水稻OsENOD93b基因组织表达模式与生物信息学分析

2024年3月9日发(作者：教学环节有哪些)

何雨航，杜易桓，郭　昊，等．水稻ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因组织表达模式与生物信息学分析［Ｊ］．江苏农业科学，２０２１，４９（７）：６７－７１．

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

—６７—

水稻ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因组织表达模式与生物信息学分析

何雨航，杜易桓，郭　昊，赵　

󰀡

，马银花

（湖南人文科技学院农业与生物技术学院／农田杂草防控技术与应用协同创新中心，湖南娄底４１７０００）

　　摘要：主要探究ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因在水稻中的组织表达模式，并对其作生物信息学分析。采用实时荧光定量ＰＣＲ

技术分析ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因的表达模式。用ＥｘＰＡＳｙ－Ｐｒｏｔｐａｒａｍ、Ｐｒｏｔｓｃａｌｅ、ＣＤＤ、ＳＯＰＭＡ、Ｐｈｙｒｅ２、Ｐｓｏｒｔ等在线工具对

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ进行生物信息学分析。经组织表达模式分析可知，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因在叶片中的含量最多，其次是茎，含量

最少的为根。通过ＥｘＰＡＳｙ－Ｐｒｏｔｐａｒａｍ分析发现，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ分子量为１６．４２９８９ｋｕ，是一种具有亲水性的不稳定的

碱性蛋白。该蛋白属于ＥＮＯＤ９３超级家族。通过ＳＯＰＭＡ在线软件对ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的二级结构进行分析预测，发

现其由无规则卷曲（４１．５６％）、螺旋（３９．６１％）、延伸链区（１４．９４％）和

β

－转角（３．９０％）４种形式组成。此外，利

α

－

用不同在线工具对ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的三级结构、保守区域、亚细胞定位进行生物信息学分析。结果表明，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ

基因在进化过程中具有一定的保守性，并有多样的潜在功能待研究。研究结果为进一步探明ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因的生物

学功能提供了依据。

　　关键词：水稻；ＥＮＯＤ；ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ；组织表达模式分析；生物信息学

　　中图分类号：Ｑ７８　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００２－１３０２（２０２１）０７－００６７－０４

