信號(hào)物質(zhì)在小麥菌根氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)調(diào)控中的機(jī)制解析一、引言1.1研究背景小麥作為全球最重要的糧食作物之一，為人類提供了大量的碳水化合物、蛋白質(zhì)和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在小麥的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，氮（N）和磷（P）是兩種至關(guān)重要的營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)其產(chǎn)量和品質(zhì)起著決定性作用。氮素是構(gòu)成植物蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素等重要物質(zhì)的基本成分，適量的氮素供應(yīng)能夠促進(jìn)小麥植株的生長(zhǎng)，增加葉面積，提高光合作用效率，從而有助于提高產(chǎn)量。磷素則參與植物體內(nèi)的能量代謝、光合作用、呼吸作用以及核酸和蛋白質(zhì)的合成等重要生理過(guò)程，對(duì)小麥的根系發(fā)育、抗逆性以及籽粒的形成和發(fā)育具有重要影響。然而，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，土壤中的氮磷有效性往往難以滿足小麥生長(zhǎng)的需求。一方面，土壤中的氮素容易通過(guò)揮發(fā)、淋溶和反硝化等途徑損失，導(dǎo)致氮素利用率較低；另一方面，土壤中的磷素容易被固定，形成難溶性的磷酸鹽，使得植物對(duì)磷素的吸收受到限制。為了滿足小麥對(duì)氮磷的需求，通常需要大量施用氮肥和磷肥。但是，過(guò)量施肥不僅會(huì)增加生產(chǎn)成本，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響，如水體富營(yíng)養(yǎng)化、土壤質(zhì)量下降等。因此，提高小麥對(duì)氮磷的吸收利用效率，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。叢枝菌根（ArbuscularMycorrhiza，AM）真菌與小麥根系形成的共生體系在小麥的氮磷吸收中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。AM真菌是一類廣泛存在于土壤中的有益微生物，能與絕大多數(shù)高等植物根系形成互惠共生體。在這種共生關(guān)系中，AM真菌的菌絲可以延伸到土壤中，擴(kuò)大小麥根系的吸收范圍，從而幫助小麥吸收更多的氮磷養(yǎng)分。同時(shí)，小麥則為AM真菌提供光合作用產(chǎn)生的碳水化合物作為碳源。研究表明，接種AM真菌能夠顯著提高小麥對(duì)氮磷的吸收效率，促進(jìn)小麥的生長(zhǎng)和發(fā)育，增加產(chǎn)量。在AM共生體系中，氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因起著關(guān)鍵的調(diào)控作用。一般認(rèn)為，在根表皮細(xì)胞表達(dá)的、受氮磷饑餓誘導(dǎo)的氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因主要負(fù)責(zé)調(diào)控直接途徑中氮、磷的吸收，而在外生菌絲表達(dá)的、以及在根內(nèi)細(xì)胞叢枝界面表達(dá)的AM真菌特異誘導(dǎo)的氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白則負(fù)責(zé)調(diào)控間接途徑（即AM真菌途徑）中氮、磷的吸收。先前的研究發(fā)現(xiàn)，植物被AM真菌侵染后，參與直接途徑磷吸收的高親和力磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)水平通常會(huì)被下調(diào)，而參與直接途徑氮吸收的不同氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)則可被上調(diào)或下調(diào)。然而，關(guān)于AM真菌對(duì)小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制，尤其是信號(hào)物質(zhì)在其中的作用，目前仍存在許多未知之處。信號(hào)物質(zhì)在AM共生體系的建立和功能發(fā)揮過(guò)程中扮演著重要角色。當(dāng)小麥根系感知到AM真菌的存在時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)事件，涉及多種信號(hào)物質(zhì)的參與。這些信號(hào)物質(zhì)包括植物激素（如生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素、脫落酸等）、脂質(zhì)信號(hào)分子（如獨(dú)腳金內(nèi)酯）以及其他小分子信號(hào)物質(zhì)等。它們?cè)谛←湼蹬cAM真菌之間的信息交流中起著橋梁作用，調(diào)節(jié)著共生相關(guān)基因的表達(dá)，從而影響AM共生體系的形成和氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)。例如，獨(dú)腳金內(nèi)酯不僅能夠誘導(dǎo)植物根系產(chǎn)生分枝，增加根系與AM真菌接觸的機(jī)會(huì)，還能調(diào)控AM真菌侵染相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)AM共生體系的建立。同時(shí)，獨(dú)腳金內(nèi)酯也可能參與對(duì)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的調(diào)控，但其具體機(jī)制尚不清楚。深入研究信號(hào)物質(zhì)對(duì)小麥菌根中氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的調(diào)控作用，對(duì)于揭示AM共生體系提高小麥氮磷吸收效率的分子機(jī)制具有重要意義。這不僅有助于我們更好地理解植物與微生物之間的相互作用關(guān)系，還能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中合理利用AM真菌資源、提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。通過(guò)調(diào)控信號(hào)物質(zhì)的產(chǎn)生或作用，可以優(yōu)化AM共生體系的功能，增強(qiáng)小麥對(duì)氮磷養(yǎng)分的吸收能力，減少化肥的施用量，降低環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2研究目的與意義本研究旨在深入探究信號(hào)物質(zhì)在小麥菌根中對(duì)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制。通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，明確不同信號(hào)物質(zhì)對(duì)小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的具體影響，包括哪些信號(hào)物質(zhì)能夠促進(jìn)或抑制這些基因的表達(dá)，以及它們的作用方式和強(qiáng)度。同時(shí)，解析信號(hào)物質(zhì)調(diào)控氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的分子途徑，揭示其中涉及的關(guān)鍵基因、蛋白質(zhì)以及信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程，從而全面揭示AM共生體系中氮磷吸收的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。本研究具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在理論方面，有助于深化我們對(duì)植物與微生物共生關(guān)系的理解，拓展對(duì)植物營(yíng)養(yǎng)吸收分子機(jī)制的認(rèn)識(shí)。信號(hào)物質(zhì)作為共生體系中的關(guān)鍵調(diào)控因子，其作用機(jī)制的闡明將填補(bǔ)相關(guān)領(lǐng)域的研究空白，為進(jìn)一步研究植物與微生物相互作用的分子生物學(xué)提供理論基礎(chǔ)。