中国农学通报2010,26(13):75-78
Chinese Agricultural Science
Bulletin
植物对氮素吸收利用的研究进展
吴巍，赵军
（中国农业科学院生物技术研究所，北京100081）
摘要：近年来，随着农田生态系统中的氮肥的过量施用对生态系统造成的污染日益加重，提高作物对氮素的利用效率，减少氮肥对生态系统的污染成为目前的一个研究热点。文章对近年来有关植物对氮素吸收利用的研究进展进行了详细的阐述，从氮素对植物生长发育的影响、植物对氮素吸收利用的生理机制和分子机制3个方面进行了总结。随着植物转基因工程的快速发展，利用基因工程的手段提高作物氮素利用效率将是未来植物营养分子育种的一个方向，文中对未来植物氮素营养的研究提出了个人的见解，旨在为植物营养育种提供一定的理论依据和方向，从而实现提高植物氮素利用效率的目的。关键词：氮素；吸收；机制中图分类号：Q1
文献标志码：A
论文编号：2010-1272
Advances on Plants ’Nitrogen Assimilation and Utilization
(Biological Technology Research Institute of the Chinese Academy of Agricultural Sciences , Beijing 100081)
Wu Wei, Zhao Jun
Abstract:Recent years with the aggravation of the pollution caused by the over-application of nitrogen,
improving the nitrogen use efficiency and reduce the eco-system pollution has become a hot research goal. The paper has made detailed summarization of the nitrogen utilization of plants from the following three parts:the efficiency by gene engineering has become the orientation for the future plant nutrition molecular breeding and theoretic guidance for the crop nutritional breeding and improve its nitrogen utilization efficiency. Key words:nitrogen; utilization; mechanism 0引言
氮素是作物生长发育过程中必需的大量元素之一，氮素对作物最终产量的贡献为40%~50%，是植物体内蛋白质、核酸、磷脂和某些生长激素的重要组分之一[1]，。但是氮素的过量施用也带来严重的负面影响，如地下水硝酸盐的污染和江河湖泊的富营养化。据统计，中国目前氮肥年施用量是2500万t ，是世界平均水平的3倍，但是氮肥的利用效率却只有30%，因此，提高作物氮素利用效率对减少氮肥对生态系统的污染有重要的意义。
effect of nitrogen on plants growth and development, the physiological and molecular mechanism of the nitrogen utilization. With the rapid development of plant genetic engineering improving the nitrogen use I have put forward my personal views on the key research about the plant nitrogen nutrition in order to provide
近年来，随着植物转基因技术的快速发展以及对植物氮素吸收利用分子机制的逐步揭示，植物基因工程在提高作物氮素利用效率方面发挥着更为重要的作用。该文总结了近年来对植物氮素营养研究的现状与进展，旨在为相关的研究提供参考。1氮素对植物生长发育的影响1.1氮素对植物光合作用的影响
植物体内的氮素营养水平直接或间接的影响着植物的光合作用，氮素不仅是植物叶绿素的一个重要组成部分，而且对植物光合作用中光反应和暗反应的一
