水稻OsENOD93b基因組織表達模式與生物信息學分析

2024年3月9日發(作者：教學環節有哪些)

何雨航，杜易桓，郭　昊，等．水稻ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因組織表達模式與生物信息學分析［Ｊ］．江蘇農業科學，２０２１，４９（７）：６７－７１．

ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２１．０７．０１１

—６７—

水稻ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因組織表達模式與生物信息學分析

何雨航，杜易桓，郭　昊，趙　

??

，馬銀花

（湖南人文科技學院農業與生物技術學院／農田雜草防控技術與應用協同創新中心，湖南婁底４１７０００）

　　摘要：主要探究ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因在水稻中的組織表達模式，并對其作生物信息學分析。采用實時熒光定量ＰＣＲ

技術分析ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因的表達模式。用ＥｘＰＡＳｙ－Ｐｒｏｔｐａｒａｍ、Ｐｒｏｔｓｃａｌｅ、ＣＤＤ、ＳＯＰＭＡ、Ｐｈｙｒｅ２、Ｐｓｏｒｔ等在線工具對

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ進行生物信息學分析。經組織表達模式分析可知，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因在葉片中的含量最多，其次是莖，含量

最少的為根。通過ＥｘＰＡＳｙ－Ｐｒｏｔｐａｒａｍ分析發現，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ分子量為１６．４２９８９ｋｕ，是一種具有親水性的不穩定的

堿性蛋白。該蛋白屬于ＥＮＯＤ９３超級家族。通過ＳＯＰＭＡ在線軟件對ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的二級結構進行分析預測，發

現其由無規則卷曲（４１．５６％）、螺旋（３９．６１％）、延伸鏈區（１４．９４％）和

β

－轉角（３．９０％）４種形式組成。此外，利

α

－

用不同在線工具對ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的三級結構、保守區域、亞細胞定位進行生物信息學分析。結果表明，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ

基因在進化過程中具有一定的保守性，并有多樣的潛在功能待研究。研究結果為進一步探明ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因的生物