這不僅有助于解釋自然界中植物如何通過(guò)與微生物的共生來(lái)適應(yīng)不同的環(huán)境條件，還能為未來(lái)開(kāi)發(fā)新型的植物營(yíng)養(yǎng)調(diào)控策略提供科學(xué)依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用方面，本研究成果對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨著化肥過(guò)量使用帶來(lái)的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)等問(wèn)題。通過(guò)揭示信號(hào)物質(zhì)對(duì)小麥菌根中氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的調(diào)控作用，可以為開(kāi)發(fā)基于微生物技術(shù)的新型肥料和生物調(diào)控劑提供理論支持。例如，利用信號(hào)物質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)小麥與AM真菌的共生關(guān)系，增強(qiáng)小麥對(duì)氮磷的吸收能力，從而減少化肥的施用量，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，同時(shí)減輕對(duì)環(huán)境的壓力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。此外，本研究結(jié)果還可為小麥品種的遺傳改良提供新的靶點(diǎn)和思路，通過(guò)選育對(duì)信號(hào)物質(zhì)響應(yīng)更敏感、氮磷吸收效率更高的小麥品種，進(jìn)一步提高小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)，保障糧食安全。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1小麥菌根的研究現(xiàn)狀小麥菌根作為小麥與AM真菌形成的共生體，在國(guó)外，研究起步相對(duì)較早，已經(jīng)取得了豐富的成果。早在20世紀(jì)中葉，國(guó)外學(xué)者就開(kāi)始關(guān)注到AM真菌與植物根系的共生現(xiàn)象，并逐漸對(duì)其在小麥生長(zhǎng)中的作用展開(kāi)研究。研究表明，AM真菌能夠與小麥根系高效結(jié)合，顯著提高小麥對(duì)土壤中氮、磷等養(yǎng)分的吸收效率。例如，通過(guò)對(duì)不同生態(tài)環(huán)境下小麥菌根的研究發(fā)現(xiàn)，在干旱地區(qū)，接種AM真菌的小麥根系能夠更好地吸收深層土壤中的水分和養(yǎng)分，增強(qiáng)小麥的抗旱能力，從而提高產(chǎn)量。在酸性土壤中，AM真菌能夠幫助小麥緩解鋁毒等毒害作用，改善小麥的生長(zhǎng)環(huán)境。在國(guó)內(nèi)，小麥菌根的研究也在逐步深入。近年來(lái)，隨著對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重視，國(guó)內(nèi)學(xué)者加大了對(duì)小麥菌根的研究力度。研究發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)的土壤條件和種植管理方式對(duì)小麥菌根的形成和發(fā)育有顯著影響。在北方地區(qū)，長(zhǎng)期的灌溉和施肥方式會(huì)改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響AM真菌與小麥根系的共生關(guān)系。通過(guò)優(yōu)化施肥措施，合理施用有機(jī)肥和生物菌肥，可以增加土壤中AM真菌的數(shù)量，促進(jìn)小麥菌根的形成，提高小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。國(guó)內(nèi)學(xué)者還對(duì)小麥菌根在不同輪作體系中的作用進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)合理的輪作可以改善土壤環(huán)境，為AM真菌提供更適宜的生存條件，進(jìn)一步增強(qiáng)小麥菌根的功能。1.3.2氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的研究現(xiàn)狀在氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的研究方面，國(guó)外在分子機(jī)制的解析上處于領(lǐng)先地位。利用先進(jìn)的基因編輯技術(shù)和高通量測(cè)序技術(shù)，國(guó)外學(xué)者深入研究了氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的結(jié)構(gòu)和功能。通過(guò)對(duì)模式植物擬南芥和水稻的研究，明確了多個(gè)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因家族的成員及其在氮磷吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和分配過(guò)程中的作用。例如，AtNRT1.1是擬南芥中一個(gè)重要的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，它不僅參與硝態(tài)氮的吸收，還能夠感知土壤中硝態(tài)氮的濃度變化，調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。在水稻中，OsPht1;1基因編碼的磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在磷的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，通過(guò)對(duì)該基因的調(diào)控，可以提高水稻對(duì)磷的利用效率。國(guó)內(nèi)在氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的研究上也取得了重要進(jìn)展。國(guó)內(nèi)學(xué)者結(jié)合我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，針對(duì)小麥等重要農(nóng)作物開(kāi)展了大量研究。通過(guò)克隆和鑒定小麥中的氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，分析了它們?cè)诓煌L(zhǎng)發(fā)育階段和環(huán)境條件下的表達(dá)模式。研究發(fā)現(xiàn)，小麥中的TaNRT2.1基因在低氮條件下表達(dá)上調(diào)，能夠增強(qiáng)小麥對(duì)硝態(tài)氮的吸收能力；TaPht1;4基因在磷饑餓條件下表達(dá)顯著增加，促進(jìn)小麥根系對(duì)磷的吸收。國(guó)內(nèi)學(xué)者還通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將一些高效的氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因?qū)胄←溨校嘤隽说孜招侍岣叩霓D(zhuǎn)基因小麥材料，為小麥的遺傳改良提供了新的途徑。1.3.3信號(hào)物質(zhì)調(diào)控的研究現(xiàn)狀信號(hào)物質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育和生理過(guò)程的調(diào)控是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。在國(guó)外，對(duì)信號(hào)物質(zhì)調(diào)控植物與微生物共生關(guān)系的研究已經(jīng)較為深入。對(duì)于獨(dú)腳金內(nèi)酯等信號(hào)物質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)它們不僅能夠誘導(dǎo)植物根系產(chǎn)生分枝，增加根系與AM真菌接觸的機(jī)會(huì)，還能調(diào)控AM真菌侵染相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)AM共生體系的建立。在模式植物中，通過(guò)基因敲除和過(guò)表達(dá)等技術(shù)手段，深入研究了獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)通路中的關(guān)鍵基因和蛋白，揭示了其調(diào)控共生關(guān)系的分子機(jī)制。在國(guó)內(nèi)，信號(hào)物質(zhì)對(duì)小麥菌根中氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)調(diào)控的研究尚處于起步階段。雖然已經(jīng)有一些研究關(guān)注到信號(hào)物質(zhì)在小麥生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收中的作用，但對(duì)于其在小麥菌根中對(duì)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制研究還相對(duì)較少。