　　水稻（ＯｒｙｚａｓａｔｉｖａＬ．）是稻属谷类作物，这类经

济作物需要吸收氮素合成自身需要的营养物质，因

此对水稻结瘤固氮潜能进行研究具有重大的经济

１－２］

意义

［

。生物学上一般把宿主植物基因编码的根

ＡｓｔｒａｇａｌｕｓｓｉｎｉｃｕｓＬ．）的Ａｓ２５９、ＡｓＧ２５１１、（

Ⅱ

Ｃ

ＡｓＮＯＤＦ３２及百脉根（ＬｏｔｕｓｃｏｒｎｉｃｕｌａｔｕｓＬｉｎｎ．）的

８－１５］

ＬｊＣｙｐ５等

［

。到目前为止，大豆早期结瘤素中研

究得最清楚的是Ｎ－７５基因，晚期结瘤素中研究得

较清楚的是豆血红蛋白，它是豆科植物根瘤内的一

种血红蛋白，主要功能是运输氧、降低拟菌体周围

４］

的氧分压

［

。

瘤特异性蛋白统称为结瘤素，编码这些物质的基因

３］

称为结瘤素基因

［

。按照结瘤素基因出现的早晚

和功能不同，将其分为早期结瘤素基因、晚期结瘤

４－５］

。根据不同结瘤基因突变体对结瘤过程素基因

［

利用ＥＮＯＤＺ的ｍＲＮＡ作探针进行研究发现，

在豌豆、菜豆及苜蓿中都有１段与ＥＮＯＤＺ同源的

基因。另外有据报道显示，不同宿主植物内含有的

早期结瘤素基因的类型不同，但均含有Ｅｎｏｄ２、

［１６－１７］

Ｅｎｏｄ５、Ｅｎｏｄ１２、Ｅｎｏｄ４０。ＥＮＯＤ９３就是一种早

的影响，将结瘤基因分为共同结瘤基因、寄主专一

６］

性基因、调节基因三大类

［

。早期结瘤素基因参与

根瘤菌的侵染和根瘤发育过程，而晚期结瘤素基因

７］

主要负责根瘤的功能

［

。早期结瘤素基因包括豌

豆（ＰｉｓｕｍｓａｔｉｖｕｍＬ．）中的ＰｓＳＹＭ１０、ＰｓＥＮＯＤ５、

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

ＥＮＯＤ２Ｂ、蜡梅［Ｃｈｉｍｏｎａｎｔｈｕｓｐｒａｅｃｏｘ（Ｌｉｎｎ．）

Ｌｉｎｋ．］中的ＣｐＮＯＤ等。晚期结瘤素基因有紫云英

收稿日期：２０２０－０８－２５

基金项目：湖南省自然科学基金（编号：２０１９ＪＪ５０２８１）；湖南省教育厅

项目（编号：１８Ｂ４５５）；国家级大学生创新创业训练计划平台项目

２０１９１０５５３０２７Ｘ）。（编号：

作者简介：何雨航（１９９９—），女，湖南邵阳人，主要从事水稻遗传及转

基因方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：１８３５１４７７１３＠ｑｑ．ｃｏｍ。

通信作者：马银花，博士，讲师，主要从事水稻遗传及转基因方面的研

ｍａｉｌ：ｍａｙｉｎｈｕａ１９８８＠１２６．ｃｏｍ。究。Ｅ－

期结瘤素，它在根瘤形成过程中的作用机制及在非

豆科植物中的功能并不明确，还有待进一步的研

４］

究

［

。此外，Ｓｙｍ（ｓｙｍｂｉｏｔｉｃ）基因也属于早期结瘤

１８］

。素基因，它是一类存在于豌豆中的共生基因

［

研究人员利用生物信息学方法证明，水稻基因

组有３１个基因与结瘤素基因具有高度同源性，如水

稻基因ＣＡＣ３９０５０、Ｓ２３５４３、ＢＡＢ６３８３３、ＢＡＢ９３３５２与

７］

结瘤素基因的同源性高达７０％以上

［

。据报道，大

豆早期结瘤素基因Ｇｍｅｎｏｄ４０和水稻早期结瘤素基

１９－２０］

因Ｏｓｅｎｏｄ４０的表达模式相似

［

。此外，已发表

的文献显示，豆科植物苜蓿的早期结瘤索基因

２，２１］

Ｍｒｅｎｏｄ４０在水稻、苜蓿中的表达方式相同

［

。水

—６８—

稻结瘤素的研究对于提高水稻产量和经济价值有

着举足轻重的作用，发现更多具有特异性功能的结

瘤素家族成员也是目前研究的重要任务。

本试验以水稻为研究对象，对筛选出的

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ（ＬＯＣ＿Ｏｓ０２ｇ１３３８０）进行理化性质分析

与亲水性疏水性、保守区域、蛋白二级、三级结构预

测，并进行亚细胞定位，以期为深入研究该基因提

供理论依据，丰富水稻结瘤素基因家族的种类。

１　材料与方法