學功能提供了依據。

　　關鍵詞：水稻；ＥＮＯＤ；ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ；組織表達模式分析；生物信息學

　　中圖分類號：Ｑ７８　　文獻標志碼：Ａ　　文章編號：１００２－１３０２（２０２１）０７－００６７－０４

　　水稻（ＯｒｙｚａｓａｔｉｖａＬ．）是稻屬谷類作物，這類經

濟作物需要吸收氮素合成自身需要的營養物質，因

此對水稻結瘤固氮潛能進行研究具有重大的經濟

１－２］

意義

［

。生物學上一般把宿主植物基因編碼的根

ＡｓｔｒａｇａｌｕｓｓｉｎｉｃｕｓＬ．）的Ａｓ２５９、ＡｓＧ２５１１、（

Ⅱ

Ｃ

ＡｓＮＯＤＦ３２及百脈根（ＬｏｔｕｓｃｏｒｎｉｃｕｌａｔｕｓＬｉｎｎ．）的

８－１５］

ＬｊＣｙｐ５等

［

。到目前為止，大豆早期結瘤素中研

究得最清楚的是Ｎ－７５基因，晚期結瘤素中研究得

較清楚的是豆血紅蛋白，它是豆科植物根瘤內的一

種血紅蛋白，主要功能是運輸氧、降低擬菌體周圍

４］

的氧分壓

［

。

瘤特異性蛋白統稱為結瘤素，編碼這些物質的基因

３］

稱為結瘤素基因

［

。按照結瘤素基因出現的早晚

和功能不同，將其分為早期結瘤素基因、晚期結瘤

４－５］

。根據不同結瘤基因突變體對結瘤過程素基因

［

利用ＥＮＯＤＺ的ｍＲＮＡ作探針進行研究發現，

在豌豆、菜豆及苜蓿中都有１段與ＥＮＯＤＺ同源的

基因。另外有據報道顯示，不同宿主植物內含有的

早期結瘤素基因的類型不同，但均含有Ｅｎｏｄ２、

［１６－１７］

Ｅｎｏｄ５、Ｅｎｏｄ１２、Ｅｎｏｄ４０。ＥＮＯＤ９３就是一種早

的影響，將結瘤基因分為共同結瘤基因、寄主專一

６］

性基因、調節基因三大類

［

。早期結瘤素基因參與

根瘤菌的侵染和根瘤發育過程，而晚期結瘤素基因

７］

主要負責根瘤的功能

［

。早期結瘤素基因包括豌

豆（ＰｉｓｕｍｓａｔｉｖｕｍＬ．）中的ＰｓＳＹＭ１０、ＰｓＥＮＯＤ５、

ＰｓＥＮＯＤ１２Ａ，大豆［Ｇｌｙｃｉｎｅｍａｘ（Ｌｉｎｎ．）Ｍｅｒｒ．］中的

ＥＮＯＤ２Ｂ、蠟梅［Ｃｈｉｍｏｎａｎｔｈｕｓｐｒａｅｃｏｘ（Ｌｉｎｎ．）

Ｌｉｎｋ．］中的ＣｐＮＯＤ等。晚期結瘤素基因有紫云英

收稿日期：２０２０－０８－２５

基金項目：湖南省自然科學基金（編號：２０１９ＪＪ５０２８１）；湖南省教育廳

項目（編號：１８Ｂ４５５）；國家級大學生創新創業訓練計劃平臺項目

２０１９１０５５３０２７Ｘ）。（編號：

作者簡介：何雨航（１９９９—），女，湖南邵陽人，主要從事水稻遺傳及轉

基因方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：１８３５１４７７１３＠ｑｑ．ｃｏｍ。

通信作者：馬銀花，博士，講師，主要從事水稻遺傳及轉基因方面的研

ｍａｉｌ：ｍａｙｉｎｈｕａ１９８８＠１２６．ｃｏｍ。究。Ｅ－

期結瘤素，它在根瘤形成過程中的作用機制及在非

豆科植物中的功能并不明確，還有待進一步的研

４］

究

［

。此外，Ｓｙｍ（ｓｙｍｂｉｏｔｉｃ）基因也屬于早期結瘤

１８］