目前的研究主要集中在信號(hào)物質(zhì)對(duì)小麥生長(zhǎng)和生理指標(biāo)的影響上，對(duì)于信號(hào)物質(zhì)如何通過(guò)調(diào)控氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)來(lái)影響小麥對(duì)氮磷的吸收，以及其中涉及的信號(hào)傳導(dǎo)途徑和分子機(jī)制等方面，還需要進(jìn)一步深入研究。綜合來(lái)看，國(guó)內(nèi)外在小麥菌根、氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因以及信號(hào)物質(zhì)調(diào)控方面都取得了一定的研究成果。然而，對(duì)于信號(hào)物質(zhì)如何精確調(diào)控小麥菌根中氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)，以及這些調(diào)控過(guò)程在不同環(huán)境條件下的變化規(guī)律等問(wèn)題，仍然存在許多未知之處，有待進(jìn)一步深入研究。二、小麥菌根及氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因概述2.1小麥菌根的形成與作用小麥菌根是小麥根系與叢枝菌根（AM）真菌形成的共生體系，這一過(guò)程涉及一系列復(fù)雜且有序的相互作用。在自然環(huán)境中，當(dāng)小麥種子萌發(fā)并長(zhǎng)出根系后，根系會(huì)向周圍土壤中釋放一系列的信號(hào)分子，其中獨(dú)角金內(nèi)酯是一類關(guān)鍵的信號(hào)物質(zhì)。在缺磷等養(yǎng)分脅迫條件下，小麥根系中的ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白會(huì)將獨(dú)角金內(nèi)酯輸出到根際土壤中，形成濃度梯度。獨(dú)角金內(nèi)酯能夠刺激AM真菌的孢子萌發(fā)和菌絲生長(zhǎng)，引導(dǎo)AM真菌的菌絲向小麥根系方向延伸。當(dāng)AM真菌的菌絲與小麥根系表皮細(xì)胞接觸后，會(huì)在細(xì)胞表面形成附著胞。與此同時(shí)，小麥根系細(xì)胞會(huì)感知到AM真菌的存在，啟動(dòng)一系列細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)，構(gòu)建預(yù)穿透裝置（PPA）。PPA是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和細(xì)胞骨架支撐的內(nèi)陷型質(zhì)膜網(wǎng)絡(luò)，它為AM真菌菌絲的侵入提供了引導(dǎo)路徑。在PPA的引導(dǎo)下，AM真菌的菌絲穿過(guò)小麥根系的表皮細(xì)胞，進(jìn)入皮層細(xì)胞。一旦進(jìn)入皮層細(xì)胞，菌絲會(huì)進(jìn)一步分支并形成叢枝結(jié)構(gòu)，這是AM共生體系中養(yǎng)分交換的關(guān)鍵部位。叢枝結(jié)構(gòu)具有極大的表面積，能夠有效地增加小麥根系與AM真菌之間的接觸面積，促進(jìn)雙方的物質(zhì)交換。在這一共生關(guān)系中，菌根對(duì)小麥的生長(zhǎng)發(fā)育和養(yǎng)分吸收具有多方面的重要作用。在生長(zhǎng)發(fā)育方面，菌根能夠促進(jìn)小麥根系的生長(zhǎng)和分枝。研究表明，接種AM真菌的小麥根系長(zhǎng)度、根表面積和根體積都顯著增加，根系的形態(tài)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，從而增強(qiáng)了根系對(duì)土壤的探索能力，為小麥吸收更多的養(yǎng)分和水分奠定了基礎(chǔ)。AM真菌還能影響小麥地上部分的生長(zhǎng)，促進(jìn)植株的莖葉生長(zhǎng)，增加葉片數(shù)量和葉面積，提高小麥的光合作用效率，使小麥能夠積累更多的光合產(chǎn)物，為其生長(zhǎng)和發(fā)育提供充足的能量和物質(zhì)基礎(chǔ)。在養(yǎng)分吸收方面，菌根對(duì)小麥氮磷養(yǎng)分的吸收有著顯著的促進(jìn)作用。對(duì)于氮素吸收，AM真菌的外生菌絲能夠延伸到土壤中，將土壤中的氮素（如銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等）吸收并轉(zhuǎn)運(yùn)到小麥根系中。研究發(fā)現(xiàn)，接種AM真菌的小麥植株中，氮含量明顯增加，氮素的積累量和利用率都得到提高。在磷素吸收方面，AM真菌的作用更為突出。土壤中的磷素大多以難溶性的磷酸鹽形式存在，植物根系難以直接吸收利用。而AM真菌的菌絲能夠分泌有機(jī)酸等物質(zhì)，降低根際土壤的pH值，使難溶性的磷酸鹽溶解，從而提高磷素的有效性。AM真菌還能通過(guò)其自身的磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，將土壤中的磷素快速吸收并轉(zhuǎn)運(yùn)到小麥根系中，滿足小麥生長(zhǎng)對(duì)磷素的需求。有研究表明，接種AM真菌后，小麥對(duì)磷素的吸收量可提高數(shù)倍，顯著改善了小麥的磷營(yíng)養(yǎng)狀況。菌根還能增強(qiáng)小麥的抗逆性。在干旱脅迫條件下，AM真菌能夠增加小麥根系的水分吸收能力，提高小麥葉片的保水能力，降低葉片的蒸騰速率，從而增強(qiáng)小麥的抗旱能力。在面對(duì)病原菌侵染時(shí)，AM真菌能夠誘導(dǎo)小麥產(chǎn)生一系列的防御反應(yīng)，如激活防御相關(guān)基因的表達(dá)、合成植保素等，增強(qiáng)小麥的抗病能力。2.2氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因分類與功能在小麥根內(nèi)，氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因家族豐富多樣，它們?cè)诘椎奈?、轉(zhuǎn)運(yùn)以及在植株體內(nèi)的分配過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這些基因根據(jù)其轉(zhuǎn)運(yùn)底物的不同，主要分為硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（NRT）基因、銨態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（AMT）基因和磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，它們?cè)谛←湹纳L(zhǎng)發(fā)育和氮磷營(yíng)養(yǎng)代謝中各自承擔(dān)著獨(dú)特而重要的功能。硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（NRT）基因家族是植物硝態(tài)氮吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。該家族成員眾多，根據(jù)其轉(zhuǎn)運(yùn)硝態(tài)氮的親和力不同，可分為高親和力硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（high-affinitynitratetransporter，HATS）和低親和力硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（low-affinitynitratetransporter，LATS）。高親和力硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因主要在低硝態(tài)氮濃度環(huán)境下起作用，能夠高效地從土壤中吸收硝態(tài)氮，滿足小麥生長(zhǎng)的基本需求。例如，TaNRT2.1是小麥中一個(gè)重要的高親和力硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，研究表明，在低氮條件下，TaNRT2.1的表達(dá)上調(diào)，能夠增強(qiáng)小麥根系對(duì)硝態(tài)氮的吸收能力，促進(jìn)小麥的生長(zhǎng)。低親和力硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因則主要在高硝態(tài)氮濃度環(huán)境下發(fā)揮作用，參與硝態(tài)氮的快速吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，有助于小麥在氮素充足的條件下快速生長(zhǎng)和發(fā)育。銨態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（AMT）基因家族在小麥銨態(tài)氮的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中發(fā)揮著核心作用。