１．１　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的生物信息学预测

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的理化性质使用线上工具

ＥｘＰＡＳｙ－Ｐｒｏｔｐａｒａｍ进行分析；亲水性、疏水性使用

Ｐｒｏｔｓｃａｌｅ线上软件进行分析；蛋白保守功能区通过

ＣＤＤ软件进行在线分析；蛋白二级结构使用线上工

具ＳＯＰＭＡ进行分析；蛋白三级结构通过Ｐｈｙｒｅ２软

ｓｏｒｔ进件进行预测，蛋白亚细胞定位使用在线网站Ｐ

［２２］

行分析。上述各软件的网址见表１。

１．２　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ组织表达模式分析

首先进行水稻各组织器官总ＲＮＡ的提取，其次，

将获得的ＲＮＡ进行反转录形成ｃＤＮＡ，以此进行组织

２３－２４］

表达模式分析，具体步骤参考Ｍａ等的方法

［

。

表１　分析软件的名称和网址

软件名称

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

网址

２　结果与分析

２．１　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白理化性质分析与亲水性预测

ＥｘＰＡＳｙ－Ｐｒｏｔｐａｒａｍ线上软件的分析结果表明，

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ是１个由１５４个氨基酸构成、分子式为

ＣＨＮＯＳ、相对分子量为１６．４２９８９ｋｕ、理

７１１１１８１２２７２１０５

ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｐＩ）为１１．４２的蛋白质。该蛋论等电点（

白质富含强碱性氨基酸［包括精氨酸（Ａｒｇ）、赖氨酸

（Ｌｙｓ）等，共计２３个］，且含有大量强酸性氨基酸

［包括天冬氨酸（Ａｓｐ）、谷氨酸（Ｇｌｕ），共计９个］。

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的不稳定指数为６７．０９，表现出不

１．８８。表２关于氨基酸组稳定性，其脂肪系数为８

成的分析结果显示，丙氨酸（Ａｌａ）、精氨酸、丝氨酸

（Ｓｅｒ）、亮氨酸（Ｌｅｕ）、脯氨酸（Ｐｒｏ）、甘氨酸（Ｇｌｙ）、

缬氨酸（Ｖａｌ）所占比例较高，分别为１４．９％、

１０４％、９．１％、７．１％、７．１％、６．５％、６．５％，色氨酸

（Ｔｒｐ）、酪氨酸（Ｔｙｒ）所占比例较低，都为０．６％。用

Ｐｒｏｔｓｃａｌｅ线上工具对ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的亲水性进

行预测，发现ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的氨基酸组成中既

），其中主要包有亲水氨基酸，又有疏水氨基酸（图１

含亲水性氨基酸，因此判断该蛋白为亲水性蛋白。

综上，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白是１个具有亲水性的不稳定

的碱性蛋白。

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）

组氨酸（Ｈｉｓ，Ｈ）

异亮氨酸（Ｉｌｅ，Ｉ）

亮氨酸（Ｌｅｕ，Ｌ）

赖氨酸（Ｌｙｓ，Ｋ）

甲硫氨酸（Ｍｅｔ，Ｍ）

苯丙氨酸（Ｐｈｅ，Ｆ）

脯氨酸（Ｐｒｏ，Ｐ）

丝氨酸（Ｓｅｒ，Ｓ）

苏氨酸（Ｔｈｒ，Ｔ）

色氨酸（Ｔｒｐ，Ｗ）

酪氨酸（Ｔｙｒ，Ｙ）

缬氨酸（Ｖａｌ，Ｖ）

数量

（个）

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在线软件对ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的保守功

