氮素和紅藍(lán)復(fù)合光配比對(duì)莧菜幼苗亞硝酸還原酶活性及其基因表達(dá)的影響

陳 何 王 樂 趙春麗 肖 昉 鄭友峰 劉生財(cái)

(福建農(nóng)林大學(xué) 園藝植物生物工程研究所，福州 350002)

莧菜(AmaranthustricolorL.)是石竹目莧科莧屬下的一年生草本植物，莖葉茂盛，在我國(guó)南北各地均有栽培，是夏季的主要蔬菜之一，莧菜不論莖葉還是種子均具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值[1]。為了保證莧菜周年生產(chǎn)，可以利用光源植物工廠進(jìn)行生產(chǎn)。而營(yíng)養(yǎng)元素和光照是植物工廠最重要的2個(gè)調(diào)控因素[2]。氮素是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必須的基本營(yíng)養(yǎng)元素之一，在植物生長(zhǎng)發(fā)育中發(fā)揮著重要作用，直接影響蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。硝態(tài)氮(NO3-)和銨態(tài)氮(NH4+)是植物吸收和利用的2種主要的無(wú)機(jī)氮素形態(tài)，影響植物的氮素同化過程，調(diào)控植物生長(zhǎng)[3-4]。亞硝酸還原酶(nitrite reductase，NiR)是氮素同化途徑的關(guān)鍵控制酶[5]。與硝酸還原酶(nitrate reductase，NR)相比較,有關(guān)NiR的研究較少。Lahners等[6]首先提出了玉米NiR分子結(jié)構(gòu)。隨后在菠菜、水稻、煙草、擬南芥、白菜和小麥等高等植物中均克隆出NiR基因[7-11]。此外，光質(zhì)對(duì)植物氮代謝關(guān)鍵酶表達(dá)調(diào)控也有著十分重要的作用，在對(duì)水稻、番茄、黃瓜和煙草等作物的研究中發(fā)現(xiàn)[12-15]，藍(lán)光處理可提高植株NiR基因的相對(duì)表達(dá)量，有效改善氮代謝，進(jìn)而促進(jìn)其總氮升高；而紅光有利于提高植株碳水化合物含量，能夠促進(jìn)植株莖粗和干鮮重[13]。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)紅藍(lán)組合光能夠顯著提高植物氮代謝相關(guān)酶活性和植株體內(nèi)游離氨基酸含量[16]；增加紅藍(lán)復(fù)合光中藍(lán)光比例可增強(qiáng)苦瓜幼苗和桑樹幼苗葉片氮代謝[17-18]。

但是目前對(duì)于不同紅藍(lán)復(fù)合光配比對(duì)氮代謝的影響更多集中于硝酸還原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase，GS)及谷氨酸合成酶(glutamate synthase，GOGAT)這3種酶活性而對(duì)NiR酶活性的研究很少，在轉(zhuǎn)錄水平上研究也多集中于NR和NiR基因，本研究則從NR、NiR、NRT和AMT4個(gè)基因來(lái)分析不同配比紅藍(lán)復(fù)合光對(duì)莧菜氮代謝的影響。以莧菜幼苗為材料，克隆了氮代謝關(guān)鍵基因AtrNiR基因，測(cè)定了不同氮素形態(tài)配比處理后NiR酶的活性，以及轉(zhuǎn)錄水平下AtrNiR基因的表達(dá)變化，以此來(lái)確定最佳氮素形態(tài)配比；在最佳氮配比條件下，再進(jìn)行紅藍(lán)復(fù)合光配比篩選，為最適宜莧菜植物工廠的光環(huán)境參數(shù)[19]設(shè)計(jì)提供依據(jù)，為將來(lái)進(jìn)一步研究莧菜AtrNiR基因功能奠定基礎(chǔ)，同時(shí)改善因過量施肥所導(dǎo)致的硝酸鹽和亞硝酸鹽積累的污染[20]。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究以‘大紅’莧菜為材料，試驗(yàn)材料由福建農(nóng)林大學(xué)園藝植物生物工程研究所提供。