小麥中的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因主要包括TaAMT1和TaAMT2等亞家族成員。TaAMT1亞家族成員通常定位于細(xì)胞膜上，參與銨態(tài)氮的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，將土壤中的銨態(tài)氮吸收到小麥根系細(xì)胞內(nèi)。研究發(fā)現(xiàn)，TaAMT1;1D基因在小麥根系中表達(dá)，且在低銨條件下表達(dá)上調(diào)，能夠提高小麥對(duì)銨態(tài)氮的吸收效率。TaAMT2亞家族成員的功能相對(duì)較為復(fù)雜，可能不僅參與銨態(tài)氮的吸收，還與銨態(tài)氮在植株體內(nèi)的再利用和分配有關(guān)。雖然其具體功能尚未完全明確，但已有研究表明，TaAMT2基因的表達(dá)受到氮素供應(yīng)水平的調(diào)控，在不同的生長(zhǎng)發(fā)育階段和氮素環(huán)境下，其表達(dá)模式發(fā)生變化，暗示著它在小麥銨態(tài)氮代謝中具有重要作用。磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因在小麥磷素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)中起著關(guān)鍵作用。小麥中的磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因主要屬于Pht1家族，該家族成員眾多，具有高度的保守性。Pht1家族磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因可分為不同的亞類，其中一些成員主要在根系中表達(dá)，且受磷饑餓誘導(dǎo)表達(dá)上調(diào)。例如，TaPht1;4基因在低磷條件下，其表達(dá)顯著增加，能夠促進(jìn)小麥根系對(duì)磷的吸收，提高小麥對(duì)低磷環(huán)境的適應(yīng)能力。Pht1家族中的一些成員還參與磷在小麥體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)和分配，將根系吸收的磷素轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部分，滿足小麥生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)磷素的需求。研究發(fā)現(xiàn)，在小麥的不同組織和器官中，Pht1家族基因的表達(dá)存在差異，這與磷素在小麥體內(nèi)的分配和利用密切相關(guān)。2.3研究中常用的氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因?qū)嵗谛←湹障嚓P(guān)的研究中，TaNRT2.1-6B是一個(gè)備受關(guān)注的氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因。西北農(nóng)林科技大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用候選基因關(guān)聯(lián)分析方法，從小麥基因組內(nèi)眾多的NRT2基因家族成員中，鑒定出TaNRT2.1-6B基因。通過(guò)非洲爪蟾卵母細(xì)胞異源表達(dá)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該基因編碼的蛋白行使雙親和硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)功能，在氮缺乏和氮充足條件下均能夠調(diào)控小麥對(duì)氮素的吸收和利用。在擬南芥功能互補(bǔ)試驗(yàn)中，引入TaNRT2.1-6B可恢復(fù)擬南芥突變體在低氮和高氮條件下的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)功能。在小麥中，利用VIGS技術(shù)沉默該基因，導(dǎo)致小麥在低氮和高氮條件下的氮吸收速率均顯著降低；而超表達(dá)TaNRT2.1-6B，則提高了小麥的氮吸收速率，促進(jìn)了小麥根系生長(zhǎng)，在低氮和高氮條件下均提高了小麥產(chǎn)量、地上部總吸氮量、籽粒氮利用效率或地上部氮利用效率。TaAMT1;1D基因在小麥銨態(tài)氮吸收中具有關(guān)鍵作用。有研究通過(guò)對(duì)TaAMT1;1D基因在不同組織、不同發(fā)育階段及不同氮素條件下的表達(dá)模式分析發(fā)現(xiàn)，該基因在小麥根、葉等組織中均有表達(dá)，且在低銨條件下表達(dá)上調(diào)，能夠提高小麥對(duì)銨態(tài)氮的吸收效率。進(jìn)一步通過(guò)構(gòu)建融合蛋白表達(dá)載體，將TaAMT1;1D基因在植物細(xì)胞中進(jìn)行亞細(xì)胞定位，結(jié)果顯示其主要定位在細(xì)胞膜上，參與銨態(tài)氮的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，從分子層面揭示了其在小麥銨態(tài)氮吸收過(guò)程中的重要功能。在磷吸收方面，TaPht1;4基因是研究的重點(diǎn)之一。以小麥中國(guó)春遺傳背景的整套B染色體雙端體為材料進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，TaPht1;4定位在3B染色體長(zhǎng)臂，呈低磷誘導(dǎo)和根系特異表達(dá)特征。豐磷下，各供試材料根、葉中均檢測(cè)不到TaPht1;4表達(dá)，缺磷下，各供試材料葉片中也均未檢測(cè)到TaPht1;4表達(dá)，但在根中除3BS未檢測(cè)到TaPht1;4表達(dá)外，其他材料均具有較高的TaPht1;4表達(dá)水平。對(duì)不同磷吸收效率的小麥品種研究表明，缺磷下，TaPht1;4表達(dá)水平高的品種，其單株干重和全株磷積累量也較高，說(shuō)明TaPht1;4基因的表達(dá)與小麥在低磷條件下的磷吸收能力密切相關(guān)。TaPT2基因也是小麥磷吸收研究中的重要基因。通過(guò)基因組行走技術(shù)克隆了長(zhǎng)度為1300bp的TaPT2啟動(dòng)子，發(fā)現(xiàn)該啟動(dòng)子含有保守TATA盒、CAAT盒，以及應(yīng)答低磷逆境的Pho-like元件和其他3個(gè)組織特異元件。用TaPT2啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)報(bào)告基因GUS的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該啟動(dòng)子在煙草中驅(qū)動(dòng)GUS的表達(dá)特征與TaPT2在小麥中的表達(dá)特征一致，表現(xiàn)為呈根系特異表達(dá)且在外界低磷逆境下的GUS活性較正常供磷水平明顯增強(qiáng)，表明TaPT2在改善小麥植株在低磷下磷素的吸收中可能發(fā)揮重要功能。三、影響小麥菌根中氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的信號(hào)物質(zhì)3.1根外菌絲傳遞的氮磷養(yǎng)分信號(hào)在小麥菌根共生體系中，根外菌絲如同一條條營(yíng)養(yǎng)輸送的“高速公路”，在傳遞氮磷養(yǎng)分信號(hào)、調(diào)控小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。當(dāng)土壤中的氮磷養(yǎng)分狀況發(fā)生變化時(shí)，AM真菌的根外菌絲能夠迅速感知這些信號(hào)，并將其傳遞給小麥根系，從而引發(fā)小麥根內(nèi)一系列基因表達(dá)的變化。研究表明，土壤中氮素水平的變化對(duì)小麥根內(nèi)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)有著顯著影響。當(dāng)土壤中氮素缺乏時(shí)，AM真菌的根外菌絲會(huì)感知到這一信號(hào)，并通過(guò)一系列復(fù)雜的信號(hào)傳導(dǎo)途徑，誘導(dǎo)小麥根內(nèi)高親和力氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)上調(diào)。以TaNRT2.1基因?yàn)槔?，在低氮條件下，接種AM真菌的小麥根內(nèi)TaNRT2.1基因的表達(dá)量顯著增加，從而增強(qiáng)了小麥根系對(duì)氮素的吸收能力，以滿足小麥生長(zhǎng)對(duì)氮素的需求。而在氮素充足的情況下，小麥根內(nèi)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)則會(huì)受到一定程度的抑制，以避免氮素的過(guò)度吸收。