第一作者简介：吴巍，男，1980年出生，山东人，从事植物抗逆分子育种研究，通信地址：100081北京市海淀区中关村南大街12号中国农业科学院重大工程楼411室。E-mail ：[email protected]。
通讯作者：赵军，男，1968年出生，从事植物抗逆分子生物学的研究，通信地址：100081北京市海淀区中关村南大街12号中国农业科学院重大工程楼411室，Tel ：010-82106137，E-mail ：[email protected]。收稿日期：2010-04-22，修回日期：2010-05-10。
系列酶的活性有重要影响。
中国农学通报http://www.casb.org.cn
1.4氮素营养对植物内源激素的影响
一氧化氮（NO ）作为一种生物活性分子是植物生长发育中的一种重要的信号分子，参与了多个植物的生长发育的过程，如与ABA 协同参与调节气孔的关闭等。研究表明[5-6]，氮素也参与了植物气孔的调节过程，植物的氮素营养与植物体内的ABA 含量呈正相关关系，良好的氮素营养可以减少植物叶片中的ABA 的水平，维持植物的气孔开度，提高植物的光合速率。2植物对氮素吸收利用的生理机制
对于植物而言，铵态氮和硝态氮是其生长发育过程中主要的氮源。在正常的自然条件下，土壤中硝态氮的含量要显著高于铵态氮的含量，因此，硝态氮在植物的生育周期中发挥着更为重要的作用。
植物对氮素的吸收主要包括在硝酸还原酶的作用下将NO 3-先还原为NH 4+和NH 4+在多种酶的作用下进一步合成多种可被植物利用的氨基酸的2个过程(如图1所示[7]) 。
植物从土壤中吸收的硝酸盐首先要被还原为亚硝酸盐，这一过程是在细胞质中由NR(硝酸还原酶) 催化进行的，NR 是植物氮同化的限速酶，是植物氮同化的关键步骤。NR 是一种诱导酶，受底物NO 3-的诱导。研究表明，将小麦的根系置于硝酸盐溶液中，40min 后就会有NR 的mRNA 合成，约2h 后NR 的活性即达到峰值。硝酸还原酶是一种钼黄素蛋白，是由FAD 、Cytb 557(细胞色素557) 、MoCo(钼复合体)3种主要成分组成。在硝酸盐的还原过程中，电子供体NADPH 将电子传递给FAD ，然后由Cytb 557传至MoCo ，最终将硝酸盐还
研究表明，在一定范围内，植物的光合速率随植物体内氮素营养水平的提高而提高，而当植物体内的氮素超过一定的临界值后，植物的光合速率反而有下降的趋势。植物体内的碳同化和氮同化既相互促进又相互制约，碳同化为植物的氮同化提供同化力即ATP 和NADPH ，而氮同化通过影响碳同化过程中关键酶活性而影响植物碳同化的速率，合理利用氮素对于提高植物光合作用有重要的影响[2]。
1.2氮素对植物体内抗氧化系统的影响
活性氧是植物生长发育过程中所产生的一种小分子物质，活性氧的积累而产生的氧化逆境对植物的生长发育有重要的抑制作用。植物体内的抗氧化保护系统可以有效的清楚植物体内的活性氧从而对植物产生保护作用。研究表明[3]，植物体内的氮素营养水平对抗氧化保护酶的活性有显著的影响。小麦等植物的研究表明，随着植物体内氮素营养水平的提高，其体内SOD 、POD 、CAT 等酶的活性显著增强，而体内MDA 的含量则显著下降，从而延缓植物叶片的衰老。1.3氮素营养对植物水分吸收利用的影响
植物体内的氮素营养水平还可以通过影响植物的水分生理间接的对植物的生长发育产生影响。研究表明[4]，氮素的增产作用不仅仅表现在肥料本身，更重要的是与土壤中水分的互作，水分和氮素具有明显的正向交互作用，可以大幅提高作物的产量。土壤水分与
氮素的合理搭配可以合理调节作物营养生长与生殖生长之间的关系，提高作物的收获指数。
NR ：硝酸还原酶；GOGAT ：谷氨酰胺合成酶；glutamate ：谷氨酰胺；glutamine ：谷氨酸盐。
图1植物对氮素的吸收和同化
吴巍等：植物对氮素吸收利用的研究进展·
77·
原为亚硝酸盐。
亚硝酸盐进一步在亚硝酸还原酶的作用下转变为铵，该过程是在亚硝酸还原酶（NiR ）的作用下在叶绿体和前质体中进行的，亚硝酸还原酶是由2个亚基铁硫簇(Fe4S 4) 和罗西血红素组成。在亚硝酸盐的还原过程中，来自光合链的Fd ox 是电子的供体，将NO 2-进一步还原为NH 4+[8]。
由亚硝酸盐转变而来的NH 4+立即进入谷氨酸合酶循环转变为可以被植物直接利用的有机态氮，该过程是在谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶两个关键性酶的催化下进行的。首先，NH 4+在谷氨酰胺合成酶的作用下与谷氨酸结合形成谷氨酰胺，该过程是在叶绿体、细胞质或根细胞质体中进行的。谷氨酰胺进一步在谷氨酸合酶的作用下与α-酮戊二酸结合形成谷氨酸。谷氨酸合酶有NADH-GOGAT 和Fd-GOGAT2种类型，前者主要存在于高等植物的光合细胞中，以NADH 为电子供体，活性较高；后者在高等植物光合细胞和非光合细胞中均存在，以还原态的Fd 为电子供体活性较低。除此之外，NH 4+还可以由存在于叶绿体和线粒体中的谷氨酸脱氢酶由NADH 提供电子还原为谷氨酸。但是，谷氨酸脱氢酶与NH 4+的亲和度较低，只有当植物细胞中NH 4+浓度较高时才会发挥作用。
