的吸收面積。此外，低氮脅迫增加了與氮吸收相關的關鍵酶的活性，促進了蛋白質的生物合成，并終促進了根的生長。

離子/分子流實驗處理方法

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

離子/分子流實驗結果

利用NMT技術進一步分析了適應低氮條件的小麥細根凈流速。在6和48 h處理后（HAT）觀察到IAA外排，在對照組中，根的IAA外排速率保持不變。在兩種低氮脅迫下，IAA在6 HAT時內流，而在48 HAT時外排（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⁺流速沒有明顯差異（圖b）。

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

其他實驗結果

• 48HAT時，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，低氮處理的嫩芽鮮重和根鮮重與對照條件下相似。

• 與對照相比，在低氮脅迫下，48HAT時比96HAT時根系構型的參數有更顯著的差異。

• 與對照相比，低氮脅迫下側根數增加。

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

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

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

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

結論

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生的串擾可能會刺激側根的發生和形成，從而增加根氮吸收的總面積。此外，低氮條件通過增加根部NR，GS和GOGAT的活性來促進N同化和蛋白質生物合成，這一過程很可能受到激素信號的調節。因此，氮素吸收面積的增加和氮素同化活性的提高終促進了小麥幼苗的根系生長。

離子流實驗使用的測試液

IAA（對照）：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