。素基因，它是一類存在于豌豆中的共生基因

［

研究人員利用生物信息學方法證明，水稻基因

組有３１個基因與結瘤素基因具有高度同源性，如水

稻基因ＣＡＣ３９０５０、Ｓ２３５４３、ＢＡＢ６３８３３、ＢＡＢ９３３５２與

７］

結瘤素基因的同源性高達７０％以上

［

。據報道，大

豆早期結瘤素基因Ｇｍｅｎｏｄ４０和水稻早期結瘤素基

１９－２０］

因Ｏｓｅｎｏｄ４０的表達模式相似

［

。此外，已發表

的文獻顯示，豆科植物苜蓿的早期結瘤索基因

２，２１］

Ｍｒｅｎｏｄ４０在水稻、苜蓿中的表達方式相同

［

。水

—６８—

稻結瘤素的研究對于提高水稻產量和經濟價值有

著舉足輕重的作用，發現更多具有特異性功能的結

瘤素家族成員也是目前研究的重要任務。

本試驗以水稻為研究對象，對篩選出的

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ（ＬＯＣ＿Ｏｓ０２ｇ１３３８０）進行理化性質分析

與親水性疏水性、保守區域、蛋白二級、三級結構預

測，并進行亞細胞定位，以期為深入研究該基因提

供理論依據，豐富水稻結瘤素基因家族的種類。

１　材料與方法

１．１　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的生物信息學預測

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的理化性質使用線上工具

ＥｘＰＡＳｙ－Ｐｒｏｔｐａｒａｍ進行分析；親水性、疏水性使用

Ｐｒｏｔｓｃａｌｅ線上軟件進行分析；蛋白保守功能區通過

ＣＤＤ軟件進行在線分析；蛋白二級結構使用線上工

具ＳＯＰＭＡ進行分析；蛋白三級結構通過Ｐｈｙｒｅ２軟

ｓｏｒｔ進件進行預測，蛋白亞細胞定位使用在線網站Ｐ

［２２］

行分析。上述各軟件的網址見表１。

１．２　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ組織表達模式分析

首先進行水稻各組織器官總ＲＮＡ的提取，其次，

將獲得的ＲＮＡ進行反轉錄形成ｃＤＮＡ，以此進行組織

２３－２４］

表達模式分析，具體步驟參考Ｍａ等的方法

［

。

表１　分析軟件的名稱和網址

軟件名稱

ＥｘＰＡＳｙ－Ｐｒｏｔｐａｒａｍ

Ｐｒｏｔｓｃａｌｅ

ＣＤＤ

ＳＯＰＭＡ

Ｐｈｙｒｅ２

Ｐｓｏｒｔ

ｈｔｔｐｓ：／／ｗｅｂ．ｅｘｐａｓｙ．ｏｒｇ／ｐｒｏｔｐａｒａｍ／

：／／ｗｅｂ．ｅｘｐａｓｙ．ｏｒｇ／ｐｒｏｔｓｃａｌｅ／ｈｔｔｐｓ

：／／ｗｗｗ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ／ｃｄｄ／ｗｒｐｓｂ．ｃｇｉｈｔｔｐｓ

ｈｔｔｐｓ：／／ｎｐｓａ－ｐｒａｂｉ．ｉｂｃｐ．ｆｒ／ｃｇｉ－ｂｉｎ／ｎｐｓａ＿ａｕｔｏｍａｔ．ｐｌ？ｐａｇｅ＝ｎｐｓａ＿ｓｏｐｍａ．ｈｔｍｌ

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｂｇ．ｂｉｏ．ｉｃ．ａｃ．ｕｋ／ｐｈｙｒｅ２／ｈｔｍｌ／ｐａｇｅ．ｃｇｉ？ｉｄ＝ｉｎｄｅｘ

