干旱胁迫下转PEPC+PPDK基因增强水稻光合机构的保护能力

随着全球的经济发展和人口膨胀,水资源短缺现象日趋严重,干旱已成为粮食生产的主要限制因素之一。C_4植物(如玉米)具有较高的光合速率以及较高的水分利用效率,利用转基因技术将C_4植物高光合及耐旱特征引入C_3作物(如水稻),被认为是解决水资源短缺与全球粮食需求不断增长矛盾的重要手段。本研究以转PEPC+PPDK双基因水稻及其非转基因对照为材料,通过PEG6000模拟干旱条件,研究干旱胁迫下叶片叶绿素含量、叶绿素荧光参数、C_4光合酶活性、叶片抗氧化酶活性等光合生理相关参数变化。结果表明:干旱胁迫下转PEPC+PPDK基因水稻叶绿素含量、C_4光合酶活性、抗氧化能力等均有提升;干旱胁迫对转PEPC+PPDK基因水稻PSⅡ的光化学活性抑制较小,对细胞的损伤相对更低,表明转基因水稻对光合机构的保护能力明显增强。     

干旱胁迫对转IrrE基因甘蓝型油菜生理生化指标的影响

以转IrrE基因与非转基因甘蓝型油菜为材料,用10%(W/V)PEG6000(聚乙二醇)进行了干旱胁迫实验,比较研究了转IrrE基因与非转基因甘蓝型油菜幼苗的耐受性应答情况。结果表明:转基因油菜植株含水量下降趋势小于非转基因油菜植株;转基因油菜植株叶绿素含量和荧光参数F0的上升趋势均明显大于非转基因油菜植株;转基因油菜植株的Fv/Fm值和可溶性蛋白含量均大于非转基因油菜植株,但丙二醛(MDA)含量小于非转基因油菜植株。以上结果从侧面证实了:在干旱胁迫下,转IrrE基因油菜植株较非转基因植株有更强的耐受能力;IrrE基因作为一种转录调节因子,广泛参与了油菜幼苗对干旱胁迫的耐受性应答过程,增强了植株的耐旱能力。     

光抑制条件下转PEPC基因水稻的光合表现

用原种粳稻Kitaake和转PEPC基因水稻为材料,比较光合速率、叶绿素荧光参数、叶绿素含量等光合特性的差别.结果表明,转PEPC基因水稻的饱和光强为1200 μmol/m2.s,比原种高200 μmol/m2.s,光饱和光合速率比原种高50%以上.在高光强1400 μmol/m2.s(2 h)下,与原种相比,转PEPC基因水稻的PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)下降较少、 光化学猝     

转玉米PEPC和PPDK基因对‘南林895杨’叶绿素参数影响的比较

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)和磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)是C_4植物维持高效光合作用的关键酶,本研究通过农杆菌转化手段将玉米PEPC基因和PPDK基因成功导入‘南林895杨’,并进行叶绿素含量和荧光参数检测,结果显示:高光强胁迫下,所有转基因植株的叶绿素含量的下降幅度(34.2%～38.1%)均小于对照组(41.2%);转基因株系原初光化学效率下降幅度(29.0%～47.3%)和实际光化学效率下降幅度(29.5%～45.9%)均分别小于对照组(54.9%, 51.2%),二者具有一致性;高光照条件下,转基因株系光化学淬灭系数qP值(0.45～0.49)全面高于对照组(0.43);非光化学淬灭系数qN值显示转基因株系在高光照条件下与对照组相比没有明显的耐光氧化能力的提高。研究结果表明,转玉米PEPC和PPDK基因‘南林895杨’对于强光的利用能力增强,从而提高了转基因植株的光合性能。     