谷氨酸是植物体内其他氨基酸和酰胺的合成前体，它在植物中的过氧化物酶体、叶绿体、线粒体、细胞质等部位通过氨基交换作用合成其他氨基酸和酰胺，最终形成植物可以直接利用的氮素化合物。3植物吸收氮素的分子机制
研究表明[9]，在植物的体内存在2种吸收硝态氮的系统，分别是低亲和运输系统(Low-affinityTransport Systems ，LATS) 和高亲和运输系统(High-AffinityTransport Systems ，HATS) 。高亲和运输系统也包含2种类型分别是：组成型高亲和运输系统(ConstitutiveHigh-affinity Transport Systems ，CHATS) 和诱导型高亲和运输系统(InducibleHigh-affinity Trans-port Systems ，IHATS) 。研究进一步发现，HATS 和LATS 对NO 3-的吸收符合米式动力学方程，HATS 对硝酸根的K m 值是10-6mol/L数量级且具有底物诱导性，LATS 的K m 值为10-3mol/L数量级，因此，当植物生长介质中NO 3-浓度较低时HATS 高效运转；而当植物的生长介质中NO 3-浓度较高时，LATS 在氮素的吸收利用中发挥重要的作用且没有饱和性，故认为LATS 是组成型的硝酸根转运系统[10]。
随着人们对植物吸收氮素的分子机制研究的深入，人们普遍认为LATS 大致与NRT1家族蛋白相对应，而HATS 大致与NRT2家族蛋白相对应[10]。目前，科学家已经克隆到了植物中多条NRT 类基因的全长序列，在拟南芥中发现NRT1家族中至少有50多个成员[9]，NRT2家族中有7个成员，水稻NRT1家族的成员至少有100多个，NRT2家族中发现有6个。由于HATS 在外界低NO 3-浓度时对NO 3-吸收有积极的作用，故对植物中NRT2类基因的研究成为目前植物对氮素吸收利用研究的焦点。
除了对植物NRT 家族基因的研究以外，近年来对植物氮素同化途径中的关键酶的基因的功能研究也有了重要的突破。目前，植物氮素同化过程中第一个限速酶硝酸还原酶（NR ）已经克隆，其功能也有了初步的研究，NR 基因有2个，一个是Nia1，另外一个是Nia2，前者受NADH 的特异性诱导表达，后者的表达以NAD (P)H为底物[11]。通过对模式植物拟南芥的研究表明，NO 2-对NR 的活性和Nia1的表达具有反馈抑制作用。另外编码谷酰胺合成酶（GS ）的基因也已经在水稻中克隆到了，它也包括2个基因分别是位于细胞质中的Gln1和位于叶绿体中的Gln2[12]。进一步的研究表明[13]，Gln1和Gln2在植物中的表达部位和表达条件均不相同，Gln1主要在植物地下部的根系中不受光诱导表达，而Gln2主要在植物的上部表达受光诱导。4展望
提高作物氮素利用效率不仅可以提高农业生产效率和效益而且有重要的生态意义。植物氮素吸收利用的研究涉及植物生理学、分子生物学、细胞生物学、基因组学等多个学科的相互交叉。目前，关于作物吸收利用氮素的生理和分子机制的研究已经有了重要的进展，但是仍有较大的不足，个人认为今后应着重加强以下研究：（1）筛选氮素高效利用的作物品种；（2）对已发现的与氮素吸收和氮素同化相关基因功能的进一步研究；（3）深入发掘与作物氮素高效利用相关的功能基因，使植物在氮素亏缺状态下最大限度的吸收利用氮素，提高氮素利用效率；（4）进一步研究作物氮素高效利用的生理和分子机制；（5）氮素吸收和代谢中关键基因的调控模式；（6）植物中的氮素信号传导途径。
参考文献
[1]陆景陵, 胡霭堂. 植物营养学[M].北京:高等教育出版社,2006. [2]
Evans R J. Nitrogen and photosynthesis in the flag leaf of wheat
中国农学通报http://www.casb.org.cn
(Triticum aestivum L.)[J].Plant Physiol,1983,72(2):297-302.[3]李宪利, 高东升, 顾曼如, 等. 铵态和硝态氮对苹果植株SOD 和POD 活性的影响[J].植物生理学通讯,1997,33(4):254-256.
