细胞膜质子泵在水稻耐铵机制中的作用机理研究

水稻是一种典型的耐铵植物。由于铵态氮吸收会导致根际严重酸化，对植物造成一定程度的胁迫，因此根系耐酸能力也是水稻耐铵的一个重要前提。细胞膜质子泵能主动排出质子，具有调节细胞内外pH的功能，因此本项目将研究水稻根系细胞膜质子泵在铵与pH两个因素交叉作用下的变化及其调节机制。实验采用两相法分离根系细胞膜，分析细胞膜质子泵活性在铵态氮与低pH下的变化特征，用Northern Blot分析水稻各个质子泵基因的表达差异。把在铵态氮与低pH影响下表达增强的质子泵基因通过异源表达的方法转入酵母中分析其功能。同时建立该质子泵基因的RNAi载体并转入水稻植株，验证该质子泵基因沉默的转化植株与野生植株在耐铵能力上的差异。从而阐明质子泵在水稻耐铵过程中的作用机理。上述研究结果对于丰富植物耐铵的机制具有重要的理论意义，并对培育其他耐铵植物提供理论依据。

氮肥大量使用造成铵的积累，并导致土壤酸化，对作物生长带来负面影响。本课题以铵态氮营养为主的水稻作为实验材料，研究了其根系细胞膜质子泵在耐铵、酸过程中的作用机理，主要研究成果如下：.1.　与硝态氮相比，铵态氮培养下的水稻根系细胞膜质子泵的水解活性与泵活性均显著提高，这主要是由于在铵态氮营养及相应的根际酸化环境下，单位细胞膜蛋白中质子泵蛋白的数量增加，另外一部分质子泵基因表达增强，主要是OSA1,3,7,8,9在转录水平上显著上调。.2.　将水稻根系中十个质子泵的基因分别转化到酵母细胞中，只有OSA1, OSA3, OSA7, OSA8, OSA9表达后，酵母可以耐受较高浓度的铵态氮及低pH。这说明这五个质子泵基因的表达受到铵和低pH的诱导与调控，这可能也是水稻在全铵营养下能够正常生长，而不会中毒的一个重要原因。.3. 构建了质子泵基因沉默和超表达的转化植株。经验证后发现，质子泵基因超表达的株系更能耐受高浓度的铵，而基因沉默后影响水稻后期在铵态氮营养下的生长。并且，质子泵基因超表达后，水稻对铵的吸收量也增加了，这意味着在通常情况下质子泵基因不仅对水稻耐铵起着重要作用，并且对于提高水稻对铵态氮的吸收进而提高氮素利用效率也具有重要的作用。.4. 通过对质子泵的研究我们还发现，水稻在吸收铵态氮的同时，能够促进磷的吸收，这也是质子泵活性提高后的一个重要作用。而且质子泵活性提高，对于促进根系分泌物以活化土壤中的养分（如磷），降低有害重金属（如铝）的毒性，同样具有重要的作用。.本课题实施过程中共培养研究生五名，其中博士两名。目前发表论文8篇，其中英文4篇，另外还有两篇论文正在补充实验与撰写过程中。项目主持人通过对本课题的研究取得了重要的成绩，因此于2011年被评为教育部新世纪优秀人才，并获得50万元的资金支持，可为本项目后续的深入研究提供重要的支持。