植物营养与分子生物学.pptx

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1、植物营养学 研究植物营养原理与施肥的科学。植物营养原理 研究植物对营养元素的吸收、运转、分配和利用，以及植物体与环境之间营养物质和能量转化过程及其调控的科学。第1页/共46页123土壤土壤根地上部BAP TX(P)(T)利用转移运输吸收养分营养第2页/共46页利用转移运输吸收养分营养植物必需营养元素（定义，分类，种类）？有益元素？每个必需营养元素的吸收（代谢与同化）、体内含量、分配、营养功能、缺乏（或中毒）症状（诊断）？每个必需营养元素所对应的肥料（种类、性质和施用技术等）？N,P,K 肥料三要素?微肥？单质肥料与复合肥料？有机与无机肥？含Cl-肥料与含SO4 2-肥料？施肥与环境？配方施肥？

2、第3页/共46页尤李比西(1803-1873)Liebig(1840)“Organic chemistry in its application to agriculture and physiology”A:Mineral Element Theory(矿质营养学说）B:Nutrient Return Theory（归还学说）C：Minimum Nutrient Law（最小养分律）第4页/共46页Macroelement C,H,O,N,P,K,Ca,Mg,SMicroelement Fe,Mn,Cu,Zn,B,Mo,Cl Beneficial element Na,Si,I,V,Co,N

3、i第5页/共46页COCO2 2第6页/共46页Uptake and distribution of boron at flowering stage(g)B-ineffi.B-effi.-B +B -B +BOldest leaf 11.02 17.27 7.70 13.70Youngest leaf 0.024 0.15 0.245 0.586 Main stem 10.55 28.72 23.73 26.68Flower 1.23 5.67 3.46 7.85Bud 1.84 11.48 1.96 7.00 Total 32.85 89.37 45.63 78.21第7页/共46页Enz

4、ymology第8页/共46页Isotope trace technique第9页/共46页Soil ScienceAgronomyTraditional Understanding on Plant NutritionPlant Nutrition Plant PhysiologyPlant PhysiologySoil ScienceSoil ScienceCrop Plant Soil Fertilizer 第10页/共46页Soil ScienceSoil SciencePlant Nutriology Plant Physiol.Plant Physiol.Molecular Bio

5、logyMolecular BiologyAgronomyAgronomyGeneticsGeneticsMolecular Molecular GeneticsGeneticsEnviron.Environ.EcologyEcologyModern Discipline of Plant NutritionMedical Medical ScienceScienceqGenomicsqProteomicsqMetabomicsqPlant NutriomicsqIonomics第11页/共46页Signal Signal transduction transduction Rec.Rec.P

6、lant Plant NutriomicsNutriomicsSignal Signal transduction transduction Rec.Rec.Plant Plant NutriomicsNutriomicsMllerandKersten,2003第12页/共46页第13页/共46页NRT1 family of nitrate transportersTwofamiliesofnitratetransportergeneshavebeenidentifiedtodate:theNRT1andNRT2families.CHL1 participates in both low an

7、d high affinity uptake.N第14页/共46页 NRT2 family of nitrate transporters The NRT2 family of genes encode nitrate-inducible,high affinity nitrate transporters.第15页/共46页第16页/共46页AMT1 family of NH4+transporters 第17页/共46页Model for the feedback regulation of the AtAMT1.1 gene by N metabolites.第18页/共46页第19页/

8、共46页A model for secondary Pi transport across the plasma membrane.P第20页/共46页第21页/共46页These nine Pht1 genes are located on chromosomes 1,2,3,and 5,respectively.The diagram depicts introns(thin lines)and exons(black boxes).第22页/共46页 Phylogenetic analysis of Arabidopsis phosphate transporter protein se

9、quences.第23页/共46页Citrate,acetatePhosphateFe-phosphateATPADP+PiH+-ATPaseH+H+H+Phosphate-H+cotransportCitrate,acetatePhosphateFe-acetateH+H+Fe-citrateFe3+reductaseFe2+Fe2+channelCitrateFe2+CytosolSoil第24页/共46页The first high-affinity K+transporter,HKT1,was cloned by complementation of yeast trk1trk2 K+

10、transport mutant with a cDNA library a mass of 59 kDa and contain 12 membrane-spanning domainsExpression of HKT1 in Xenopus oocytes gave rise to large inward currents in the present of K+.K第25页/共46页克隆到的编码K+转运蛋白的植物基因基因 物种 定位KAT1 拟南芥 保卫细胞和维管组织KST1 马铃薯 保卫细胞和花芽AKT1 拟南芥 表皮和皮层根组织AKT2/13 拟南芥 叶SKT1 马铃薯 根、叶的