转玉米C4光合酶基因水稻株系中的光合C4微循环

用转PEPC、PPDK、NADP-ME、PEPC PPDK等酶基因的水稻株系及原种野生型(WT)为材料, 研究了不同基因型水稻叶片中的C4光合微循环及其功能.用外源OAA或MA饲喂叶切片或离体叶绿体后,光合放氧速率在野生型水稻中增加了50%,在NADP-ME-和PPDK-转基因水稻中增加了50%～54%,在PEPC-和 PEPC PPDK-转基因水稻中增加了100%～150%.证明原种水稻Kitaake叶片中具有一个原初的和有限的C4光合微循环,除PPDK基因、NADP-ME基因外,外源PEPC基因或PEPC PPDK双基因导入原种水稻Kitaake后,可大幅度提高C4光合微循环的运行.水稻中C4光合微循环的增强有降低光呼吸速率(Pr)、增加净光合速率(Pn)的作用,在光能利用上,可增加PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭(qp)、降低非光化学猝灭(qN)的作用;这些结果为转C4光合酶基因水稻中建立C4微循环系统来提高光合作用效率的可能性提供了依据.     

转玉米C_4光合途径pepc、ppdk、nadp-me基因拟南芥光合特性对强光胁迫的反应

为了明确玉米C_4型pepc(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因)、ppdk(丙酮酸磷酸双激酶基因)、nadp-me(NADP-苹果酸酶基因)基因对拟南芥光合特性的影响效应,以PC(转Zm pepc基因)、PK(转Zm ppdk基因)、ME(转Zm nadp-me基因)、PCK(转Zm pepc+ppdk基因)、PKM(转Zm ppdk+nadp-me基因)5种转基因拟南芥和野生型WT为材料,鉴定了5种转基因拟南芥株系的外源基因表达量,测定了250μmol·m~(-2)·s~(-1)、800μmol·m~(-2)·s~(-1)、1 400μmol·m~(-2)·s~(-1)3种光照强度处理下转基因拟南芥株系相应的光合酶活性、光合速率。结果表明,5种转基因拟南芥在转录、翻译水平上均高表达了导入的外源基因。250μmol·m~(-2)·s~(-1)光强下,转基因拟南芥材料PC、PK、ME、PCK、PKM的PEPC酶活性较WT分别提高14.4%、9.1%、4.4%、21.6%、3.5%;PPDK酶活性较WT分别提高5.2%、33.2%、14.8%、24.9%、8.1%;NADP-ME酶活性较WT分别提高12.8%、42.0%、126.4%、31.9%、64.6%;净光合速率较WT分别提高26.6%、26.4%、5.4%、43.1%、14.1%,其中PC、PCK的C_4光合酶活性和净光合速率表现最为突出。随着光强胁迫的增加,转基因拟南芥上述测定指标较WT高出的幅度增加,较250μmol·m~(-2)·s~(-1)光强下降低的幅度小于WT,说明转基因拟南芥耐强光胁迫能力更强。转基因拟南芥酶活特性、光合速率存在基因型差异,单基因材料PCPKME,双基因材料PCKPKM,且PCK为本研究所有基因型中最优的材料。     

ATP是构建类似C4水稻的重要限制因素

为了分析ATP是否是转PEPC+PPDK基因水稻或转 PEPC+PPDK+ME基因水稻CO2浓缩过程的限制因素,以原种和不同转C4光合酶基因水稻为材料,测定了C4光合酶活性、光合速率以及活性氧代谢有关指标,结果表明:原种中具有全套的C4光合酶,但活性很低,而不同转C4光合酶基因水稻高表达了相应的C4酶活性.在高光条件下,与原种相比较,转PPDK基因水稻的光合速率未增加;转ME基因水稻的光合速率降低了6.1%;转PEPC+PPDK双基因水稻与转PEPC基因水稻相近.ATP和ATP激活剂NaHSO3处理后,可显著提高转PEPC+PPDK双基因水稻和转PEPC+PPDK+ME基因水稻的光合放氧速率,达到玉米的80.7%,显现出类似C4的光合特点,表明ATP是构建类似C4水稻的重要限制因素.光氧化条件下,转PEPC+PPDK+ME基因水稻的耐光氧化能力得到进一步的增强.这些结果为构建C4水稻提供了技术途径.     