1.2 方法

1.2.1材料處理

將‘大紅’莧菜種子均勻地播種于鋪有2層濾紙的塑料培養(yǎng)皿上(每個(gè)培養(yǎng)皿約80粒)，然后將培養(yǎng)皿隨機(jī)分為6組，每組3盤，每個(gè)培養(yǎng)皿加入5 mL的蒸餾水，放入光照培養(yǎng)室(25 ℃，白光，光照時(shí)間12 h/d)培養(yǎng)7 d，期間每個(gè)培養(yǎng)皿補(bǔ)充200 μL的蒸餾水，保證濾紙的濕潤(rùn)。

然后向5個(gè)處理N1～N5(表1)的每個(gè)培養(yǎng)皿中加入5 mL N溶液，以添加蒸餾水為對(duì)照(CK)。之后將材料繼續(xù)放入光照培養(yǎng)室培養(yǎng)，將每3個(gè)培養(yǎng)皿材料作為一次重復(fù)用于取樣，分別在培養(yǎng)3和6 d時(shí)，取樣品的胚軸和子葉，用液氮凍存并保存于-80 ℃冰箱用于NiR酶活性測(cè)定、莧菜總RNA提取及qRT-PCR分析。為后續(xù)試驗(yàn)確實(shí)最佳氮配比。每種處理設(shè)置3次重復(fù)。

表1 不同處理下N溶液的銨硝摩爾配比Table 1 Ammonium and nitrate molar ratio of N solution under different treatment

同樣，按照上述方法獲得7 d莧菜幼苗后，向每組培養(yǎng)皿加入5 mL N3(最佳氮配比)溶液，隨即將材料分別放入不同紅藍(lán)復(fù)合光下培養(yǎng)，培養(yǎng)條件設(shè)置R∶B(即Red∶Blue)=0∶10(116 μmol/(m2·s))、R∶B=2∶8(108 μmol/(m2·s))、R∶B=4∶6(148 μmol/(m2·s))、R∶B=6∶4(159 μmol/(m2·s))、R∶B=8∶2(171 μmol/(m2·s))、R∶B=10∶0(201 μmol/(m2·s))下培養(yǎng)，光照時(shí)間12 h/d。將每3個(gè)培養(yǎng)皿材料作為1次重復(fù)，在培養(yǎng)3 d取樣品的胚軸和子葉，用液氮凍存并保存于-80 ℃冰箱用于NiR酶活性測(cè)定及qRT-PCR分析。每種處理設(shè)置3次重復(fù)。

1.2.2莧菜總RNA提取及cDNA合成

利用購(gòu)買于北京百泰克生物技術(shù)有限公司的多糖多酚RNA提取試劑盒，提取莧菜材料總RNA,提取后利用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)其完整性，之后利用實(shí)驗(yàn)室的超微量分光光度計(jì)(Thermo Electron Corp，USA)檢測(cè)提取出的莧菜RNA樣品濃度,再利用Gene RacerTM試劑盒(TaKaRa)將提取出的莧菜材料總RNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA，用反轉(zhuǎn)錄出的cDNA進(jìn)行NiR基因克隆。

1.2.3莧菜AtrNiR基因的克隆

根據(jù)莧菜轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)(SRA:SSR924089-SSR924092)，查找數(shù)據(jù)庫(kù)中NiR基因序列片段，查找出后將其與NBCI中登錄的NiR基因進(jìn)行序列比對(duì)，找出具有完整ORF序列片段，利用DNAMAN軟件設(shè)計(jì)莧菜NiR基因的ORF克隆引物(表2)。參照TaKaRa LA Taq說明書進(jìn)行PCR擴(kuò)增，擴(kuò)增后首先用瓊脂糖凝膠電泳分析擴(kuò)增產(chǎn)物長(zhǎng)度及完整性，隨即將長(zhǎng)度正確且完整的目的片段切膠回收，之后通過TA克隆，挑取生成的陽(yáng)性克隆進(jìn)行搖菌，菌液渾濁后進(jìn)行菌液PCR擴(kuò)增，用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)后將菌液中有目的條帶的樣品送到北京六合華大基因科技有限公司進(jìn)行測(cè)序。