[4]李韵珠, 陆锦文, 罗远培. 土集水和养分的有效利用[M].北京:北京农业大学出版社,1994:139-148.
[5]于显枫, 郭天文, 张仁陟, 等. 水氮互作对春小麦叶片气体交换和叶绿素荧光参数的作用机制[J].西北农业学报,2008,17(3):117-123.[6]Garcia M C, Lamattia L. Nitric oxide and abscisic acid cross talk in guard cells[J].Plant Physiol,2002,128:790-792.
[7]李德全, 高辉远, 孟庆伟, 等. 植物生理学[M].北京:中国农业科学技术出版社,1999.
[8]
Crawford N M, Ford B G. Molecular and developmental biology of inorganic nitrogen nutrition//BiologistsAsoP. The Arabidopsis Book [M](2002)http://www.aspb.org/publications/Arabidopsis.[9]
Filleur S, Daniel-Vedele F. Expression analysis of a high affinity transporter isolated from Arabidopsis thaliana by different display
[J].Planta,1999,207:461-469.
[10]Fraisier V , Gojon A, Tillard P, et al.Constitutive expression of a
putative
high-affinity
nitrate
transporter
in
Nicotiana
plumbaginifolia :evidence for post-transcriptional regulation by a
reduced nitrogen source[J].Plant J,2000,23:489-496.
[11]Loppes R, Radoux M, Ohresser MC, et al. Transcriptional
regulation of the NIA1gene encoding nitrate reductase in
Chlamydomonas reinhardtii :effects of various environmental
factors on the expression of a reporter gene under the control of the Nia1promoter[J].Plant Mol Biol,1999,41:701-711.
[12]Bernhard WR, Matile P. Differential expression of glutamine
synthetase genes during the senescence of Arabidopsis thaliana rosette leaves[J].Plant Sci,1994,98:7-14.
[13]Edwards JW, Coruzzi GM. Photorespiration and light act in concert
to regulate the expression of the nuclear gene for chloroplast glutamine synthetase[J].Plant Cell,1989,1:241-248.
中国农学通报2010,26(13):75-78
Chinese Agricultural Science
Bulletin
植物对氮素吸收利用的研究进展
吴巍，赵军
（中国农业科学院生物技术研究所，北京100081）
摘要：近年来，随着农田生态系统中的氮肥的过量施用对生态系统造成的污染日益加重，提高作物对氮素的利用效率，减少氮肥对生态系统的污染成为目前的一个研究热点。文章对近年来有关植物对氮素吸收利用的研究进展进行了详细的阐述，从氮素对植物生长发育的影响、植物对氮素吸收利用的生理机制和分子机制3个方面进行了总结。随着植物转基因工程的快速发展，利用基因工程的手段提高作物氮素利用效率将是未来植物营养分子育种的一个方向，文中对未来植物氮素营养的研究提出了个人的见解，旨在为植物营养育种提供一定的理论依据和方向，从而实现提高植物氮素利用效率的目的。关键词：氮素；吸收；机制中图分类号：Q1
文献标志码：A
论文编号：2010-1272
Advances on Plants ’Nitrogen Assimilation and Utilization
(Biological Technology Research Institute of the Chinese Academy of Agricultural Sciences , Beijing 100081)
Wu Wei, Zhao Jun
Abstract:Recent years with the aggravation of the pollution caused by the over-application of nitrogen,