硅对严重干旱胁迫下黄瓜幼苗叶绿素荧光参数的影响

研究了硅对严重干旱胁迫下黄瓜幼苗叶绿素荧光参数的影响。结果表明:黄瓜幼苗在严重干旱胁迫6 d后,Fo升高,Fm,Fv,Fv/Fm,Fv/Fo及NPQ均下降,施硅使各荧光参数均呈现相反的变化趋势。说明土壤施硅可缓解严重干旱胁迫对黄瓜幼苗光合机构的损伤与破坏,提高抗旱性能。     

PEPC过表达可以减轻干旱胁迫对水稻光合的抑制作用

为了明确磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)过量表达能否提高水稻的光合速率,测定了42个表达不同PEPC水平的转玉米PEPC基因水稻株系及对照(受体亲本中花8号)开花期和灌浆期的光合速率。结果表明,在水田条件下,转基因株系光合速率与未转基因对照相比没有明显差异;而在旱地条件下,转基因水稻的光合速率显著高于对照(27%和24%)。随机选取2个PEPC相对活性分别为10倍和25倍的转基因株系进行网室精确控水盆栽实验得到相似的结果。说明单纯导入PEPC并不能提高水稻的光合速率,而干旱胁迫下转基因水稻的光合优势可能是由于PEPC参与水稻的抗旱反应而减轻了干旱胁迫对光合作用的抑制作用。     

干旱胁迫对甘薯活性氧代谢、渗透调节物质、SPAD及叶绿素荧光特性的影响

为探究甘薯对干旱胁迫的应答机制及其生长需水规律,以‘商薯19’为供试材料,通过无土栽培方式,研究不同干旱强度(PEG-6000浓度分别为0%、6%、12%、18%、24%)对甘薯活性氧代谢、渗透调节物质、SPAD及叶绿素荧光特性的影响。结果表明,随着干旱胁迫强度的增加,保护酶SOD、POD、CAT、APX活性,可溶性蛋白质和可溶性糖含量均呈现先升高再降低的变化规律,且PEG-6000浓度不高于7%可诱导叶片保护酶SOD、POD、CAT和APX活性的提高。可溶性蛋白质和可溶性糖含量在PEG-6000浓度7%时值最大,较对照分别增加58.09%和161.14%。脯氨酸和丙二醛含量随干旱胁迫强度的增强而逐渐增加。PEG-6000浓度不高于3%能够刺激甘薯叶片叶绿素的生成。SPAD与干旱胁迫强度有极显著的负相关关系,两者的拟合方程y=54.354e-3.323x。初始荧光(Fo)表现出先降低再升高的变化规律,在PEG-6000浓度3%时值最低;最大荧光(Fm)、最大光化学效率(Fv/Fm)和光化学猝灭系数(qP)随干旱胁迫强度的增加表现出先升高再降低的单峰变化规律,且在PEG-6000浓度3%时值最大,与初始荧光(Fo)具有负相关关系。研究得出,土壤含水量保持在PEG-6000浓度3%,可以使甘薯幼苗保持健壮生长,实现节水灌溉,但土壤干旱强度不能超过PEG-6000浓度的7%,否则会对甘薯苗期形态特征和生理特性造成不利影响。     

干旱胁迫对黄瓜幼苗叶绿素含量和光合特性的影响

为了研究干旱胁迫对黄瓜幼苗叶绿素含量和光合特性的影响,以黄瓜幼苗为试材,采用盆栽试验,研究PEG模拟干旱对黄瓜幼苗叶绿素含量和光合特性的影响。结果表明,随着干旱胁迫浓度的提高和胁迫时间的延长,黄瓜幼苗的叶绿素含量、气体交换参数和叶绿素荧光的降幅增大。干旱胁迫1天,5%PEG与对照(CK)之间叶绿素总含量差异不显著,10%、20%PEG处理叶绿素总含量较CK分别降低5.2%、16.3%,干旱胁迫2天,5%、10%、20%PEG处理叶绿素总含量较CK分别降低8.6%、12.0%、37.2%。干旱胁迫1天,CK和5%PEG处理之间Pn、E、Gs差异不显著,CK、5%、10%、20%PEG处理之间Ci差异显著,干旱胁迫2天,CK、5%、10%、20%PEG处理之间Pn、E、Ci差异显著。干旱胁迫2天,5%、10%、20%PEG处理的YIELD较CK分别降低2.4%、8.7%和13.2%,ETR较CK分别降低8.5%、17.6%和40.2%,qP较CK分别降低4.6%、9.3%和12.7%,qN较CK分别降低8.7%、18.1%和66.6%。     