表2 引物序列Table 2 Primer sequence

1.2.4生物信息學(xué)分析

使用ExPASy-Prot-param(https:∥web.expasy.org/protparam)、Plant-mPLoc (https:∥www.csbio.sjtu.edu.cn/bioinf/plant-multi)、NCBI-CDS(https:∥www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi)、ExPASy-PROSITE數(shù)據(jù)庫(kù)(https:∥prosite.expasy.org)、NetPhos 3.1(https:∥www.cbs.dtu.dk/services/NetPhos)、PSIPRED(http:∥bioinf.cs.ucl.ac.uk/psipred)及SWISS-MODEL(https:∥swissmodel.expasy.org/interactive)等在線軟件預(yù)測(cè)編碼蛋白的理化性質(zhì)亞細(xì)胞定位、蛋白結(jié)構(gòu)域、蛋白功能位點(diǎn)、蛋白質(zhì)磷酸化位點(diǎn)、蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)以及蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)。使用DNAMAN軟件進(jìn)行莧菜NiR引物設(shè)計(jì)、序列拼接及比對(duì)，使用MEGA-X軟件Neighbor-Joining法參數(shù)都設(shè)為默認(rèn)值，構(gòu)建NiR蛋白系統(tǒng)進(jìn)化樹。

1.2.5NiR酶活性測(cè)定

按照蘇州科銘生物技術(shù)有限公司的NiR酶試劑盒說明書，測(cè)定上述莧菜材料中酶的活性并進(jìn)行計(jì)算。

1.2.6qRT-PCR分析

在克隆出莧菜AtrNiR基因ORF基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)相對(duì)定量表達(dá)特異引物，并根據(jù)莧菜轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)(SRA:SSR924089-SSR924092)設(shè)計(jì)植物氮代謝途徑中的關(guān)鍵基因AtrNR(nitrate reductase)、AtrAMT(ammonium transporter)和AtrNRT(nitrogen transporter)相對(duì)定量表達(dá)特異引物(表2)。通過qRT-PCR檢測(cè)不同處理下AtrNiR、AtrNR、AtrNRT和ArtAMT基因在上述材料中的表達(dá)情況。參照SYBR Premix ExTaqTM試劑盒(TaKaRa)，qRT-PCR反應(yīng)體系為20 μL，每個(gè)樣品設(shè)置3次生物學(xué)重復(fù)，利用羅氏LightCycler 480儀器分別擴(kuò)增4個(gè)基因及內(nèi)標(biāo)基因EF1a，利用2-ΔΔCt法分別計(jì)算4個(gè)基因的相對(duì)表達(dá)量。

1.2.7數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2010統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，使用SPSS 22.0分析數(shù)據(jù)差異顯著性，使用Origin 2017繪制柱形圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 莧菜AtrNiR cDNA序列的克隆

以上述莧菜材料提取出的cDNA作為模板，通過莧菜轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)信息篩選莧菜NiR基因cDNA片段來(lái)設(shè)計(jì)引物，進(jìn)行PCR擴(kuò)增驗(yàn)證ORF(圖1)。最終獲得莧菜NiR基因的ORF序列，命名為AtrNiR(GenBank登錄號(hào)：MT374155)。莧菜AtrNiR基因ORF全長(zhǎng)為1 785 bp，編碼594個(gè)氨基酸。

M，DNA標(biāo)準(zhǔn)DL.5 000；1～4，AtrNiR基因的擴(kuò)增產(chǎn)物。M, DL.5 000 DNA Marker; 1-4, products of AtrNiR gene.圖1 莧菜AtrNiR基因的PCR擴(kuò)增Fig.1 PCR amplification of AtrNiR gene

2.2 莧菜AtrNiR基因生物信息學(xué)分析

使用在線軟件ProtParam預(yù)測(cè)莧菜AtrNiR基因編碼蛋白質(zhì)理化性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)AtrNiR蛋白分子式為C2937H4692N828O873S28，相對(duì)分子質(zhì)量為66.47 ku，理論等電點(diǎn)為6.00，總原子數(shù)為9 358，總平均疏水指數(shù)為-0.316，可以得知AtrNiR是親水性蛋白。使用NCBI-CDS及PROSITE預(yù)測(cè)蛋白結(jié)構(gòu)域及功能位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)該蛋白含有1個(gè)保守結(jié)構(gòu)域，即PLN02431 superfamily(圖2)，也就是ferredoxin-nitrite reductase，功能位點(diǎn)位于序列的中后位置。使用PSORT預(yù)測(cè)亞細(xì)胞定位，發(fā)現(xiàn)該蛋白65.2%可能性位于線粒體(mitochondrial)，21.7%可能性位于細(xì)胞核(nuclear)以及13.0%可能性位于細(xì)胞質(zhì)(cytoplasmic)。使用在線軟件PSIPRED預(yù)測(cè)AtrNiR蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)該蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)是以無(wú)規(guī)則卷曲和α-螺旋為主，分別占43.03%和36.81%。利用SWISS-MODEL預(yù)測(cè)蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)該模型是以菠菜NiR作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)建模，兩者序列一致性達(dá)91.68%(圖3)。通過MEGA-X將莧菜AtrNiR蛋白與NCBI中登錄的20種植物的NiR蛋白作進(jìn)化樹分析發(fā)現(xiàn)，20種NiR蛋白分為5個(gè)分支，莧菜AtrNiR與擬南芥、菠菜、甜菜及藜麥的NiR 蛋白聚為1個(gè)分支(圖4)。

