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土壤碱化问题日益突出,然而时至今日,土壤碱胁迫这一严重环境问题却往往被忽视,甚至与盐胁迫混淆。目前关于植物抗碱机制所知甚少。前期工作已经明了碱胁迫强烈的干扰植物对氮的吸收和利用,进而影响植物的整个代谢过程,氮代谢调控在植物抗碱过程中可能起关键作用。本研究中,我们选用重要的粮食作物水稻作为实验材料。为了深入具体地研究碱胁迫下水稻氮代谢调控机制,我们分别设计了三个实验：第一,选用水稻模式品种“日本晴”作为实验材料,比较盐、碱两种胁迫对水稻氮代谢的影响；第二,选择抗碱水稻品种“长白九”和不抗碱水稻品种“吉粳88”作为实验材料,比较二者应对碱胁迫的氮代谢变化,找到二者抗碱性差异产生的生理及分子原因；第三,为了进一步证实碱胁迫下水稻氮代谢调节机制,我们比较了碱胁迫下不同发育程度的光合器官(老叶和新叶)的氮代谢差异。其主要结果和结论如下：1.碱胁迫对水稻氮代谢作用机制主要包括以下两个方面：①在根中,碱胁迫降低根中N03-含量进而导致两个严重的后果：一,硝酸还原酶基因(.OsNRl)表达大幅下调进而造成由硝酸还原酶还原得到的NH4+-含量下降；二,在碱胁迫下环境pH高达9.11,几乎所有的NH4+-都转化为NH3,导致根际NH4+-严重缺乏。水稻通过提高根中两个N03-转运体基因WsNRT1;2和OsNRT2;1)的表达来提高N03-吸收进而弥补N03-不足。根中NH4+转运体基因家族WsAMT)中几个成员在碱胁迫下表达上调可能是对根中NH4+-含量降低或者是对根际环境中NH4+-缺乏的一种响应,同样根中NADH-谷氨酸合酶(OsNADH-GOGAT)和谷氨酰胺合酶1；2(OsGS1;2)基因表达下调也可能是对NH4+-含量下降的适应性响应。②在地上部分,碱胁迫导致水稻茎叶过度积累Na+并达到毒害水平,直接破坏叶绿体和膜系统,影响植物体自身的光呼吸,导致NH4+-含量持续降低,进一步抑制叶绿体中OsFd-GOGAT和OsGS2基因表达。这些结果表明,碱胁迫强烈地影响氮代谢,植物响应碱胁迫的氮代谢调节机制极其复杂,值得深入研究。2.碱胁迫严重干扰碱敏感水稻品种氮代谢过程,抗碱水稻品种能够维持正常的氮代谢过程。碱胁迫对抗碱水稻“长白九”地上部分OsFd-GOGAT和OsGS2基因表达影响不大,却明显降低它们在敏感水稻吉粳-88中的表达；同时,碱胁迫强烈刺激谷氨酸脱氢酶1基因(OsGDHl)、OsGDH2和OsGDH3在吉粳-88茎叶中的表达,但这三个基因在抗碱品种中保持不变。这表明,碱胁迫可能已经改变了敏感水稻品种茎叶NH4+-同化途径,削弱GS2/GOGAT氨同化途径而增强GDH途径。碱胁迫可能破坏敏感水稻品种光合系统,碱胁迫导致吉粳-88茎叶过度积累Na+到毒害水平,直接破坏叶绿体并影响光合作用及光呼吸,进而导致地上部分中OsGS2和OsFd-GOGAT基因表达下调。总之,碱敏感水稻品种地上部分Na+-积累到毒害水平而改变氨同化途径,而抗碱水稻仍能维持正常的氮代谢过程,保证地上部分相对高的OsGS2和OsFd-GOGAT表达水平,进而维持正常的生长、发育和代谢。3.碱胁迫对老叶氮代谢的影响不大,但严重干扰幼嫩叶片的氮代谢过程。碱胁迫明显抑制水稻老叶生长,却轻微影响新叶生长,这可能是植物应对胁迫的一种适应性策略,水稻通过牺牲老叶来保护幼嫩器官。水稻主要将大量有毒离子区隔至老叶中以保护新叶和整个绿色部分免受离子毒害。碱胁迫对水稻老叶离子平衡的影响大于对新叶的影响,但对新叶氮代谢影响比老叶更明显。碱胁迫基本没有影响老叶OsFd-GOGAT和OsGS2的表达,却明显降低它们在新叶中的表达。碱胁迫后新叶中OsFd-GOGAT和OsGS2表达下调可能是对新叶中NO3-含量降低的一种适应性响应,新叶中N03-缺乏可能导致OsNRl表达下调进而导致游离NH4+-的缺乏,这可能是碱胁迫后新叶中OsFd-GOGAT和OsGS2下调的主要原因。