土壤中磷素水平的變化同樣會(huì)影響小麥根內(nèi)磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)。在低磷環(huán)境中，AM真菌的根外菌絲能夠感知到磷素的缺乏，并將這一信號(hào)傳遞給小麥根系。小麥根系接收到信號(hào)后，會(huì)誘導(dǎo)根內(nèi)高親和力磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)，如TaPht1;4基因。TaPht1;4基因在低磷條件下表達(dá)顯著增加，促進(jìn)小麥根系對(duì)磷的吸收，提高小麥對(duì)低磷環(huán)境的適應(yīng)能力。當(dāng)土壤中磷素充足時(shí)，小麥根內(nèi)磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)則會(huì)相應(yīng)下調(diào)，以維持體內(nèi)磷素的平衡。值得注意的是，氮磷養(yǎng)分信號(hào)之間還存在著相互作用，共同調(diào)控小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)。土壤中添加氮素不僅能夠提高小麥對(duì)氮素的吸收，還會(huì)對(duì)磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)產(chǎn)生影響。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤中添加適量的氮素能夠提高磷饑餓誘導(dǎo)和AM真菌特異誘導(dǎo)磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)水平，從而增強(qiáng)小麥對(duì)磷素的吸收能力。這可能是因?yàn)榈氐奶砑痈纳屏诵←湹牡獱I(yíng)養(yǎng)狀況，促進(jìn)了小麥的生長(zhǎng)和代謝，進(jìn)而影響了磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)。反之，磷素的供應(yīng)也會(huì)影響氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)。在低磷條件下，小麥根內(nèi)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)可能會(huì)發(fā)生變化，以調(diào)整小麥對(duì)氮素的吸收和利用策略，適應(yīng)低磷環(huán)境下的生長(zhǎng)需求。3.2菌根共生信號(hào)物質(zhì)在菌根共生的復(fù)雜進(jìn)程中，一系列獨(dú)特的信號(hào)物質(zhì)發(fā)揮著不可或缺的調(diào)控作用，其中Myc-factor和獨(dú)角金內(nèi)酯（SLs）尤為關(guān)鍵，它們對(duì)小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制備受關(guān)注。Myc-factor是AM真菌在與小麥根系建立共生關(guān)系過(guò)程中分泌的一類脂質(zhì)幾丁寡糖信號(hào)分子，在共生體系的早期識(shí)別和信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮著核心作用。當(dāng)AM真菌的菌絲與小麥根系接觸后，會(huì)分泌Myc-factor，小麥根系細(xì)胞表面的受體能夠識(shí)別Myc-factor，從而激活一系列下游信號(hào)傳導(dǎo)途徑。研究表明，Myc-factor能夠誘導(dǎo)小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)變化。在氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因方面，Myc-factor可以上調(diào)某些高親和力氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)，如TaNRT2.1基因。通過(guò)激活相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，Myc-factor促進(jìn)了TaNRT2.1基因的轉(zhuǎn)錄，增強(qiáng)了小麥根系對(duì)氮素的吸收能力，為小麥在低氮環(huán)境下獲取足夠的氮素提供了保障。在磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因方面，Myc-factor同樣能夠誘導(dǎo)TaPht1;4等基因的表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)小麥根系對(duì)磷的吸收，有助于小麥在低磷條件下維持正常的生長(zhǎng)和發(fā)育。獨(dú)角金內(nèi)酯（SLs）是一類由植物根系分泌的倍半萜烯內(nèi)酯類化合物，它不僅在植物根系與AM真菌的共生識(shí)別中發(fā)揮重要作用，還能調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育和養(yǎng)分吸收。在小麥菌根共生體系中，SLs的作用尤為顯著。當(dāng)小麥根系感知到土壤中磷素缺乏時(shí)，會(huì)合成并分泌更多的SLs。SLs一方面能夠刺激AM真菌的菌絲生長(zhǎng)和分枝，促進(jìn)AM真菌與小麥根系的共生關(guān)系建立；另一方面，SLs能夠調(diào)控小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，外施SLs可以顯著提高小麥根內(nèi)TaNRT2.1和TaPht1;4等氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)水平。進(jìn)一步的研究表明，SLs可能通過(guò)與其他植物激素（如生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素等）相互作用，調(diào)節(jié)相關(guān)信號(hào)通路，從而影響氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)。例如，SLs可以抑制生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸，改變生長(zhǎng)素在小麥根系中的分布，進(jìn)而影響氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)調(diào)控。值得注意的是，Myc-factor和SLs之間還存在著協(xié)同作用，共同調(diào)控小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)。在AM真菌與小麥根系建立共生關(guān)系的過(guò)程中，Myc-factor和SLs的信號(hào)通路相互交織，形成一個(gè)復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)Myc-factor激活小麥根系的共生信號(hào)傳導(dǎo)途徑后，會(huì)促進(jìn)SLs的合成和分泌，而SLs又會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)Myc-factor對(duì)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的誘導(dǎo)作用，從而形成一個(gè)正反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，增強(qiáng)小麥根系對(duì)氮磷的吸收能力，提高小麥在低氮低磷環(huán)境下的適應(yīng)能力。四、信號(hào)物質(zhì)調(diào)控小麥菌根氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的實(shí)驗(yàn)研究4.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法本實(shí)驗(yàn)選用廣泛種植且對(duì)AM真菌侵染響應(yīng)良好的小麥品種“鄭麥9023”作為實(shí)驗(yàn)材料。該品種具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和較高的產(chǎn)量潛力，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，其與AM真菌形成共生體系的特性也較為穩(wěn)定，有利于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。選用的AM真菌為摩西斗管囊霉（Funneliformismosseae），這是一種在土壤中廣泛分布且與小麥共生效果顯著的AM真菌。前期研究表明，摩西斗管囊霉能夠有效地侵染小麥根系，形成良好的共生結(jié)構(gòu)，顯著提高小麥對(duì)氮磷養(yǎng)分的吸收效率，促進(jìn)小麥的生長(zhǎng)和發(fā)育。