圖2 莧菜AtrNiR蛋白氨基酸序列保守結(jié)構(gòu)域檢索Fig.2 Conservative domain search of amino acid sequence of AtrNiR

圖3 預(yù)測(cè)的莧菜AtrNiR三維結(jié)構(gòu)Fig.3 Predicted three-dimensional structure of amaranth AtrNiR

分支上的數(shù)值表示1 000次重復(fù)抽樣符合聚類的百分?jǐn)?shù)。The number on the branch represents the percentage of 1 000 repeated samples in accordance with the clustering.圖4 AtrNiR蛋白系統(tǒng)進(jìn)化樹Fig.4 Phylogenetic tree for AtrNiR protein

2.3 不同處理對(duì)莧菜幼苗中NiR酶活性的影響

不同銨硝配比N溶液處理3 d后，莧菜幼苗NiR酶活性最高的是N5溶液處理，與對(duì)照組相比有顯著差異，最低的是N2溶液處理，與CK有極顯著差異，但是N2，N3和N4處理之間NiR酶活性沒有顯著差異(圖5(a))。不同銨硝配比N溶液處理6 d后，莧菜幼苗NiR酶活性最高的是N2溶液處理，除N1溶液處理，其它N溶液處理的莧菜幼苗NiR酶活性含量高與對(duì)照組相比顯示出極顯著差異，此時(shí)莧菜幼苗NiR酶活性含量隨著NH4+-N配比的增加呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)(圖5(b))。當(dāng)相同銨硝配比(N3溶液)不同紅藍(lán)復(fù)合光配比下處理3 d，莧菜幼苗NiR酶活性含量最高的處理是R∶B=2∶8，以全藍(lán)光為對(duì)照，不同紅藍(lán)光配比處理下的莧菜幼苗NiR酶含量都與對(duì)照有著極顯著差異，但是除對(duì)照外，不同紅藍(lán)光配比處理間莧菜幼苗NiR酶活含量差異不明顯(圖5(c))，可能是因?yàn)樘幚? d時(shí)間過短。

CK～N5表示不同銨硝摩爾配比(0∶0、0∶10、3∶7、5∶5、7∶3、10∶0)。不同大寫字母表示0.01水平差異極顯著，不同小寫字母表示0.05水平差異顯著。下同。CK-N5 represents different ammonium and nitrate molar ratio (0∶0, 0∶10, 3∶7, 5∶5, 7∶3, 10∶0). Different uppercase letters indicate extremely significant difference at 0.01 level, and different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level. The same below.圖5 不同處理下莧菜幼苗中NiR酶活性Fig.5 Nitrite reductase activity of amaranth seedlings under different treatments

2.4 不同處理對(duì)AtrNiR、AtrNR、AtrNRT和AtrAMT基因在莧菜幼苗表達(dá)量的影響

當(dāng)莧菜幼苗在不同銨硝配比的N溶液處理3 d后,AtrNiR和AtrNR表達(dá)量最大的都是N3溶液處理,表達(dá)量最低的都是N5溶液處理(圖6(a)和(b))，說明N3溶液處理對(duì)莧菜幼苗氮代謝有最大促進(jìn)作用，以此確定了N3是后續(xù)研究不同紅藍(lán)光配比處理的最佳氮配比條件。經(jīng)過不同銨硝配比N溶液處理后，AtrAMT基因表達(dá)量與CK相比均呈現(xiàn)極顯著下降(圖6(c))；而AtrNRT基因在N1處理下相對(duì)表達(dá)量最高，與CK相比有極顯著差異，隨著N溶液中NH4+-N配比的增加，AtrNRT基因表達(dá)量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，其中N4和N5溶液處理下AtrNRT基因表達(dá)量的差異不顯著(圖6(d))。