11、表皮组织SKT2 马铃薯？SKT3 马铃薯？KCO1 拟南芥 花，全株小苗，叶SKOR 拟南芥 根星型细胞HKT1 小麦 根内皮层、根维管结构AtKUP1 拟南芥 根、叶、花AtKUP2 拟南芥 根、叶、花HvHAK1 大麦 根第26页/共46页 H+/Ca 2+反向转运子主要功能是维持细胞原生质膜保持较低的Ca 2+浓度。Ca Ca通道(主要通过与3-磷酸肌醇（IP3）或ADP-核糖作用)维持细胞原生质膜的Ca 2+浓度。第27页/共46页第28页/共46页 植物中广泛的代谢和发育信号都可以引发胞质中游离Ca 2+的提高。游离Ca 2+提高的直接作用目标包括离子通道，转运子，还包括钙调蛋白、

12、含有钙调蛋白域的蛋白激酶等。第29页/共46页Overview of sulfur uptake,reduction,and transport in plantsAPS:5-腺苷酰硫酸PAPS:3磷酸腺苷5-磷酰硫酸S第30页/共46页Model of a Plant S transporter with 12 regions spanning the plasma membrane第31页/共46页第32页/共46页EpidermisEndodermisCortexBar=50 m.(Casparian strip)BOR1 promoter-GFPBAt1g15460 At1g74810

13、 At2g47160 At3g06450At3g62270 At4g32510 At5g25430 第33页/共46页双子叶植物和非禾本科单子叶植物铁吸收模式图Fe第34页/共46页 从拟南芥中分离到根三价铁还原酶基因FRO2。它负责电子跨膜转运的黄色细胞色素超家族中的一员。第35页/共46页 拟南芥中分离到铁转运蛋白IRT1。IRT1WTIRT1-WT第36页/共46页ZIP微量元素转运基因小结基因 物种 克隆方法 定位 IRT1RIT1ZIP1ZIP2ZIP3ZIP4ZNT1拟南芥豌豆拟南芥拟南芥拟南芥拟南芥天蓝菥蓂Fe2+吸收Fe2+/Zn2+/Cd2+吸收Zn2+吸收Zn2+吸收Zn2

14、+吸收？Zn2+/Cd2+吸收根根根？根和苗根和苗根和苗第37页/共46页 抗盐性一般是多基因控制的，具有数量遗传性状的复杂性，呈“多因一效”的模式。第38页/共46页Numberofgenesinduced(A)orrepressed(B)inlowPi.Comparisonofshort-term(diamonds，3，6，12h),medium-term(squares,1,2d),andlong-term(circles,5M)experiments.Julieetal,PNAS,2005,102:11934-11939Invariousmetabolicpathways:iontra

15、nsport,signaltransduction,transcriptionalregulation,andotherprocessesrelatedtogrowthanddevelopment.第39页/共46页TransgenicWT导入柠檬酸合成酶提高Papaya耐铝毒能力 (Fuente JM et al 1997)第40页/共46页转基因植株和对照的田间表现。A 至D,盆载,E:水培，F、G和 H分别为低氮低磷和正常营养条件下田间的结果A：0 毫克磷每公斤土,B和D：30 毫克磷每公斤土,C：200 毫克磷每公斤土,(From Lian 2005)第41页/共46页UBI启动子Ex

16、tensin 信号肽 植酸酶基因 终止子植酸酶基因表达盒（FromChen2005）第42页/共46页(A)WT plants in the presence of 5 mM NaCl.(B)Transgenic plants in the presence of 5 mM NaCl.(D)WT plants grown in the presence of 200 mM NaCl.(E)Transgenic plants in the presence of 200 mM NaCl.2001,19:765-768nature biotechnology第43页/共46页Focus on ge

17、nes that control uptake and accumulation of solutes,including Ca,K,Mg,P(plant macronutrients),Co,Cu,Fe,Li,B,Mn,Mo,Ni,Se,Zn(micronutrients of significance to plant and human health As,Cd,Na and Pb(elements causing agricultural or environmental problems)Plant IonomicsDavid E.Salt.Plant Physiology,2004 第44页/共46页Thanks第45页/共46页感谢您的观看！第46页/共46页