根系是植物的重要器官,具有固定植株、吸收营养成分和水分、合成和储藏营养物质等生理功能。植物主要通过产生侧根和根毛形成庞大的根系,扩展与土壤的接触方位和面积,根系的生长状态在很大程度上决定着植物利用营养元素的能力。植物根系的生长发育和形态构型既受自身发育信号的调控,也与环境中营养元素有着密切的联系,它们之间存在复杂的相互作用关系。氮素营养是植物生长所必需的重要营养元素,通常以NO3-或者NH4+的形式被植物从土壤中吸收。目前已经知道,NO3-不仅作为营养成分,还可以作为信号分子调控根系生长。植物可以通过感受外界NO3-浓度的变化来调节自身的生长发育。本研究利用水稻CBL1 Knock-Down株系,深入研究CBL1介导的钙信号在根系生长发育和硝酸盐信号传导中的作用,获得的主要研究结果如下:1、硝酸盐对水稻不同根系生长发育的调控模式不同。在分别去除NH4+,NO3-,K+,PO42-这4种营养元素的MS培养基中,水稻不同根系的生长状态差别很大,说明不同的营养元素对根系生长发育的调控模式不一样。分别用0 m M,0.2m M,0.5 m M,1 m M,2m M的硝酸盐溶液培养cbl1-KD和野生型植株7天,发现两者的主根长并没有差异。另一方面,硝酸盐处理条件下,cbl1-KD植株的冠根数目,冠根总长和侧根长与野生型的差异缩小,其中冠根生长率和侧根生长率的增加只发生在低浓度硝酸盐培养条件下。2、Os CBL1在水稻不同根系中差异化表达。构建了Os CBL1启动子与GUS的融合表达载体,荧光定量和GUS组织染色结果显示,Os CBL1在冠根和侧根的不同发育时期都有表达,而在主根中表达量极弱。MADS-box家族基因的Real-Time结果发现,硝酸盐处理条件下,其在cbl1-KD和野生型植株主根中的表达趋势相同,而两者在冠根中的表达趋势相反。3、Os CBL1改变了硝酸盐培养条件下水稻冠根和侧根中生长素的合成。在硝酸盐培养条件下,Tar5,YUCCA3,YUCCA4,YUCCA6,YUCCA9这5个生长素合成相关基因在cbl1-KD植株冠根中下调表达,其结果与野生型相反;而主根中生长素相关基因的表达趋势没有规律。利用DR5与GUS的融合表达载体分析水稻根系中的生长素信号,发现低浓度（0.2 m M）硝酸盐培养可以缓解bl1-KD植株侧根生长发育中生长素信号与野生型的差异,但是高浓度（2 m M）硝酸盐培养没有出现这种现象。4、Os CBL1参与水稻根中硝酸盐的感应而非转运。检测了不同硝酸盐浓度培养条件下,cbl1-KD和野生型植株的主根和冠根的硝态氮含量,两者均没有差异;用Na15NO3分析硝酸盐的转运能力,两者也没有差别。而对具有原初硝酸盐反应的基因表达分析显示,与野生型相比,cbl1-KD植株对低浓度硝酸盐处理的应答程度变得微弱。而对高浓度硝酸盐处理的应答变得更加剧烈,且分根实验也发现cbl1-KD植株的侧根感应硝酸盐的能力变弱。5、Os CBL1能提高水稻在低氮条件下的氮肥利用率。田间实验显示,与野生型相比,cbl1-KD植株在低氮肥土壤生长环境下的结实率,千粒重以及单株产量的差异不大,且有效穗数超过了野生型;而在高氮肥生长环境下其结实率,千粒重和单株产量都显著低于野生型。