—６９—

能域进行预测，由图２可知，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因的特

定匹配（ｓｐｅｃｉｆｉｃｈｉｔｓ）和非特定匹配（ｎｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ

）都在ＥＮＯＤ９３，且该蛋白属于ＥＮＯＤ９３ｈｉｔｓ

ｓｕｐｅｒｆａｍｉｌｙ（ＥＮＯＤ９３超级家族）。

２．３　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的二级结构

利用线上工具ＳＯＰＭＡ预测ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白

的二级结构。由图３可以看出，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的

二级结构主要由无规则卷曲（４１．５６％）、

α

－螺旋

（３９．６１％）、延伸链区（１４．９４％）和

β

－转角

（３９０％）组成。因此可知，该蛋白的空间构象可能

主要由无规则卷曲结构构成。

２．４　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的三级结构预测

利用线上工具Ｐｈｙｒｅ２预测ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的

三级结构。由图４可以看出，该蛋白只含有１条肽

链，没有三级结构，说明该蛋白空间构象较简单，且

不能折叠形成特异的空间构象。

２．５　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白的亚细胞定位

通过线上工具Ｐｓｏｒｔ对ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白进行亚

细胞定位，结果（表３）表明，该蛋白定位在线粒体的

可能性为３０．４％，定位在细胞质的可能性为

２６．１％，定位在细胞核、内质网、高尔基体、液泡、分

泌系统囊泡、细胞外（包括细胞壁）等地方的可能性

分别为８．７％、８．７％、８．７％、８．７％、４．３％、４．３％。

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白定位在线粒体根据上述数据推测，

的可能性最大，其次是细胞质，也可能是胞核、内质

网、高尔基体、液泡、分泌系统囊泡和细胞外（包括细

胞壁）。

２．６　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因组织表达模式分析

首先，通过特定方法提取水稻根、茎、叶的

ＲＮＡ，将其反转录成ｃＤＮＡ。其次，利用实时荧光定

量ＰＣＲ的方法，检测ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基因在不同组织

器官中的表达水平。研究结果显示，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ基

—７０—

表３　ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白定位在不同亚细胞结构中的可能性

亚细胞结构

线粒体

细胞质

细胞核

内质网

液泡

高尔基体

可能性

（％）

３０．４

２６．１

８．７

８．７

８．７

８．７

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ在线粒体中的详细功能。后续将对

ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ进行功能性研究，以期发现对未来新型

水稻品种有利的功能。

４　结论

组织表达模式分析结果表明，ＯｓＮＯＤ９３ｂ参与

各组织的表达，在叶中的表达明显。通过ＥｘＰＡＳｙ－

Ｐｒｏｔｐａｒａｍ在线软件预测可知，ＯｓＮＯＤ９３ｂ是一个具

有亲水性、保守的、碱性的、不稳定的蛋白分子，亚

分泌系统囊泡４．３

细胞外（包括细胞壁）４．３

因的总体表达水平相对较高，在根、茎、叶器官中均

有表达，在叶中的表达量最高，其次是茎中，表达量

最少的为根中（图５）。上述结果表明，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ

的功能在不同植物中可能具有一定的潜在多样性。

３　讨论

本研究发现，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ在水稻根、茎、叶中有

不同水平的表达，在叶中的表达量最高，在根、茎中

的表达量相对较低。但是根据其在各组织中均有

表达，且相对表达量较高的情况来看，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ

基因在水稻早期结瘤素家族中有着举足轻重的地

位。因此，对ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ表达的特异性进行详细研

究，有助于探明ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白功能的特异性。

生物信息学分析发现，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白是一个

亲水的、不稳定的碱性蛋白，属于ＥＮＯＤ９３

ｓｕｐｅｒｆａｍｉｌｙ（ＥＮＯＤ９３超级家族）。蛋白二级结构预

测发现，该蛋白晶体的空间构象可能是以无规则卷

曲结构构成的；ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白没有三级结构，由

１条链组成；此外，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白定位预测结果

表明，它定位于线粒体的可能性最大，比定位在细

胞质的可能性更大。由此可见，ＯｓＥＮＯＤ９３ｂ蛋白极

有可能在线粒体中表达其功能。但目前尚未发现

细胞定位预测结果显示，该蛋白可能在定位线粒体

中，以高水平、保守的方式调控水稻的重要生物学

功能及作用机制。

参考文献：

［１］ＤｅｙＭ，ＤａｔｔａＳＫ．Ｐｒｏｍｉｓｃｕｉｔｙｏｆｈｏｓｔｉｎｇｎｉｔｒｏｇｅｎｆｉｘａｔｉｏｎｉｎｒｉｃｅ：ａｎ

ｏｖｅｒｖｉｅｗｆｒｏｍｔｈｅｌｅｇｕｍｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ［Ｊ］．ＣｒｉｔｉｃａｌＲｅｖｉｅｗｓｉｎ

Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，２２（３）：２８１－３１４．

［２］王彦章，俞冠翘，沈善炯，等．大豆早期结瘤素基因ｅｎｏｄ２Ｂ启动

子在水稻中的表达受结瘤因子诱导［Ｊ］．科学通报，２００４，４９

（３）：２３８－２４４．

［３］曹　鹏．放线菌根瘤结构及四川桤木光合特性研究［Ｄ］．南京：

南京林业大学，２００８：１－７５．

［４］王洪隆，荆玉祥．豆科植物根瘤发生的分子生物学［Ｊ］．植物学

通报，１９９１，８（１）：１－８．

［５］王　?．蜡梅结瘤素基因ＣｐＮＯＤ的克隆与表达分析［Ｄ］．重

庆：西南大学，２０１２：１－７５．

［６］樊妙姬，陈丽梅，马庆生．根瘤菌共生结瘤基因的分子遗传学研

究进展［Ｊ］．遗传，１９９８（２）：３－５．

［７］王彦章，俞冠翘，朱家壁．水稻中结瘤素基因的同源基因研究

［Ｊ］．中国水稻科学，２００５，１９（３）：２０２－２０８．

［８］谢玉会，田婷婷，黄国栋，等．豌豆早期结瘤素基因ＰｓＳＹＭ１０的

克隆及其表达载体的构建［Ｊ］．西南大学学报（自然科学版），

２０１０，３２（６）：６９－７２．

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

ｒｈｉｚｏｂｉａｌＮｏｄｆａｃｔｏｒｓｂｏｔｈｒｅｑｕｉｒｅＳＹＭ８ｔｏｉｎｄｕｃｅｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆ

ｔｈｅｅａｒｌｙｎｏｄｕｌｉｎｇｅｎｅｓＰｓＥＮＯＤ５ａｎｄＰｓＥＮＯＤ１２Ａ［Ｊ］．ＴｈｅＰｌａｎｔ

Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９８：１５（５）：６０５－６１４．

［１０］王洪伟，张兴国，黎　林，等．豌豆早期结瘤素基因ＥＮＯＤ１２Ａ的

克隆及与ＰｓＬｅｃｔｉｎ基因双元表达载体的构建［Ｊ］．西南师范大

学学报（自然科学版），２００９，３４（３）：２０２－２０５．

［１１］王彦章，俞冠翘，沈善炯，等．大豆早期结瘤素基因ｅｎｏｄ２Ｂ启动

子在水稻中的表达受结瘤因子诱导［Ｊ］．科学通报，２００４，４９

（３）：２３８－２４４．

［１２］王　?，汤　玲，眭顺照，等．蜡梅结瘤素基因ＣｐＮＯＤ的克隆与表

达分析［Ｊ］．西南大学学报（自然科学版），２０１３，３５（２）：２０－２６．

［１３］丑敏霞，魏新元，陈大松，等．紫云英参与共生固氮的２个新结瘤

基因的分离与鉴定［Ｊ］．科学通报，２００７，５２（１８）：２１４０－２１４６．

［１４］李一星．半胱氨酸蛋白酶基因Ａｓｎｏｄｆ３２在紫云英根瘤衰老过程

中的功能研究［Ｄ］．武汉：华中农业大学，２００９．

杨滨娟，张颖睿，袁嘉欣，等．紫云英与氮肥配施对水稻氮素吸收利用的影响［Ｊ］．江苏农业科学，２０２１，４９（７）：７１－７７．

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

—７１—

紫云英与氮肥配施对水稻氮素吸收利用的影响

杨滨娟，张颖睿，袁嘉欣，黄国勤

（江西农业大学农学院／江西农业大学生态科学研究中心，江西南昌３３００４５）

　　摘要：为了探明紫云英还田配施减量氮肥的作用机制，为南方稻田合理施肥提供理论指导和技术支撑。在“紫云

英－双季稻”复种型农作制度基础上，采用大田试验，设置３个梯度的紫云英还田量，并配施相应的减量氮肥，以常规

施肥作对照，分析不同紫云英与氮肥配施比例对水稻产量、干物质积累情况以及氮素积累的影响，并利用施氮量和水

２２

稻产量建立纯Ｎ－紫云英－水稻产量的关系模型。研究表明：紫云英２７０００ｋｇ／ｈｍ＋纯Ｎ１２０ｋｇ／ｈｍ有提高早稻产

２２２

量的趋势，紫云英４５０００ｋｇ／ｈｍ＋纯Ｎ６０ｋｇ／ｈｍ的晚稻产量最高，从全年产量来看，紫云英３６０００ｋｇ／ｈｍ＋纯Ｎ

２

９０ｋｇ／ｈｍ表现最佳。与常规施肥相比，翻压紫云英还田可以提高早稻中后期干物质积累比例，提高植株氮素积累量

和氮收获指数。紫云英替代系数的变化表明，在早稻供氮量充足的情况下，随着紫云英还田量在全部施肥量中比例的

增加，紫云英替代氮肥效应的能力逐渐减弱。

　　关键词：水稻；施氮水平；紫云英；氮素吸收利用；关系模型

　　中图分类号：Ｓ５５１；Ｓ３４４　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００２－１３０２（２０２１）０７－００７１－０７