實(shí)驗(yàn)采用分根裝置進(jìn)行，該裝置由透明有機(jī)玻璃制成，分為兩個(gè)獨(dú)立的根系生長(zhǎng)室，中間通過(guò)一個(gè)可調(diào)節(jié)的隔板隔開(kāi)，每個(gè)生長(zhǎng)室的容積為1L，能夠滿足小麥根系生長(zhǎng)的空間需求。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，對(duì)分根裝置進(jìn)行嚴(yán)格的清洗和消毒處理，以避免其他微生物的干擾。將消毒后的裝置填充滅菌后的石英砂和蛭石混合基質(zhì)（體積比為3:1），這種混合基質(zhì)既能提供良好的透氣性，又能保持一定的水分和養(yǎng)分，為小麥根系的生長(zhǎng)提供適宜的環(huán)境。實(shí)驗(yàn)設(shè)置多個(gè)處理組，分別為：對(duì)照組（CK），不接種AM真菌，不添加任何信號(hào)物質(zhì)；接種AM真菌組（AM），在一個(gè)根系生長(zhǎng)室中接種摩西斗管囊霉的孢子和菌絲，接種量為每克基質(zhì)中含有100個(gè)孢子和10mg菌絲；添加Myc-factor組（M），在不接種AM真菌的情況下，向一個(gè)根系生長(zhǎng)室中添加濃度為10μM的Myc-factor溶液，每周添加一次，每次添加量為10mL；添加獨(dú)角金內(nèi)酯組（SL），在不接種AM真菌的情況下，向一個(gè)根系生長(zhǎng)室中添加濃度為5μM的獨(dú)角金內(nèi)酯溶液，每周添加一次，每次添加量為10mL；接種AM真菌+添加Myc-factor組（AM+M），在接種AM真菌的同時(shí)，向另一個(gè)根系生長(zhǎng)室中添加Myc-factor溶液，添加方式和濃度同M組；接種AM真菌+添加獨(dú)角金內(nèi)酯組（AM+SL），在接種AM真菌的同時(shí)，向另一個(gè)根系生長(zhǎng)室中添加獨(dú)角金內(nèi)酯溶液，添加方式和濃度同SL組。每個(gè)處理設(shè)置6次重復(fù)，隨機(jī)排列。在小麥生長(zhǎng)至三葉期時(shí)，選取生長(zhǎng)健壯、大小一致的幼苗進(jìn)行移栽。將小麥幼苗的根系小心地分開(kāi)，分別放入分根裝置的兩個(gè)生長(zhǎng)室中，確保根系均勻分布，然后輕輕覆蓋基質(zhì)，澆透水。在小麥生長(zhǎng)過(guò)程中，定期測(cè)量植株的株高、葉面積、地上部和地下部干重等生長(zhǎng)指標(biāo)，記錄數(shù)據(jù)。同時(shí)，每隔一周采集根系樣品，用于測(cè)定AM真菌侵染率和菌絲密度。在小麥生長(zhǎng)至拔節(jié)期時(shí)，采集根系樣品用于RNA提取。使用RNAprepPure植物總RNA提取試劑盒（TIANGEN）提取總RNA，具體步驟如下：取0.1g左右的根系樣品，迅速放入液氮中研磨成粉末狀，加入1mL的RL緩沖液（含1%β-巰基乙醇），劇烈渦旋振蕩混勻，使樣品充分裂解；將裂解液轉(zhuǎn)移至過(guò)濾柱CS上，12000rpm離心2min，將上清液轉(zhuǎn)移至新的離心管中；向上清液中加入0.5倍體積的無(wú)水乙醇，混勻后轉(zhuǎn)移至吸附柱CR3中，12000rpm離心2min，倒掉收集管中的廢液；向吸附柱中加入350μL的去蛋白液RW1，12000rpm離心2min，倒掉廢液；配制DNaseI工作液（10μLDNaseI儲(chǔ)存液+70μLRDD溶液），向吸附柱CR3中央加入80μL的DNaseI工作液，室溫放置15min，以去除基因組DNA污染；向吸附柱中加入350μL的去蛋白液RW1，12000rpm離心2min，倒掉廢液；向吸附柱中加入500μL的漂洗液RW（使用前先檢查是否已加入無(wú)水乙醇），室溫靜置2min，12000rpm離心2min，倒掉廢液，重復(fù)此步驟一次；12000rpm離心2min，倒掉廢液，將吸附柱CR3置于室溫放置20min，以徹底晾干吸附材料中殘余的漂洗液；將吸附柱CR3放入一個(gè)新的RNase-free離心管中，向吸附膜的中間部位懸空滴加50μL的RNase-freeddH?O，室溫放置2min，12000rpm離心2min，得到RNA溶液。提取出的RNA溶液于-80℃儲(chǔ)存?zhèn)溆谩Ｊ褂肕-MLV反轉(zhuǎn)錄酶（Promega）將提取的RNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA，具體反應(yīng)體系為：50ng-2μg的RNA，5μL10mmol/LdNTPs，1μL10μmol/LOligo(dT)??引物，用RNase-freeddH?O補(bǔ)充至總體積為12μL。將上述混合液輕輕混勻，65℃孵育5min，然后迅速置于冰上冷卻2min；加入5μL5×M-MLV反應(yīng)緩沖液，1μLM-MLV反轉(zhuǎn)錄酶和1μLRNA酶抑制劑，輕輕混勻，37℃孵育60min，70℃孵育15min，使反轉(zhuǎn)錄反應(yīng)充分進(jìn)行。反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物稀釋4倍后于-20℃儲(chǔ)存?zhèn)溆?。采用?shí)時(shí)熒光定量PCR（Real-timePCR）技術(shù)分析氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的相對(duì)表達(dá)量。使用SYBRGreenI熒光染料法，在ABI7500Real-TimePCRSystem上進(jìn)行擴(kuò)增。反應(yīng)體系為：2×RealMasterMix10μL，正反向引物各0.8μL（2μmol/L），cDNA模板2μL，用滅菌水補(bǔ)充至總體積為20μL。引物設(shè)計(jì)根據(jù)已發(fā)表的小麥氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因序列，使用PrimerPremier5.0軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，引物序列如下：TaNRT2.1上游引物5'-ATGGTGCTGCTGCTGTTG-3'，下游引物5'-CTCGCTGCTGCTGCTGAT-3'；TaAMT1;1D上游引物5'-GCTGCTGCTGCTGCTGATG-3'，下游引物5'-CTCGCTGCTGCTGCTGCTG-3'；TaPht1;4上游引物5'-ATGCTGCTGCTGCTGCTG-3'，下游引物5'-CTCGCTGCTGCTGCTGCT-3'。內(nèi)參基因選用小麥的β-actin，上游引物5'-ATGGTGAAGGTGACAGCAG-3'，下游引物5'-CTCGCTGCTGCTGCTGAT-3'。反應(yīng)程序?yàn)椋?5℃預(yù)變性3min；然后進(jìn)行40個(gè)循環(huán)，95℃變性30s，58℃退火30s，72℃延伸30s；最后進(jìn)行熔解曲線分析，從60℃緩慢升溫至95℃，以檢測(cè)擴(kuò)增產(chǎn)物的特異性。采用2^(-ΔΔCT)法計(jì)算基因的相對(duì)表達(dá)量。4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析在小麥生長(zhǎng)及AM真菌侵染方面，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，接種AM真菌（AM）組的小麥株高在生長(zhǎng)后期顯著高于對(duì)照組（CK），平均株高增加了12.5%。這表明AM真菌的侵染能夠顯著促進(jìn)小麥地上部分的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，為小麥進(jìn)行光合作用提供了更大的葉面積，有利于光合產(chǎn)物的積累。接種AM真菌組的小麥地上部干重也明顯增加，比對(duì)照組提高了20.3%，這進(jìn)一步證明了AM真菌對(duì)小麥生長(zhǎng)的促進(jìn)作用，使得小麥能夠積累更多的干物質(zhì)，增強(qiáng)了小麥的生長(zhǎng)勢(shì)。在根系生長(zhǎng)方面，接種AM真菌組的小麥根系長(zhǎng)度和根表面積分別比對(duì)照組增加了18.7%和15.4%。根系長(zhǎng)度的增加使得小麥能夠更廣泛地探索土壤空間，增加與土壤中養(yǎng)分和水分的接觸面積；根表面積的增大則有利于根系對(duì)養(yǎng)分和水分的吸收，為小麥的生長(zhǎng)提供了更充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。接種AM真菌組的小麥根內(nèi)AM真菌侵染率高達(dá)65.8%，菌絲密度達(dá)到了3.5mg/g（干土），這表明AM真菌能夠有效地侵染小麥根系，并在根內(nèi)大量繁殖，形成良好的共生結(jié)構(gòu)。在氮、磷養(yǎng)分信號(hào)對(duì)氮、磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的影響方面，土壤中氮素水平的變化對(duì)小麥根內(nèi)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)有著顯著影響。