圖6 不同銨硝配比處理3 d后AtrNiR(a)、AtrNR(b)、AtrAMT(c)和AtrNRT(d)基因的相對(duì)表達(dá)量Fig.6 Relative expression of AtrNiR (a), AtrNR (b), AtrAMT (c) and AtrNRT (d) genes in 3 days treated with different ammonium and nitrate ratio

向莧菜幼苗培養(yǎng)皿中加入N3溶液，以全藍(lán)光(R∶B=0∶10)為對(duì)照，莧菜幼苗經(jīng)過不同紅藍(lán)光配比處理3 d后，4個(gè)基因在R∶B=0∶10和R∶B=2∶8 處理下的基因相對(duì)表達(dá)量均較高且與其它4個(gè)處理有極顯著差異。對(duì)AtrNiR和AtrNRT基因而言，R∶B=2∶8處理下基因相對(duì)表達(dá)量最高，與CK相比均有極顯著差異(圖7(a)和(d))；對(duì)AtrNR和AtrAMT基因而言，全藍(lán)光(R∶B=0∶10)處理下基因相對(duì)表達(dá)量最高，與其它處理相比有極顯著差異(圖7(b)和(c))。

圖7 不同紅藍(lán)光配比(R∶B)處理3 d后AtrNiR(a)、AtrNR(b)、AtrAMT(c)和AtrNRT(d)基因的相對(duì)表達(dá)量Fig.7 The relative expression of AtrNiR (a), AtrNR (b), AtrAMT (c) and AtrNRT (d) genes under different red and blue ratios treatment for 3 days

3 討論與結(jié)論

3.1 莧菜AtrNiR基因分析

本研究通過克隆首次在莧菜中獲得了NiR基因的ORF序列，命名為AtrNiR并在NCBI上提交，得到GenBank登錄號(hào)：MT374155。生物信息學(xué)分析及進(jìn)化樹分析表明，莧菜AtrNiR編碼的蛋白屬于氮代謝相關(guān)蛋白，其氨基酸序列具有完整NiR結(jié)構(gòu)，與其他物種NiR蛋白具有高度相似性。與莧菜AtrNiR蛋白親緣關(guān)系最近的是菠菜、甜菜和藜麥的NiR蛋白，并且和石竹目植物及擬南芥聚為一個(gè)分支[21]。以上結(jié)果表明莧菜AtrNiR屬于NiR家族，與其它植物中的NiR蛋白具有類似的功能，在生物進(jìn)化過程中是保守的[22]。

3.2 不同氮素形態(tài)配比對(duì)莧菜NiR酶活性及AtrNiR基因相對(duì)表達(dá)量的影響

在高等植物葉片中，從 NO2-到NH4+的同化通過電子供體鐵氧還蛋白在葉綠體中由 NiR 完成[23]。在本研究中，不同氮素配比處理3 d后NiR酶活性在N5處理下最高，這與前人研究結(jié)果不一致，可能是處理時(shí)間不一致，NiR受到高濃度NH4+-N的短時(shí)誘導(dǎo)，活性提高；隨著處理時(shí)間增加，高濃度NH4+-N會(huì)抑制NiR活性，同時(shí)NO3--N 對(duì)NiR有促進(jìn)作用[24]。當(dāng)處理6 d時(shí)，NiR酶活性在N2處理下最高，說明不同氮素配比下的NiR酶活性比單一氮素下的更高，植物中NiR的基因表達(dá)規(guī)律會(huì)受到各種內(nèi)在和外在因素的影響。對(duì)于不同氮素配比處理3 d后基因表達(dá)結(jié)果，AtrNiR與AtrNR都在N3處理下表達(dá)量最高，說明NR與NiR存在共促進(jìn)和共抑制現(xiàn)象，二者是內(nèi)在的偶聯(lián)關(guān)系[25]，AtrNR在N3處理下表達(dá)量最高且隨著NH4+-N配比的增加基因相對(duì)表達(dá)量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，這與孫敏紅等[26]在枳橙幼苗中的研究結(jié)果一致。但是不同氮素形態(tài)配比下處理3 d莧菜NiR酶活性與AtrNiR基因變化趨勢(shì)不一致，可能是因?yàn)楸狙芯恐皇强寺『投糠治隽饲{菜NiR基因家族其中1個(gè)成員，還有其他成員起到了協(xié)同或者相互抑制作用。有研究發(fā)現(xiàn)，參與茶氨酸合成途徑中相關(guān)基因家族不同成員在茶樹不同組織及發(fā)育時(shí)期也存在明顯表達(dá)差異[27]，因此對(duì)于莧菜NiR酶活性可能也是受整個(gè)NiR基因家族表達(dá)影響，而不是單一NiR基因影響，所以在本研究中AtrNiR基因表達(dá)變化趨勢(shì)與酶活性不一致，這還需要進(jìn)一步研究。

