羊草硝态氮代谢调节的近日节律性研究

羊草(Leymus chinensis)是内蒙古草原主要优良牧草资源，是研究近日节律性的好材料。植物硝态氮高效利用机制由于涉及指导正确施肥、防止水体富营养化导致环境污染、减少农产品积累硝酸盐引起食品安全等诸多热点问题而受到广泛重视，首先遇到的问题是要把握硝酸还原酶(NR)活性在氮代谢中如何变化进而发挥其对氮代谢的调节作用。项目借鉴进化生物学知识和时间医学的最新思维与成果，以羊草为试材，采取最大程度保持遗传背景一致性的根茎克隆方式扩繁材料，用改良后的离体法测定NR活性，首次以硝态氮代谢调节的关键酶- - NR活性的近日节律为着眼点来探讨植物氮素同化的内源自主节律性问题：探明羊草根部与地上部NRA的近日节律性、及其在不同生育期、不同供氮应水平下的表现特点并建立相应模型。项目完成对进一步深入开展植物氮素高效利用机制的相关研究提供一种新思路；同时，项目开展有利于对羊草这一我国宝贵种质资源的深入了解。

氮肥是最广泛施用的肥料。尤其硝态氮肥的高效利用因涉及正确指导施肥、防止水体富营养化、保障食品安全等诸多热点问题而倍受关注。植物NO3--N利用受诸多因素调节，其机制的许多细节至今未能研究清楚，一个非常重要的问题是硝酸还原酶（Nitrate reductase，NR）这一关键酶在植物NO3--N利用过程中的活性变化规律不易把握，其原因很可能是由于未考虑NR对氮代谢调节具自主节律性所致。.近日节律（Circadian rhythms）属生物节律中最引人注目的一种，近30多年来，近日节律研究在医学领域取得了长足发展；近十多年来，相关研究在植物方面也取得了发展，时间生物学有逐渐发展为一门独立学科的趋势。当前研究表明：近日节律不完全是酶催化过程，具内源自主性。根据进化生物学原理，近日节律作为生物在长期生存过程中进化而来的一种适应性机制，存在于生物代谢调节的许多方面。根据以往研究基础，我们判断NR对氮代谢调节的规律应该具有内源自主的近日节律性特征，并希望借此申请项目支持对此进行探讨。.就已经发表的成果来说，研究过程中发现：小麦NRA在生长期内叶片与根部的变化规律不完全同步，但均体现出一个近似单峰曲线的变化规律。叶片内NRA在抽穗之前较低，且各时期无显著差异，抽穗期至开花期NRA急剧上升，之后有下降趋势；根内NRA在抽穗期达到最高,然后就显著降低。发现抽穗期小麦NRA具有近日节律性变化，在24小时内 NRA变化波动较大，全天14:00时酶活性达到最高，在0.05水平显著高于除11:00以外的其它时间点所测定的酶活性。下午17:00酶活性最低，在0.05水平显著低于除凌晨2:00以外的其他时间点所测定的酶活性。以大豆为材料测定NRA时，品种在不同氮素剂量处理下，体内的硝酸还原酶和根系活力具有明显的变化，而同一剂量的不同生育期硝酸还原酶和根系活力也有差异，主要表现在结荚期硝酸还原酶最高，苗期根系活力最高。.研究结果的一个关键结论是，我们在对NRA变化的测定发现，小麦NRA最高为中午11点到14点左右，这对有关NRA测定的实验提出了警示。因为一些有些文章，甚至一些实验指导书多认为NRA最高活性在天刚亮不久，实验结果显示也许不同植物的情况并不相同，需要实验者注意。