小黑麦TwNA C01基因功能分析

NAC是一类调控植物发育、衰老、生物与非生物逆境以及在激素反应方面具有重要作用的转录因子。为解析小黑麦TwNAC01基因的初步功能,本研究以从六倍体小黑麦中克隆到NAC转录因子基因TwNAC01为基础,构建了过表达载体pCAMBIA1300-35S-Tw NAC01,并通过蘸花法转化拟南芥,获得转基因拟南芥株系,对转基因与野生型拟南芥在干旱胁迫下的该基因表达量与相关生理指标进行了检测。结果表明,在干旱胁迫下,TwNAC01基因在拟南芥根部表达量显著高于叶部,同时在转Tw NAC01基因植株根和叶部的表达量均显著高于野生型及转空载体拟南芥。转TwNAC01基因拟南芥叶片在干旱胁迫下失水率较转空载体和野生型拟南芥降低,其电导率、H2O2和MDA含量较转空载体及野生型株系显著降低,但叶片含水量在转TwNAC01基因株系与较转空载体及野生型株系间差异不显著,而转Tw NAC01基因拟南芥根系长度分别是野生型和转空载体拟南芥根系长度的1.5倍和1.2倍,差异显著。可见Tw NAC01在拟南芥根部优势表达,其优势表达促进了根系的伸长,提高了拟南芥抗旱能力。本研究对于理解小黑麦的抗旱分子机制提供了重要依据,也为小黑麦抗旱育种奠定了分子基础。     

外源NO对UV-B胁迫下小麦幼苗生长、活性氧组分和光合特性的影响

为了研究外源NO对UV-B胁迫下小麦幼苗生长、活性氧组分以及光合特性的影响,以ML7113小麦为受试材料,以硝普钠(Sodium nitroprusside,SNP)作为外源NO的供体,预先用0.1 mmol/L的SNP浸种24 h,设置4个处理组：对照组(CK)、紫外线UV-B胁迫处理组(B)、UV-B胁迫和SNP复合处理组(B+SNP)、SNP单独处理组。待幼苗生长7天后取其叶片进行可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)、超氧阴离子(O₂^-)、过氧化氢(H₂O₂)、气孔密度、光合色素及叶绿素荧光参数等指标的测定。结果表明,NO供体SNP能显著增加经UV-B胁迫后小麦幼苗的株高,并使其小麦幼苗可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量分别提高19.69%、15.25%、41.36%,同时使其小麦叶正面气孔密度增大10.34%。SNP单独处理使得光合色素（叶绿素和类胡萝卜素）的含量较CK分别提高12.43%和5.99%,叶绿素荧光参数Fv/Fm和Fv/F0较CK显著提高0.5%和5.16%。此外,SNP能使小麦幼苗丙二醛(MDA)、过氧化氢(H₂O₂)的含量较CK显著降低27.30%和74.92%,超氧阴离子(O₂^-)的产生速率较CK显著降低24.47%。通过体内相关生理指标物质含量的变化来响应UV-B胁迫对小麦幼苗造成的伤害,而适宜浓度的外源NO(0.1 mmol/L)可以缓解UV-B胁迫下对小麦幼苗的伤害作用,从而增强小麦幼苗对UV-B胁迫的适应能力。     

转BADH基因水稻幼苗抗旱性研究

为了研究转BADH脱氢酶基因水稻的抗旱性,以受体亲本中花8和水稻旱作品种开系7及陆稻品种白珍珠作对照,于塑料营养钵中培养幼苗至五叶期进行干旱胁迫,测定了转BADH基因水稻品系52-7,51-15幼苗的生理生化变化。结果表明,干旱胁迫下,水稻幼苗细胞膜透性增加,膜脂过氧化产物MDA含量以及氨基酸、可溶性糖和游离脯氨酸含量提高,可溶性蛋白质含量降低,POD活性提高。但52-7和51-15细胞膜透性较小,MDA积累较少,蛋白质、氨基酸含量的变化幅度较小,可溶性糖、游离脯氨酸含量的增加幅度较大,POD和SOD活性较高。52-7,51-15与中花8具有相同的POD同工酶谱,与开系7和白珍珠有差异。干旱胁迫诱导中花8产生3条新酶带而与开系7和白珍珠相同,其他各品种酶谱不变。52-7和51-15的抗旱性强于对照品种。     