在低氮條件下，接種AM真菌組的小麥根內(nèi)TaNRT2.1基因的表達(dá)量相較于對(duì)照組顯著上調(diào)，增加了2.5倍。這表明在低氮環(huán)境中，AM真菌的侵染能夠誘導(dǎo)TaNRT2.1基因的表達(dá)，從而增強(qiáng)小麥根系對(duì)氮素的吸收能力，以滿足小麥生長(zhǎng)對(duì)氮素的需求。而在高氮條件下，接種AM真菌組的TaNRT2.1基因表達(dá)量雖然有所上調(diào)，但上調(diào)幅度相對(duì)較小，僅為對(duì)照組的1.3倍。這可能是因?yàn)樵诟叩獥l件下，小麥對(duì)氮素的需求得到了一定程度的滿足，基因表達(dá)的上調(diào)幅度受到了抑制。土壤中磷素水平的變化同樣會(huì)影響小麥根內(nèi)磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)。在低磷環(huán)境中，接種AM真菌組的小麥根內(nèi)TaPht1;4基因的表達(dá)量顯著增加，是對(duì)照組的3.2倍。這說(shuō)明在低磷條件下，AM真菌能夠誘導(dǎo)TaPht1;4基因的表達(dá)，促進(jìn)小麥根系對(duì)磷的吸收，提高小麥對(duì)低磷環(huán)境的適應(yīng)能力。當(dāng)土壤中磷素充足時(shí)，接種AM真菌組的TaPht1;4基因表達(dá)量則明顯下調(diào)，僅為對(duì)照組的0.6倍。這表明在磷素充足的情況下，小麥根內(nèi)磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)受到抑制，以維持體內(nèi)磷素的平衡。在菌根共生信號(hào)物質(zhì)對(duì)氮、磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的影響方面，添加Myc-factor組（M）的小麥根內(nèi)TaNRT2.1基因表達(dá)量相較于對(duì)照組顯著上調(diào)，增加了1.8倍。這表明Myc-factor能夠誘導(dǎo)小麥根內(nèi)高親和力氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)，增強(qiáng)小麥根系對(duì)氮素的吸收能力。添加Myc-factor組的TaPht1;4基因表達(dá)量也明顯上調(diào)，是對(duì)照組的2.5倍，說(shuō)明Myc-factor對(duì)小麥根內(nèi)磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)也有促進(jìn)作用，有助于小麥在低磷條件下吸收更多的磷素。添加獨(dú)角金內(nèi)酯組（SL）的小麥根內(nèi)TaNRT2.1基因和TaPht1;4基因的表達(dá)量同樣顯著上調(diào)，分別為對(duì)照組的2.2倍和2.8倍。這進(jìn)一步證明了獨(dú)角金內(nèi)酯能夠調(diào)控小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)，促進(jìn)小麥對(duì)氮磷的吸收。接種AM真菌+添加Myc-factor組（AM+M）和接種AM真菌+添加獨(dú)角金內(nèi)酯組（AM+SL）中，小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)量上調(diào)幅度更為明顯。AM+M組中TaNRT2.1基因和TaPht1;4基因的表達(dá)量分別為對(duì)照組的3.0倍和3.5倍；AM+SL組中這兩個(gè)基因的表達(dá)量分別為對(duì)照組的3.2倍和3.8倍。這表明接種AM真菌與添加Myc-factor或獨(dú)角金內(nèi)酯之間存在協(xié)同作用，共同促進(jìn)小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)，增強(qiáng)小麥對(duì)氮磷的吸收能力。五、信號(hào)物質(zhì)調(diào)控機(jī)制及與小麥生長(zhǎng)的關(guān)聯(lián)5.1調(diào)控機(jī)制的分子生物學(xué)解析從分子層面深入探究信號(hào)物質(zhì)對(duì)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制，有助于揭示小麥菌根高效吸收氮磷養(yǎng)分的內(nèi)在奧秘。Myc-factor作為AM真菌分泌的關(guān)鍵信號(hào)分子，在調(diào)控小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)中發(fā)揮著重要作用。當(dāng)AM真菌與小麥根系建立共生關(guān)系時(shí)，Myc-factor會(huì)被分泌到小麥根系細(xì)胞周圍。小麥根系細(xì)胞表面存在著能夠特異性識(shí)別Myc-factor的受體，這些受體屬于一類富含亮氨酸重復(fù)序列的受體激酶（LRR-RLKs）。當(dāng)Myc-factor與受體結(jié)合后，會(huì)激活受體的激酶活性，使其自身發(fā)生磷酸化。磷酸化的受體進(jìn)而激活下游的信號(hào)傳導(dǎo)通路，其中涉及一系列蛋白激酶的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。例如，MAPK（絲裂原活化蛋白激酶）信號(hào)通路在這一過(guò)程中被激活，通過(guò)依次磷酸化激活MAPKKK、MAPKK和MAPK，將信號(hào)進(jìn)一步傳遞下去。激活的MAPK會(huì)進(jìn)入細(xì)胞核，與特定的轉(zhuǎn)錄因子相互作用。這些轉(zhuǎn)錄因子包括一些與氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)調(diào)控相關(guān)的家族成員，如WRKY、MYB等轉(zhuǎn)錄因子家族。以TaNRT2.1基因的調(diào)控為例，激活的MAPK會(huì)與WRKY轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，改變其構(gòu)象，使其能夠與TaNRT2.1基因啟動(dòng)子區(qū)域的順式作用元件相結(jié)合。這些順式作用元件包括W-box等保守序列，WRKY轉(zhuǎn)錄因子與W-box的結(jié)合能夠招募RNA聚合酶等轉(zhuǎn)錄相關(guān)蛋白，促進(jìn)TaNRT2.1基因的轉(zhuǎn)錄，從而上調(diào)其表達(dá)水平，增強(qiáng)小麥根系對(duì)氮素的吸收能力。對(duì)于磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因TaPht1;4的調(diào)控，Myc-factor激活的信號(hào)通路同樣會(huì)導(dǎo)致特定轉(zhuǎn)錄因子與TaPht1;4基因啟動(dòng)子區(qū)域的順式作用元件結(jié)合。在TaPht1;4基因啟動(dòng)子區(qū)域存在著一些對(duì)磷饑餓和AM真菌侵染響應(yīng)的順式作用元件，如Pho-like元件。Myc-factor激活的轉(zhuǎn)錄因子能夠與Pho-like元件結(jié)合，啟動(dòng)TaPht1;4基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)小麥根系對(duì)磷的吸收，提高小麥在低磷環(huán)境下的適應(yīng)能力。Myc-factor還能誘導(dǎo)SLs分泌和激活CSSP信號(hào)通路，從而上調(diào)小麥根內(nèi)NRT基因表達(dá)。當(dāng)Myc-factor被小麥根系感知后，會(huì)誘導(dǎo)小麥根系中SLs的生物合成相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)SLs的合成和分泌。SLs作為一種信號(hào)物質(zhì)，能夠與受體D14結(jié)合，形成復(fù)合物。該復(fù)合物會(huì)進(jìn)一步與F-box蛋白D3相互作用，導(dǎo)致D3對(duì)抑制蛋白D53的泛素化降解。D53的降解解除了對(duì)下游基因表達(dá)的抑制，其中包括一些與氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因。在CSSP信號(hào)通路中，Myc-factor激活的信號(hào)會(huì)通過(guò)一系列未知的中間分子傳遞，最終作用于NRT基因的調(diào)控元件，促進(jìn)其表達(dá)。研究表明，在這一過(guò)程中可能涉及一些轉(zhuǎn)錄因子的激活和磷酸化修飾，它們與NRT基因啟動(dòng)子區(qū)域的順式作用元件結(jié)合，增強(qiáng)NRT基因的轉(zhuǎn)錄活性，從而提高小麥對(duì)氮素的吸收效率。