improving the nitrogen use efficiency and reduce the eco-system pollution has become a hot research goal. The paper has made detailed summarization of the nitrogen utilization of plants from the following three parts:the efficiency by gene engineering has become the orientation for the future plant nutrition molecular breeding and theoretic guidance for the crop nutritional breeding and improve its nitrogen utilization efficiency. Key words:nitrogen; utilization; mechanism 0引言
氮素是作物生长发育过程中必需的大量元素之一，氮素对作物最终产量的贡献为40%~50%，是植物体内蛋白质、核酸、磷脂和某些生长激素的重要组分之一[1]，。但是氮素的过量施用也带来严重的负面影响，如地下水硝酸盐的污染和江河湖泊的富营养化。据统计，中国目前氮肥年施用量是2500万t ，是世界平均水平的3倍，但是氮肥的利用效率却只有30%，因此，提高作物氮素利用效率对减少氮肥对生态系统的污染有重要的意义。
effect of nitrogen on plants growth and development, the physiological and molecular mechanism of the nitrogen utilization. With the rapid development of plant genetic engineering improving the nitrogen use I have put forward my personal views on the key research about the plant nitrogen nutrition in order to provide
近年来，随着植物转基因技术的快速发展以及对植物氮素吸收利用分子机制的逐步揭示，植物基因工程在提高作物氮素利用效率方面发挥着更为重要的作用。该文总结了近年来对植物氮素营养研究的现状与进展，旨在为相关的研究提供参考。1氮素对植物生长发育的影响1.1氮素对植物光合作用的影响
植物体内的氮素营养水平直接或间接的影响着植物的光合作用，氮素不仅是植物叶绿素的一个重要组成部分，而且对植物光合作用中光反应和暗反应的一
第一作者简介：吴巍，男，1980年出生，山东人，从事植物抗逆分子育种研究，通信地址：100081北京市海淀区中关村南大街12号中国农业科学院重大工程楼411室。E-mail ：[email protected]。
通讯作者：赵军，男，1968年出生，从事植物抗逆分子生物学的研究，通信地址：100081北京市海淀区中关村南大街12号中国农业科学院重大工程楼411室，Tel ：010-82106137，E-mail ：[email protected]。收稿日期：2010-04-22，修回日期：2010-05-10。
系列酶的活性有重要影响。
中国农学通报http://www.casb.org.cn
1.4氮素营养对植物内源激素的影响
一氧化氮（NO ）作为一种生物活性分子是植物生长发育中的一种重要的信号分子，参与了多个植物的生长发育的过程，如与ABA 协同参与调节气孔的关闭等。研究表明[5-6]，氮素也参与了植物气孔的调节过程，植物的氮素营养与植物体内的ABA 含量呈正相关关系，良好的氮素营养可以减少植物叶片中的ABA 的水平，维持植物的气孔开度，提高植物的光合速率。2植物对氮素吸收利用的生理机制
对于植物而言，铵态氮和硝态氮是其生长发育过程中主要的氮源。在正常的自然条件下，土壤中硝态氮的含量要显著高于铵态氮的含量，因此，硝态氮在植物的生育周期中发挥着更为重要的作用。
植物对氮素的吸收主要包括在硝酸还原酶的作用下将NO 3-先还原为NH 4+和NH 4+在多种酶的作用下进一步合成多种可被植物利用的氨基酸的2个过程(如图1所示[7]) 。
植物从土壤中吸收的硝酸盐首先要被还原为亚硝酸盐，这一过程是在细胞质中由NR(硝酸还原酶) 催化进行的，NR 是植物氮同化的限速酶，是植物氮同化的关键步骤。NR 是一种诱导酶，受底物NO 3-的诱导。研究表明，将小麦的根系置于硝酸盐溶液中，40min 后就会有NR 的mRNA 合成，约2h 后NR 的活性即达到峰值。硝酸还原酶是一种钼黄素蛋白，是由FAD 、Cytb 557(细胞色素557) 、MoCo(钼复合体)3种主要成分组成。在硝酸盐的还原过程中，电子供体NADPH 将电子传递给FAD ，然后由Cytb 557传至MoCo ，最终将硝酸盐还