水分和高温复合胁迫对水稻幼苗光合生理特性的影响

以水稻“迁星1号”幼苗为材料,进行水分(PEG6000浓度分别为0%,10%,15%,20%)和高温(35,40℃)双重胁迫处理,研究水分和高温复合胁迫对水稻幼苗光合生理特性的影响,为探索调控植物光合生理措施、规避高温干旱复合逆境伤害提供理论依据。结果表明,轻度水分胁迫(PEG6000浓度为10%)下,35℃高温处理的水稻幼苗净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)胞间CO2浓度(Ci)、总叶绿素(Chla+b)含量、叶绿素a/b(Chla/b)、初始荧光产量(Fo)、最大荧光产量(Fm)和PS II最大光化学量子产量(Fv/Fm)与对照相比无显著变化;40℃高温处理的水稻幼苗在3种水分胁迫下,Pn,gs,Ci,Chla+b,Chla/b,Fm和Fv/Fm显著低于对照,Fo显著高于对照。说明35℃高温处理水稻幼苗光合生理特性在轻度水分胁迫下未受到明显抑制,表现出对水分胁迫具有一定的适应性;随着胁迫温度的升高,40℃高温处理的水稻幼苗对水分胁迫的适应性显著下降,其光合生理特性受到明显抑制。     

干旱胁迫对烤烟幼苗生长及抗性生理的影响

利用大型活动式防雨旱棚,人工控水研究了干旱胁迫对烤烟幼苗生长和抗性生理的影响。结果表明,在干旱胁迫下,烤烟幼苗植株的生长和光合作用均受到明显的抑制。植株的生长势消弱,植株干物质积累量减少,根冠比增大。干旱胁迫期间,叶绿素a含量均低于对照,而叶绿素b含量和总叶绿素含量在胁迫初期较对照有所增加,而后又低于对照,叶绿素a/b值的变化则相反。在土壤干旱进程中,烤烟叶片相对含水量下降迅速,叶片离体保水力随干旱诱导时间的延长降低速率减慢,烟叶可溶性糖和可溶性蛋白质含量呈上升趋势。     

持续干旱对油棕幼苗叶绿素荧光动力学参数的影响

为研究持续干旱对油棕叶绿素荧光动力学参数的影响,以油棕2 年生幼苗为试验材料,采用盆栽方式模拟自然持续干旱,测定叶绿素荧光参数及叶绿素含量,并运用隶属函数法对其抗旱性进行综合分析。结果表明：干旱胁迫下,油棕叶片叶绿素含量、可变荧光(Fv)、最大荧光(Fm)、可变荧光与最大荧光比(Fv/Fm)均降低;初始荧光(F0)和非光化学淬灭系数(NPQ)则升高,说明干旱胁迫伤害了光系统Ⅱ(PSⅡ),使得PSⅡ原初光能转换效率(Fv/Fm)降低,光合电子传递、光合原初反应过程受到抑制,起光保护作用的热耗散(NPQ)提高。4 个品种的叶绿素荧光参数和叶绿素含量的变化存在品种间差异,整个处理过中对干旱的适应性‘热油6号’＞‘热油8号’＞‘热油2号’＞‘热油4号’,因此,叶绿素荧光参数和叶绿素含量可作为抗旱性强弱的诊断指标用于油棕抗旱育种及相关研究。     