　　长江中下游冬闲田、冬季光温水热等资源的合

１－２］

理开发利用一直是我国重点关注的农业问题

［

。

获后由于茬口紧、冬种作物品种少、经济效益低等

原因，９０％以上的农户会选择撂荒，造成土地和光、

３－５］

温、水、热资源的严重浪费

［

。利用冬闲田种植紫

江西、湖南等省是我国双季稻主产区，但在晚稻收

收稿日期：２０２０－０７－０６

基金项目：国家重点研发计划（编号：２０１６ＹＦＤ０３００２０８）；国家自然科

学基金（编号：４１６６１０７０）。

作者简介：杨滨娟（１９８５—），女，山东淄博人，博士，助理研究员，主要

从事耕作制度与农业生态研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｂｉｎｊｕａｎ＠ｊｘａｕ．

ｅｄｕ．ｃｎ。

通信作者：黄国勤，博士，教授，主要从事作物学、生态学、农业发展与

区域农业、资源环境与可持续发展等研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｇｑｊｘｅｓ＠

ｓｉｎａ．ｃｏｍ。

云英、油菜等绿肥，可以美化农村环境，带动当地旅

６］

，还可以减少粉尘扬灰，降游产业的兴起和发展

［

７］

低雾霾指数，有利于改善空气质量

［

，能够防止水

８－９］

土流失，改善土壤肥力，维持稻田生态环境

［

。氮

１０］

，但氮肥素是水稻生长必不可少的营养元素之一

［

的过量施用，不仅会导致水稻贪青晚熟、倒伏减产，

１１］

降低氮肥利用效率

［

，还极易造成土壤中氮素盈

余，导致农业资源浪费、水体富营养化等环境问

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］苟洪兰．半胱氨酸蛋白酶基因在百脉根根瘤衰老中的功能研究

［Ｄ］．武汉：华中农业大学，２０１２．

［１６］黄家风，李克梅，王爱英，等．豆科植物－根瘤菌共生固氮的分

子机理［Ｊ］．石河子大学学报（自然科学版），２００２，６（１）：７４－

７８．　

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

ｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎｏｄｕｌｅｓａｎｄＡｒｂｕｓｃｕｌａｒｍｙｃｏｒｒｈｉｚａｉｎＬｅｇｕｍｅｓ：

ｓｏｌｉｄｆａｃｔｓａｎｄｕｎｓｏｌｖｅｄｐｒｏｂｌｅｍｓ［Ｃ］／／ＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＡｇｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄ

ｔｈｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ１４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＮｉｔｒｏｇｅｎ

，２００４：２６１－２６３．ＦｉｘａｔｉｏｎＣｏｎｇｒｅｓｓ．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ

［１８］黎　林．豌豆早期结瘤素基因克隆及ＰｓＥＮＯＤ１２Ａ与ＰｓＬｅｃｔｉｎ

基因导入烟草研究［Ｄ］．重庆：西南大学，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，郝东利，等．ＯｓＡＫＴ２／３基因的生物信息学分析

Ｊ］．江苏农业科学，２０１５，４３（９）：２５－２７．［

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

ｃｈａｎｇｅｓｌｅａｆｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｄｅｆｅｎｓｅｔｏｉｎｓｅｃｔｉｎｒｉｃｅ［Ｊ］．Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ

ｉｎＰｌａｎｔＳｃｉｅｎｃｅ，２０１７，８：１－１４．

［２４］马银花，李萍芳，何雨航，等．水稻ＯｓＲＲＫ１蛋白的进化分析及

其亚细胞定位［Ｊ］．信阳师范学院学报（自然科学版），２０２０，３３

（３）：３７１－３７６．