研究表明，在一定范围内，植物的光合速率随植物体内氮素营养水平的提高而提高，而当植物体内的氮素超过一定的临界值后，植物的光合速率反而有下降的趋势。植物体内的碳同化和氮同化既相互促进又相互制约，碳同化为植物的氮同化提供同化力即ATP 和NADPH ，而氮同化通过影响碳同化过程中关键酶活性而影响植物碳同化的速率，合理利用氮素对于提高植物光合作用有重要的影响[2]。
1.2氮素对植物体内抗氧化系统的影响
活性氧是植物生长发育过程中所产生的一种小分子物质，活性氧的积累而产生的氧化逆境对植物的生长发育有重要的抑制作用。植物体内的抗氧化保护系统可以有效的清楚植物体内的活性氧从而对植物产生保护作用。研究表明[3]，植物体内的氮素营养水平对抗氧化保护酶的活性有显著的影响。小麦等植物的研究表明，随着植物体内氮素营养水平的提高，其体内SOD 、POD 、CAT 等酶的活性显著增强，而体内MDA 的含量则显著下降，从而延缓植物叶片的衰老。1.3氮素营养对植物水分吸收利用的影响
植物体内的氮素营养水平还可以通过影响植物的水分生理间接的对植物的生长发育产生影响。研究表明[4]，氮素的增产作用不仅仅表现在肥料本身，更重要的是与土壤中水分的互作，水分和氮素具有明显的正向交互作用，可以大幅提高作物的产量。土壤水分与
氮素的合理搭配可以合理调节作物营养生长与生殖生长之间的关系，提高作物的收获指数。
NR ：硝酸还原酶；GOGAT ：谷氨酰胺合成酶；glutamate ：谷氨酰胺；glutamine ：谷氨酸盐。
图1植物对氮素的吸收和同化
吴巍等：植物对氮素吸收利用的研究进展·
77·
原为亚硝酸盐。
亚硝酸盐进一步在亚硝酸还原酶的作用下转变为铵，该过程是在亚硝酸还原酶（NiR ）的作用下在叶绿体和前质体中进行的，亚硝酸还原酶是由2个亚基铁硫簇(Fe4S 4) 和罗西血红素组成。在亚硝酸盐的还原过程中，来自光合链的Fd ox 是电子的供体，将NO 2-进一步还原为NH 4+[8]。
由亚硝酸盐转变而来的NH 4+立即进入谷氨酸合酶循环转变为可以被植物直接利用的有机态氮，该过程是在谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶两个关键性酶的催化下进行的。首先，NH 4+在谷氨酰胺合成酶的作用下与谷氨酸结合形成谷氨酰胺，该过程是在叶绿体、细胞质或根细胞质体中进行的。谷氨酰胺进一步在谷氨酸合酶的作用下与α-酮戊二酸结合形成谷氨酸。谷氨酸合酶有NADH-GOGAT 和Fd-GOGAT2种类型，前者主要存在于高等植物的光合细胞中，以NADH 为电子供体，活性较高；后者在高等植物光合细胞和非光合细胞中均存在，以还原态的Fd 为电子供体活性较低。除此之外，NH 4+还可以由存在于叶绿体和线粒体中的谷氨酸脱氢酶由NADH 提供电子还原为谷氨酸。但是，谷氨酸脱氢酶与NH 4+的亲和度较低，只有当植物细胞中NH 4+浓度较高时才会发挥作用。
谷氨酸是植物体内其他氨基酸和酰胺的合成前体，它在植物中的过氧化物酶体、叶绿体、线粒体、细胞质等部位通过氨基交换作用合成其他氨基酸和酰胺，最终形成植物可以直接利用的氮素化合物。3植物吸收氮素的分子机制
研究表明[9]，在植物的体内存在2种吸收硝态氮的系统，分别是低亲和运输系统(Low-affinityTransport Systems ，LATS) 和高亲和运输系统(High-AffinityTransport Systems ，HATS) 。高亲和运输系统也包含2种类型分别是：组成型高亲和运输系统(ConstitutiveHigh-affinity Transport Systems ，CHATS) 和诱导型高亲和运输系统(InducibleHigh-affinity Trans-port Systems ，IHATS) 。研究进一步发现，HATS 和LATS 对NO 3-的吸收符合米式动力学方程，HATS 对硝酸根的K m 值是10-6mol/L数量级且具有底物诱导性，LATS 的K m 值为10-3mol/L数量级，因此，当植物生长介质中NO 3-浓度较低时HATS 高效运转；而当植物的生长介质中NO 3-浓度较高时，LATS 在氮素的吸收利用中发挥重要的作用且没有饱和性，故认为LATS 是组成型的硝酸根转运系统[10]。
随着人们对植物吸收氮素的分子机制研究的深入，人们普遍认为LATS 大致与NRT1家族蛋白相对应，而HATS 大致与NRT2家族蛋白相对应[10]。目前，科学家已经克隆到了植物中多条NRT 类基因的全长序列，在拟南芥中发现NRT1家族中至少有50多个成员[9]，NRT2家族中有7个成员，水稻NRT1家族的成员至少有100多个，NRT2家族中发现有6个。由于HATS 在外界低NO 3-浓度时对NO 3-吸收有积极的作用，故对植物中NRT2类基因的研究成为目前植物对氮素吸收利用研究的焦点。
除了对植物NRT 家族基因的研究以外，近年来对植物氮素同化途径中的关键酶的基因的功能研究也有了重要的突破。目前，植物氮素同化过程中第一个限速酶硝酸还原酶（NR ）已经克隆，其功能也有了初步的研究，NR 基因有2个，一个是Nia1，另外一个是Nia2，前者受NADH 的特异性诱导表达，后者的表达以NAD (P)H为底物[11]。通过对模式植物拟南芥的研究表明，NO 2-对NR 的活性和Nia1的表达具有反馈抑制作用。另外编码谷酰胺合成酶（GS ）的基因也已经在水稻中克隆到了，它也包括2个基因分别是位于细胞质中的Gln1和位于叶绿体中的Gln2[12]。进一步的研究表明[13]，Gln1和Gln2在植物中的表达部位和表达条件均不相同，Gln1主要在植物地下部的根系中不受光诱导表达，而Gln2主要在植物的上部表达受光诱导。4展望