：／／ｗｗｗ．ｇｅｎｓｃｒｉｐｔ．ｃｏｍ／ｐｓｏｒｔ．ｈｔｍｌｈｔｔｐｓ

網址

２　結果與分析

２．１　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白理化性質分析與親水性預測

ＥｘＰＡＳｙ－Ｐｒｏｔｐａｒａｍ線上軟件的分析結果表明，

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ是１個由１５４個氨基酸構成、分子式為

ＣＨＮＯＳ、相對分子量為１６．４２９８９ｋｕ、理

７１１１１８１２２７２１０５

ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｐＩ）為１１．４２的蛋白質。該蛋論等電點（

白質富含強堿性氨基酸［包括精氨酸（Ａｒｇ）、賴氨酸

（Ｌｙｓ）等，共計２３個］，且含有大量強酸性氨基酸

［包括天冬氨酸（Ａｓｐ）、谷氨酸（Ｇｌｕ），共計９個］。

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的不穩定指數為６７．０９，表現出不

１．８８。表２關于氨基酸組穩定性，其脂肪系數為８

成的分析結果顯示，丙氨酸（Ａｌａ）、精氨酸、絲氨酸

（Ｓｅｒ）、亮氨酸（Ｌｅｕ）、脯氨酸（Ｐｒｏ）、甘氨酸（Ｇｌｙ）、

纈氨酸（Ｖａｌ）所占比例較高，分別為１４．９％、

１０４％、９．１％、７．１％、７．１％、６．５％、６．５％，色氨酸

（Ｔｒｐ）、酪氨酸（Ｔｙｒ）所占比例較低，都為０．６％。用

Ｐｒｏｔｓｃａｌｅ線上工具對ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的親水性進

行預測，發現ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的氨基酸組成中既

），其中主要包有親水氨基酸，又有疏水氨基酸（圖１

含親水性氨基酸，因此判斷該蛋白為親水性蛋白。

綜上，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白是１個具有親水性的不穩定

的堿性蛋白。

表２　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白不同氨基酸所占比例

氨基酸含量

Ａｌａ，Ａ）丙氨酸（

精氨酸（Ａｒｇ，Ｒ）

天冬酰胺（Ａｓｎ，Ｎ）

天冬氨酸（Ａｓｐ，Ｄ）

半胱氨酸（Ｃｙｓ，Ｃ）

谷氨酰胺（Ｇｌｎ，Ｑ）

谷氨酸（Ｇｌｕ，Ｅ）

甘氨酸（Ｇｌｙ，Ｇ）

組氨酸（Ｈｉｓ，Ｈ）

異亮氨酸（Ｉｌｅ，Ｉ）

亮氨酸（Ｌｅｕ，Ｌ）

賴氨酸（Ｌｙｓ，Ｋ）

甲硫氨酸（Ｍｅｔ，Ｍ）

苯丙氨酸（Ｐｈｅ，Ｆ）

脯氨酸（Ｐｒｏ，Ｐ）

絲氨酸（Ｓｅｒ，Ｓ）

蘇氨酸（Ｔｈｒ，Ｔ）

色氨酸（Ｔｒｐ，Ｗ）

酪氨酸（Ｔｙｒ，Ｙ）

纈氨酸（Ｖａｌ，Ｖ）

數量

（個）

２３

１６

８

４

２

５

５

１０

２

８

１１

７

３

４

１１

１４

９

１

１

１０

占比

（％）

１４．９

１０．４

５．２

２．６

１．３

３．２

３．２

６．５

１．３

５．２

７．１

４．５

１．９

２．６

７．１

９．１

５．８

０．６

０．６

６．５

２．２　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的保守域

用ＣＤＤ在線軟件對ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的保守功

—６９—

能域進行預測，由圖２可知，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因的特

定匹配（ｓｐｅｃｉｆｉｃｈｉｔｓ）和非特定匹配（ｎｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ

）都在ＥＮＯＤ９３，且該蛋白屬于ＥＮＯＤ９３ｈｉｔｓ

ｓｕｐｅｒｆａｍｉｌｙ（ＥＮＯＤ９３超級家族）。

２．３　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的二級結構

利用線上工具ＳＯＰＭＡ預測ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白

的二級結構。由圖３可以看出，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的

二級結構主要由無規則卷曲（４１．５６％）、

α

－螺旋

（３９．６１％）、延伸鏈區（１４．９４％）和

β

－轉角

（３９０％）組成。因此可知，該蛋白的空間構象可能

主要由無規則卷曲結構構成。

２．４　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的三級結構預測

利用線上工具Ｐｈｙｒｅ２預測ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的

三級結構。由圖４可以看出，該蛋白只含有１條肽

鏈，沒有三級結構，說明該蛋白空間構象較簡單，且

不能折疊形成特異的空間構象。

２．５　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的亞細胞定位

通過線上工具Ｐｓｏｒｔ對ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白進行亞

細胞定位，結果（表３）表明，該蛋白定位在線粒體的

可能性為３０．４％，定位在細胞質的可能性為

２６．１％，定位在細胞核、內質網、高爾基體、液泡、分

泌系統囊泡、細胞外（包括細胞壁）等地方的可能性

分別為８．７％、８．７％、８．７％、８．７％、４．３％、４．３％。

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白定位在線粒體根據上述數據推測，