3.3 不同紅藍(lán)光配比對(duì)莧菜NiR酶活性及AtrNiR基因相對(duì)表達(dá)量的影響

光是植物生長(zhǎng)發(fā)育重要環(huán)境因子之一，植株體內(nèi)合成氨基酸和蛋白質(zhì)的主要途徑是植物氮代謝，增加紅藍(lán)復(fù)合光中藍(lán)光比例可促進(jìn)植株的氮代謝[12,15]。NiR是氮同化過程中第二個(gè)關(guān)鍵酶，從本研究結(jié)果可以看出，不同紅藍(lán)復(fù)合光可顯著提高莧菜幼苗NiR酶活性且遠(yuǎn)高于單一藍(lán)光和紅光處理，說明紅藍(lán)復(fù)合光能夠提升莧菜中將NO2-同化為NH4+的能力，這與王麗偉[28]在番茄幼苗中的結(jié)果相一致。在本研究中，在R∶B=0∶10與R∶B=2∶8處理下，AtrNiR、AtrAMT、AtrNR與AtrNRT的相對(duì)表達(dá)量都遠(yuǎn)高于其他處理，可以說明氮代謝相關(guān)基因受藍(lán)光影響更大，增加復(fù)合光中藍(lán)光比例能夠提高莧菜氮代謝基因的轉(zhuǎn)錄水平，改善莧菜氮代謝，提升莧菜品質(zhì)。在紅藍(lán)復(fù)合光處理下AtrNiR和AtrNRT相對(duì)表達(dá)量高于單一藍(lán)光，而AtrNR和AtrAMT剛好相反，變化趨勢(shì)不一致說明氮代謝相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)雖然受紅藍(lán)復(fù)合光調(diào)節(jié)，但是紅藍(lán)復(fù)合光對(duì)植株氮代謝部分基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)可能有著一個(gè)相對(duì)滯后的過程[28]。

有研究表明NiR對(duì)氮同化及NO生產(chǎn)這2個(gè)決定植物生長(zhǎng)速率因素有著關(guān)鍵作用[29]，在獲得莧菜AtrNiR基因后，研究莧菜NiR基因結(jié)構(gòu)，以及其在不同處理下的表達(dá)特性，可整體認(rèn)識(shí)莧菜氮素初級(jí)同化，為后續(xù)更加全面分析NR、NiR、AMT及NRT等氮代謝關(guān)鍵基因間的相互作用奠定基礎(chǔ)。環(huán)境參數(shù)改變會(huì)導(dǎo)致植物代謝性狀顯著變化[30]，紅光和藍(lán)光處理能促進(jìn)植物生長(zhǎng)以及代謝物積累[31-32]。本研究結(jié)果表明，合適的銨硝配比和紅藍(lán)復(fù)合光配比可以顯著提高莧菜幼苗相關(guān)氮代謝酶活性和氮代謝基因相對(duì)表達(dá)量。通過后續(xù)進(jìn)一步研究可以提高莧菜對(duì)氮的吸收利用效率，改善莧菜幼苗氮代謝，促進(jìn)總氮升高，有助于后續(xù)更深入研究莧菜的氮代謝調(diào)節(jié)機(jī)制，同時(shí)為基因操作培育莧菜氮高效利用品種提供分子生物學(xué)理論依據(jù)[33]，對(duì)莧菜植物工廠環(huán)境參數(shù)設(shè)計(jì)及建立也具有重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。