转杉木14-3-3基因拟南芥根系对干旱胁迫的反应

为了探讨干旱胁迫对转杉木14-3-3基因拟南芥根系生长的影响,本研究以两个转杉木14-3-3基因拟南芥(OE-0和OE-4)及野生型拟南芥(Col-WT)为研究对象,利用不同甘露醇浓度(100 mmol/L,200 mmol/L,300 mmol/L和400 mmol/L)模拟干旱胁迫,并以不加甘露醇(0 mmol/L)处理为对照,检测分析不同干旱程度下三组拟南芥幼苗根长、根直径、根表面积以及根体积。结果显示,随着干旱胁迫浓度增加,Col-WT、OE-0和OE-4幼苗根长、根直径、根表面积及根体积均逐渐降低,胁迫浓度400 mmol/L时各指标均达最低值。OE-0和OE-4比Col-WT表现出更强的干旱胁迫耐受性,干旱胁迫下OE-0和OE-4幼苗根长、根直径、根表面积及根体积均高于Col-WT幼苗,并在胁迫浓度200 mmol/L时差异达最大,根长、根直径、根表面积及根体积分别比Col-WT幼苗高出119.98%、15.38%、150.94%、150.00%,185.10%、15.38%、224.52%、200.00%。OE-4比OE-0表现出更强的干旱胁迫耐受性,干旱胁迫下OE-4幼苗根长、根直径、根表面积及根体积均高于OE-0,胁迫浓度300 mmol/L时差异达最大,根长、根直径、根表面积及根体积分别比OE-0幼苗高出42.27%、7.69%、56.92%和43.47%。本研究为干旱胁迫下杉木14-3-3基因分子调控机理研究及耐旱型杉木良种繁育提供了理论参考。     

转MvNHX1和MvP5CS基因棉花耐盐抗旱性比较与育种价值分析

通过对花粉管通道法获得的T7转MvNHX1基因的10个棉花株系和转MvP5CS基因的3个棉花株系与对照非转基因棉花D5在温室内盐和干旱胁迫下的发芽率、生理生化指标以及田间花期干旱胁迫下农艺性状和纤维品质进行分析发现:温室内盐和干旱胁迫后,转基因棉花叶片叶绿素含量、脯氨酸含量均高于对照,而丙二醛含量低于对照;田间花期干旱胁迫下,2种转基因植株果枝数、有效果枝数、铃数、有效铃数、铃重、子棉、皮棉、衣分、子指和衣指均高于对照,说明转MvNHX1基因和转MvP5CS基因植株在干旱逆境下的产量高于非转基因;经花期干旱胁迫后,2种转基因棉花的纤维断裂伸长率、短纤维率、马克隆值和纺纱一致性指数优于非转基因棉花D5。综合分析表明:2种转基因棉花的耐盐抗旱性均有提高,其中转MvNHX1基因棉花的耐盐性优于转MvP5CS基因棉花植株,而转MvP5CS基因棉花植株的抗旱性优于转MvNHX1基因棉花植株。     

转盐地碱蓬SsDREB基因烟草的抗逆生理机制分析

为了研究盐地碱蓬SsDREB基因在转基因烟草中的功能,探究转基因烟草的抗逆生理机制,我们构建了Ss-DREB基因的植物高效表达载体pCAMBIA2301-SsDREB,并通过农杆菌介导法将其导入烟草NC89中,通过Kan抗性、PCR及RT-PCR 筛选鉴定阳性苗;对转基因烟草苗进行高盐、干旱等抗逆性分析,同时测定在不同浓度 NaCl 和PEG6000处理后转基因烟草叶片的净光合速率( Pn )、气孔导度( Gs )、光能转化效率( Fv/Fm )、实际光量子效率(φPSⅡ)以及脯氨酸和可溶性糖的含量。结果表明：通过Kan抗性、PCR及RT-PCR筛选鉴定,最终获得12个株系转基因阳性苗。转基因植株的抗逆性与对照相比明显提高。在不同浓度NaCl和PEG6000处理下,对照和转基因苗的Pn和Gs随着处理浓度的提高均呈现逐渐下降趋势,但在相同浓度处理下转基因苗的Pn和Gs均比对照高;随着NaCl处理浓度的增大,对照和转基因植株的Fv/Fm和φPSⅡ均逐渐降低,但转基因苗的降低幅度比对照小;随着PEG处理浓度的提高,对照和转基因植株的Fv/Fm逐渐降低,但转基因苗的降低程度较对照小,而φPSⅡ下降趋势基本相同。在不同浓度NaCl和PEG处理后,转基因植株和对照植株脯氨酸和可溶性糖含量均随着NaCl处理浓度的增加而提高,但是转基因植株较对照植株增高更快。