的可能性最大，其次是細胞質，也可能是胞核、內質

網、高爾基體、液泡、分泌系統囊泡和細胞外（包括細

胞壁）。

２．６　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因組織表達模式分析

首先，通過特定方法提取水稻根、莖、葉的

ＲＮＡ，將其反轉錄成ｃＤＮＡ。其次，利用實時熒光定

量ＰＣＲ的方法，檢測ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因在不同組織

器官中的表達水平。研究結果顯示，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基

—７０—

表３　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白定位在不同亞細胞結構中的可能性

亞細胞結構

線粒體

細胞質

細胞核

內質網

液泡

高爾基體

可能性

（％）

３０．４

２６．１

８．７

８．７

８．７

８．７

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ在線粒體中的詳細功能。后續將對

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ進行功能性研究，以期發現對未來新型

水稻品種有利的功能。

４　結論

組織表達模式分析結果表明，ＯｓＮＯＤ９３ｂ參與

各組織的表達，在葉中的表達明顯。通過ＥｘＰＡＳｙ－

Ｐｒｏｔｐａｒａｍ在線軟件預測可知，ＯｓＮＯＤ９３ｂ是一個具

有親水性、保守的、堿性的、不穩定的蛋白分子，亞

分泌系統囊泡４．３

細胞外（包括細胞壁）４．３

因的總體表達水平相對較高，在根、莖、葉器官中均

有表達，在葉中的表達量最高，其次是莖中，表達量

最少的為根中（圖５）。上述結果表明，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ

的功能在不同植物中可能具有一定的潛在多樣性。

３　討論

本研究發現，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ在水稻根、莖、葉中有

不同水平的表達，在葉中的表達量最高，在根、莖中

的表達量相對較低。但是根據其在各組織中均有

表達，且相對表達量較高的情況來看，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ

基因在水稻早期結瘤素家族中有著舉足輕重的地

位。因此，對ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ表達的特異性進行詳細研

究，有助于探明ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白功能的特異性。

生物信息學分析發現，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白是一個

親水的、不穩定的堿性蛋白，屬于ＥＮＯＤ９３

ｓｕｐｅｒｆａｍｉｌｙ（ＥＮＯＤ９３超級家族）。蛋白二級結構預

測發現，該蛋白晶體的空間構象可能是以無規則卷

曲結構構成的；ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白沒有三級結構，由

１條鏈組成；此外，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白定位預測結果

表明，它定位于線粒體的可能性最大，比定位在細

胞質的可能性更大。由此可見，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白極

有可能在線粒體中表達其功能。但目前尚未發現

細胞定位預測結果顯示，該蛋白可能在定位線粒體

中，以高水平、保守的方式調控水稻的重要生物學

功能及作用機制。

參考文獻：

［１］ＤｅｙＭ，ＤａｔｔａＳＫ．Ｐｒｏｍｉｓｃｕｉｔｙｏｆｈｏｓｔｉｎｇｎｉｔｒｏｇｅｎｆｉｘａｔｉｏｎｉｎｒｉｃｅ：ａｎ

ｏｖｅｒｖｉｅｗｆｒｏｍｔｈｅｌｅｇｕｍｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ［Ｊ］．ＣｒｉｔｉｃａｌＲｅｖｉｅｗｓｉｎ

Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，２２（３）：２８１－３１４．

［２］王彥章，俞冠翹，沈善炯，等．大豆早期結瘤素基因ｅｎｏｄ２Ｂ啟動

子在水稻中的表達受結瘤因子誘導［Ｊ］．科學通報，２００４，４９

（３）：２３８－２４４．

［３］曹　鵬．放線菌根瘤結構及四川榿木光合特性研究［Ｄ］．南京：

南京林業大學，２００８：１－７５．

［４］王洪隆，荊玉祥．豆科植物根瘤發生的分子生物學［Ｊ］．植物學

通報，１９９１，８（１）：１－８．

［５］王　?．蠟梅結瘤素基因ＣｐＮＯＤ的克隆與表達分析［Ｄ］．重

慶：西南大學，２０１２：１－７５．

［６］樊妙姬，陳麗梅，馬慶生．根瘤菌共生結瘤基因的分子遺傳學研

究進展［Ｊ］．遺傳，１９９８（２）：３－５．

［７］王彥章，俞冠翹，朱家壁．水稻中結瘤素基因的同源基因研究

［Ｊ］．中國水稻科學，２００５，１９（３）：２０２－２０８．

［８］謝玉會，田婷婷，黃國棟，等．豌豆早期結瘤素基因ＰｓＳＹＭ１０的

克隆及其表達載體的構建［Ｊ］．西南大學學報（自然科學版），

２０１０，３２（６）：６９－７２．

［９］ＡｌｂｒｅｃｈｔＣ，ＧｅｕｒｔｓＲ，ＬａｐｅｙｒｉｅＦ，ｅｔａｌ．Ｅｎｄｏｍｙｃｏｒｒｈｉｚａｅａｎｄ

ｒｈｉｚｏｂｉａｌＮｏｄｆａｃｔｏｒｓｂｏｔｈｒｅｑｕｉｒｅＳＹＭ８ｔｏｉｎｄｕｃｅｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆ

