摘要
氮素是作物生长发育过程中需求量最大的营养元素，在土壤中主要以铵态氮和硝态氮的形式存在。探究氮素吸收利用机制及如何提高作物的氮素吸收利用效率对发展资源节约型和环境友好型农业具有重要意义。谷子耐贫瘠，氮素吸收利用效率高，是研究作物氮素高效吸收利用机制的理想材料。本文以新型模式谷子 xiaomi 为研究材料，研究xiaomi生长的最适铵盐与低铵盐胁迫浓度；然后，用该浓度对xiaomi进行不同时间的低铵盐胁迫，筛选并验证与铵盐相关的关键差异表达基因，在转录组水平上探讨 xiaomi响应低铵盐胁迫的基因表达调控模式。最后，结合硝酸盐处理xiaomi后的转录组进行比对分析，探索共同调控铵盐和硝酸盐吸收与转运的关键差异基因。试图为进一步研究谷子氮素吸收转运相关基因的表达调控网络奠定基础。主要的研究结果如下： （1）xiaomi最适和低铵盐处理浓度的研究：0.1 mmol/L、0.2 mmol/L、0.5 mmol/L、1.0 mmol/L、2.0 mmol/L、4.0 mmol/L、6.0 mmol/L和8.0 mmol/L NH4Cl处理浓度下，通过对株高、根长、苗鲜重、根鲜重、叶绿素含量、苗干重和根干重7个指标的测定分析表明：0.1 mmol/L处理3 d时出现死亡；0.2 mmol/L处理下7个指标与1.0 mmol/L、2.0 mmol/L、4.0 mmol/L、6.0 mmol/L和8.0 mmol/L相比均呈显著性差异，与0.5 mmol/L相比株高、苗鲜重、根鲜重、叶绿素含量和苗干重呈显著性差异，根长与根干重差异性不显著，说明0.2 mmol/L浓度下xiaomi受到的胁迫最严重；2.0 mmol/L、4.0 mmol/L、6.0 mmol/L和8.0 mmol/L的NH4Cl处理浓度下7个指标均表现为差异性不显著。因此，选取0.2 mmol/L NH4Cl为xiaomi的低铵盐胁迫浓度，2.0 mmol/L为正常浓度。 （2）xiaomi低铵盐胁迫下的转录组分析：对0.2 mmol/L NH4Cl胁迫处理的xiaomi进行转录组分析，共筛选出 450 个基因：地上部分差异基因 111 个，其中上调基因占55.86%，下调基因占44.14%；地下部分差异基因339个，上调基因占12.68%，下调基因占87.31%。通过注释分析：在地上部分筛选出13个与铵盐吸收转运相关的差异候选基因，其中2个表达量上调，11个表达量下调；地下部分筛选出10个，其中9个表达量上调，1个表达量下调。 （3）低铵盐胁迫下关键候选基因的表达模式分析：采用实时荧光定量 PCR，对筛选的部分铵盐吸收转运相关候选基因进行表达模式验证分析，结果与转录组测序结果相关性较高（R2=0.7278）。0.2 mmol/L NH4Cl胁迫下，Si5g20720不仅在根系中相对表达量上调，在地上部分同样上调表达，推测为负责铵盐吸收与转运的关键基因，Si1g11940、Si5g29250、Si1g11910、Si1g24430和Si9g02830在根系中相对表达量均上调，推测参与了铵盐的吸收。 （4）铵盐和硝酸盐分别处理下的转录组比对分析：通过铵盐和硝酸盐分别处理xiaomi 后的转录组比对分析，地上部分共筛选出 2238 个相同差异基因，其中上调基因占37.89%，下调基因占62.11%；地下部分共筛选出2736个相同差异基因，上调基因占64.18%，下调基因占 35.82%。通过分析，筛选出 Si1g11940、Si1g11910、Si5g29250、Si6g17980和Si1g22620 共5个与铵盐和硝酸盐吸收转运相关的候选基因。实时荧光定量PCR验证表明：Si5g29250在铵盐和硝酸盐分别处理下，地上部分相对表达量均上调，推测为地上部分共同调控铵盐和硝酸盐转运的关键基因；Si6g17980 为主要调控硝酸盐转运，并协助铵盐转运的关键基因；Si1g11910 在地上和地下部分相对表达量均上调，推测Si1g11910为共同调控铵盐和硝酸盐吸收与转运的关键基因。
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