提高作物氮素利用效率不仅可以提高农业生产效率和效益而且有重要的生态意义。植物氮素吸收利用的研究涉及植物生理学、分子生物学、细胞生物学、基因组学等多个学科的相互交叉。目前，关于作物吸收利用氮素的生理和分子机制的研究已经有了重要的进展，但是仍有较大的不足，个人认为今后应着重加强以下研究：（1）筛选氮素高效利用的作物品种；（2）对已发现的与氮素吸收和氮素同化相关基因功能的进一步研究；（3）深入发掘与作物氮素高效利用相关的功能基因，使植物在氮素亏缺状态下最大限度的吸收利用氮素，提高氮素利用效率；（4）进一步研究作物氮素高效利用的生理和分子机制；（5）氮素吸收和代谢中关键基因的调控模式；（6）植物中的氮素信号传导途径。
参考文献
[1]陆景陵, 胡霭堂. 植物营养学[M].北京:高等教育出版社,2006. [2]
Evans R J. Nitrogen and photosynthesis in the flag leaf of wheat
中国农学通报http://www.casb.org.cn
(Triticum aestivum L.)[J].Plant Physiol,1983,72(2):297-302.[3]李宪利, 高东升, 顾曼如, 等. 铵态和硝态氮对苹果植株SOD 和POD 活性的影响[J].植物生理学通讯,1997,33(4):254-256.
[4]李韵珠, 陆锦文, 罗远培. 土集水和养分的有效利用[M].北京:北京农业大学出版社,1994:139-148.
[5]于显枫, 郭天文, 张仁陟, 等. 水氮互作对春小麦叶片气体交换和叶绿素荧光参数的作用机制[J].西北农业学报,2008,17(3):117-123.[6]Garcia M C, Lamattia L. Nitric oxide and abscisic acid cross talk in guard cells[J].Plant Physiol,2002,128:790-792.
[7]李德全, 高辉远, 孟庆伟, 等. 植物生理学[M].北京:中国农业科学技术出版社,1999.
[8]
Crawford N M, Ford B G. Molecular and developmental biology of inorganic nitrogen nutrition//BiologistsAsoP. The Arabidopsis Book [M](2002)http://www.aspb.org/publications/Arabidopsis.[9]
Filleur S, Daniel-Vedele F. Expression analysis of a high affinity transporter isolated from Arabidopsis thaliana by different display
[J].Planta,1999,207:461-469.
[10]Fraisier V , Gojon A, Tillard P, et al.Constitutive expression of a
putative
high-affinity
nitrate
transporter
in
Nicotiana
plumbaginifolia :evidence for post-transcriptional regulation by a
reduced nitrogen source[J].Plant J,2000,23:489-496.
[11]Loppes R, Radoux M, Ohresser MC, et al. Transcriptional
regulation of the NIA1gene encoding nitrate reductase in
Chlamydomonas reinhardtii :effects of various environmental
factors on the expression of a reporter gene under the control of the Nia1promoter[J].Plant Mol Biol,1999,41:701-711.
[12]Bernhard WR, Matile P. Differential expression of glutamine
synthetase genes during the senescence of Arabidopsis thaliana rosette leaves[J].Plant Sci,1994,98:7-14.
[13]Edwards JW, Coruzzi GM. Photorespiration and light act in concert
to regulate the expression of the nuclear gene for chloroplast glutamine synthetase[J].Plant Cell,1989,1:241-248.