ｔｈｅｅａｒｌｙｎｏｄｕｌｉｎｇｅｎｅｓＰｓＥＮＯＤ５ａｎｄＰｓＥＮＯＤ１２Ａ［Ｊ］．ＴｈｅＰｌａｎｔ

Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９８：１５（５）：６０５－６１４．

［１０］王洪偉，張興國，黎　林，等．豌豆早期結瘤素基因ＥＮＯＤ１２Ａ的

克隆及與ＰｓＬｅｃｔｉｎ基因雙元表達載體的構建［Ｊ］．西南師范大

學學報（自然科學版），２００９，３４（３）：２０２－２０５．

［１１］王彥章，俞冠翹，沈善炯，等．大豆早期結瘤素基因ｅｎｏｄ２Ｂ啟動

子在水稻中的表達受結瘤因子誘導［Ｊ］．科學通報，２００４，４９

（３）：２３８－２４４．

［１２］王　?，湯　玲，眭順照，等．蠟梅結瘤素基因ＣｐＮＯＤ的克隆與表

達分析［Ｊ］．西南大學學報（自然科學版），２０１３，３５（２）：２０－２６．

［１３］丑敏霞，魏新元，陳大松，等．紫云英參與共生固氮的２個新結瘤

基因的分離與鑒定［Ｊ］．科學通報，２００７，５２（１８）：２１４０－２１４６．

［１４］李一星．半胱氨酸蛋白酶基因Ａｓｎｏｄｆ３２在紫云英根瘤衰老過程

中的功能研究［Ｄ］．武漢：華中農業大學，２００９．

楊濱娟，張穎睿，袁嘉欣，等．紫云英與氮肥配施對水稻氮素吸收利用的影響［Ｊ］．江蘇農業科學，２０２１，４９（７）：７１－７７．

ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２１．０７．０１２

—７１—

紫云英與氮肥配施對水稻氮素吸收利用的影響

楊濱娟，張穎睿，袁嘉欣，黃國勤

（江西農業大學農學院／江西農業大學生態科學研究中心，江西南昌３３００４５）

　　摘要：為了探明紫云英還田配施減量氮肥的作用機制，為南方稻田合理施肥提供理論指導和技術支撐。在“紫云

英－雙季稻”復種型農作制度基礎上，采用大田試驗，設置３個梯度的紫云英還田量，并配施相應的減量氮肥，以常規

施肥作對照，分析不同紫云英與氮肥配施比例對水稻產量、干物質積累情況以及氮素積累的影響，并利用施氮量和水

２２

稻產量建立純Ｎ－紫云英－水稻產量的關系模型。研究表明：紫云英２７０００ｋｇ／ｈｍ＋純Ｎ１２０ｋｇ／ｈｍ有提高早稻產

２２２

量的趨勢，紫云英４５０００ｋｇ／ｈｍ＋純Ｎ６０ｋｇ／ｈｍ的晚稻產量最高，從全年產量來看，紫云英３６０００ｋｇ／ｈｍ＋純Ｎ

２

９０ｋｇ／ｈｍ表現最佳。與常規施肥相比，翻壓紫云英還田可以提高早稻中后期干物質積累比例，提高植株氮素積累量

和氮收獲指數。紫云英替代系數的變化表明，在早稻供氮量充足的情況下，隨著紫云英還田量在全部施肥量中比例的

增加，紫云英替代氮肥效應的能力逐漸減弱。

　　關鍵詞：水稻；施氮水平；紫云英；氮素吸收利用；關系模型

　　中圖分類號：Ｓ５５１；Ｓ３４４　　文獻標志碼：Ａ　　文章編號：１００２－１３０２（２０２１）０７－００７１－０７

　　長江中下游冬閑田、冬季光溫水熱等資源的合

１－２］

理開發利用一直是我國重點關注的農業問題

［

。

獲后由于茬口緊、冬種作物品種少、經濟效益低等

原因，９０％以上的農戶會選擇撂荒，造成土地和光、

３－５］

溫、水、熱資源的嚴重浪費

［

。利用冬閑田種植紫

江西、湖南等省是我國雙季稻主產區，但在晚稻收

收稿日期：２０２０－０７－０６

基金項目：國家重點研發計劃（編號：２０１６ＹＦＤ０３００２０８）；國家自然科

學基金（編號：４１６６１０７０）。

作者簡介：楊濱娟（１９８５—），女，山東淄博人，博士，助理研究員，主要

從事耕作制度與農業生態研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｂｉｎｊｕａｎ＠ｊｘａｕ．

ｅｄｕ．ｃｎ。

通信作者：黃國勤，博士，教授，主要從事作物學、生態學、農業發展與

區域農業、資源環境與可持續發展等研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｇｑｊｘｅｓ＠

ｓｉｎａ．ｃｏｍ。

云英、油菜等綠肥，可以美化農村環境，帶動當地旅

６］

，還可以減少粉塵揚灰，降游產業的興起和發展

［

７］

低霧霾指數，有利于改善空氣質量

［

，能夠防止水

８－９］

土流失，改善土壤肥力，維持稻田生態環境

［

。氮

１０］

，但氮肥素是水稻生長必不可少的營養元素之一

［

的過量施用，不僅會導致水稻貪青晚熟、倒伏減產，

１１］

降低氮肥利用效率

［