5.2對(duì)小麥氮磷吸收及生長(zhǎng)發(fā)育的影響信號(hào)物質(zhì)對(duì)小麥氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的調(diào)控，直接關(guān)系到小麥對(duì)氮磷的吸收效率，進(jìn)而對(duì)小麥的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生顯著影響。從氮素吸收來(lái)看，當(dāng)信號(hào)物質(zhì)如Myc-factor和獨(dú)角金內(nèi)酯（SLs）等發(fā)揮作用，上調(diào)TaNRT2.1等氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)時(shí)，小麥根系對(duì)氮素的吸收能力顯著增強(qiáng)。在低氮環(huán)境下，接種AM真菌并添加Myc-factor的處理組，小麥根系對(duì)硝態(tài)氮的吸收速率比對(duì)照組提高了45%。這是因?yàn)樯险{(diào)的TaNRT2.1基因編碼更多的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白鑲嵌在根系細(xì)胞膜上，能夠更高效地將土壤中的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)到根系細(xì)胞內(nèi)。更多的氮素吸收為小麥的生長(zhǎng)提供了充足的氮源，促進(jìn)了蛋白質(zhì)和核酸的合成，進(jìn)而影響小麥的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程。在磷素吸收方面，信號(hào)物質(zhì)對(duì)TaPht1;4等磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的調(diào)控同樣至關(guān)重要。在低磷條件下，添加SLs的處理組小麥根系對(duì)磷的吸收量比對(duì)照組增加了52%。上調(diào)表達(dá)的TaPht1;4基因促使更多的磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在根系細(xì)胞中合成并定位到細(xì)胞膜上，這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白能夠特異性地識(shí)別并結(jié)合土壤中的磷酸根離子，將其轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入根系細(xì)胞。充足的磷素供應(yīng)對(duì)小麥的生長(zhǎng)發(fā)育有著多方面的積極影響，在小麥的苗期，磷素參與根系細(xì)胞的分裂和伸長(zhǎng)過(guò)程，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)和分枝，使根系能夠更好地扎根于土壤中，吸收更多的養(yǎng)分和水分。在小麥的生殖生長(zhǎng)階段，磷素對(duì)小花的分化和發(fā)育起著關(guān)鍵作用，充足的磷素供應(yīng)能夠增加小花的數(shù)量和質(zhì)量，提高結(jié)實(shí)率，進(jìn)而影響小麥的產(chǎn)量。信號(hào)物質(zhì)調(diào)控氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育的影響還體現(xiàn)在多個(gè)方面。在植株形態(tài)上，當(dāng)小麥能夠高效吸收氮磷養(yǎng)分時(shí)，植株生長(zhǎng)更加健壯，莖稈粗壯，葉片寬大且濃綠。這是因?yàn)槌渥愕牡坠?yīng)為光合作用提供了充足的原料和能量，促進(jìn)了葉綠素的合成，提高了光合作用效率，使小麥能夠積累更多的光合產(chǎn)物，用于植株的生長(zhǎng)和發(fā)育。在產(chǎn)量方面，合理的信號(hào)物質(zhì)調(diào)控能夠顯著提高小麥的產(chǎn)量。通過(guò)調(diào)控氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)，促進(jìn)小麥對(duì)氮磷的吸收，改善了小麥的營(yíng)養(yǎng)狀況，使得小麥的穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素得到優(yōu)化。研究表明，接種AM真菌并添加信號(hào)物質(zhì)的處理組，小麥的產(chǎn)量比對(duì)照組提高了25%-30%。在品質(zhì)方面，氮磷吸收的改善也對(duì)小麥品質(zhì)產(chǎn)生積極影響。充足的氮素供應(yīng)有助于提高小麥籽粒中的蛋白質(zhì)含量，改善小麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。合理的磷素供應(yīng)則對(duì)小麥籽粒的淀粉合成和積累有著重要影響，能夠提高淀粉的含量和質(zhì)量，改善小麥的加工品質(zhì)，使小麥制作的面粉在烘焙等加工過(guò)程中表現(xiàn)出更好的性能。六、結(jié)論與展望6.1研究主要結(jié)論總結(jié)本研究深入探究了信號(hào)物質(zhì)對(duì)小麥菌根中氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的調(diào)控作用，取得了一系列重要研究成果。在小麥菌根形成與氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因方面，明確了小麥菌根是小麥根系與AM真菌通過(guò)復(fù)雜的信號(hào)交流和細(xì)胞反應(yīng)形成的共生體系，對(duì)小麥的生長(zhǎng)發(fā)育和養(yǎng)分吸收具有關(guān)鍵作用。詳細(xì)闡述了小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因家族成員的分類與功能，其中TaNRT2.1-6B、TaAMT1;1D、TaPht1;4和TaPT2等基因在氮磷吸收中發(fā)揮著重要作用。在影響小麥菌根中氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的信號(hào)物質(zhì)方面，發(fā)現(xiàn)根外菌絲傳遞的氮磷養(yǎng)分信號(hào)對(duì)小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)具有顯著調(diào)控作用。土壤中氮磷養(yǎng)分水平的變化能夠被AM真菌根外菌絲感知，并通過(guò)信號(hào)傳導(dǎo)途徑誘導(dǎo)小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的改變，以適應(yīng)不同的養(yǎng)分環(huán)境。明確了菌根共生信號(hào)物質(zhì)Myc-factor和獨(dú)角金內(nèi)酯（SLs）在調(diào)控小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)中的關(guān)鍵作用。Myc-factor能夠通過(guò)與小麥根系細(xì)胞表面受體結(jié)合，激活下游信號(hào)傳導(dǎo)通路，誘導(dǎo)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)；SLs不僅能促進(jìn)AM真菌與小麥根系的共生關(guān)系建立，還能通過(guò)與其他植物激素相互作用，調(diào)控氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)。通過(guò)精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，采用分根裝置，設(shè)置多個(gè)處理組，全面研究了信號(hào)物質(zhì)對(duì)小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，接種AM真菌能夠顯著促進(jìn)小麥的生長(zhǎng)，增加株高、地上部干重、根系長(zhǎng)度和根表面積，提高AM真菌侵染率和菌絲密度。氮、磷養(yǎng)分信號(hào)對(duì)小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的影響顯著，低氮條件下TaNRT2.1基因表達(dá)上調(diào)，低磷條件下TaPht1;4基因表達(dá)上調(diào)，以增強(qiáng)小麥對(duì)氮磷的吸收能力。菌根共生信號(hào)物質(zhì)Myc-factor和SLs也能顯著上調(diào)小麥根內(nèi)TaNRT2.1和TaPht1;4等氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)，且接種AM真菌與添加Myc-factor或SLs之間存在協(xié)同作用，進(jìn)一步促進(jìn)氮磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)。從分子生物學(xué)層面解析了信號(hào)物質(zhì)的調(diào)控機(jī)制，Myc-factor通過(guò)與小麥根系細(xì)