，還極易造成土壤中氮素盈

余，導致農業資源浪費、水體富營養化等環境問

櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄

［１５］茍洪蘭．半胱氨酸蛋白酶基因在百脈根根瘤衰老中的功能研究

［Ｄ］．武漢：華中農業大學，２０１２．

［１６］黃家風，李克梅，王愛英，等．豆科植物－根瘤菌共生固氮的分

子機理［Ｊ］．石河子大學學報（自然科學版），２００２，６（１）：７４－

７８．　

［１７］ＢｏｒｉｓｏｖＡＹ，ＴｓｙｇａｎｏｖＶＥ，ＯｖｔｓｙｎａＡＯ，ｅｔａｌ．Ｇｅｎｅｔｉｃｐｒｏｇｒａｍｓ

ｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎｏｄｕｌｅｓａｎｄＡｒｂｕｓｃｕｌａｒｍｙｃｏｒｒｈｉｚａｉｎＬｅｇｕｍｅｓ：

ｓｏｌｉｄｆａｃｔｓａｎｄｕｎｓｏｌｖｅｄｐｒｏｂｌｅｍｓ［Ｃ］／／ＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＡｇｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄ

ｔｈｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ１４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＮｉｔｒｏｇｅｎ

，２００４：２６１－２６３．ＦｉｘａｔｉｏｎＣｏｎｇｒｅｓｓ．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ

［１８］黎　林．豌豆早期結瘤素基因克隆及ＰｓＥＮＯＤ１２Ａ與ＰｓＬｅｃｔｉｎ

基因導入煙草研究［Ｄ］．重慶：西南大學，２００９：１－７１．

［１９］ＲｅｄｄｙＰＭ，ＡｇｇａｒｗａｌＲＫ，ＲａｍｏｓＭＣ，ｅｔａｌ．Ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ

ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｈｏｍｏｌｏｇｕｅｏｆｔｈｅｅａｒｌｙｎｏｄｕｌｉｎ（ＥＮＯＤ）ｇｅｎｅｓｉｎ

Ｏｒｙｚａｓｐｅｃｉｅｓａｎｄｒｅｌａｔｅｄｇｒａｓｓｅｓ［Ｊ］．ＢｉｏｃｈｅｍｉｃａｌａｎｄＢｉｏｐｈｙｓｉｃａｌ

，１９９９，２５８（１）：１４８－１５４．ＲｅｓｅａｒｃｈＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ

［２０］ＫｏｕｃｈｉＨ，ＴａｋａｎｅＫＩ，ＳｏＲＢ，ｅｔａｌ．ＲｉｃｅＥＮＯＤ４０：ｉｓｏｌａｔｉｏｎａｎｄ

ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｉｎｒｉｃｅａｎｄｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｓｏｙｂｅａｎｒｏｏｔｎｏｄｕｌｅｓ［Ｊ］．

ＴｈｅＰｌａｎｔＪｏｕｒｎａｌ，１９９９，１８（２）：１２１－１２９．

［２１］ＤｅｙＭ，ＴｏｒｒｉｚｏＬＢ，ＣｈａｕｄｈｕｒｉＲＫ，ｅｔａｌ．Ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｒｉｃｅ

ｈａｒｂｏｕｒｉｎｇｌｅｇｕｍｅＥＮＯＤ４０ｇｅｎｅ［Ｊ］．ＲｉｃｅＧｅｎｅｔＮｅｗｓｌ，１９９９，１６：

１４７－１４９．

［２２］高　南，李俊林，郝東利，等．ＯｓＡＫＴ２／３基因的生物信息學分析

Ｊ］．江蘇農業科學，２０１５，４３（９）：２５－２７．［

［２３］ＭａＹＨ，ＺｈａｏＹ，ＳｈａｎｇｇｕａｎＸＸ，ｅｔａｌ．ＯｖｅｒｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆＯｓＲＲＫ１

ｃｈａｎｇｅｓｌｅａｆｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｄｅｆｅｎｓｅｔｏｉｎｓｅｃｔｉｎｒｉｃｅ［Ｊ］．Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ

ｉｎＰｌａｎｔＳｃｉｅｎｃｅ，２０１７，８：１－１４．

［２４］馬銀花，李萍芳，何雨航，等．水稻ＯｓＲＲＫ１蛋白的進化分析及

其亞細胞定位［Ｊ］．信陽師范學院學報（自然科學版），２０２０，３３

（３）：３７１－３７６．