转PEPC和PPDK双基因水稻孕穗期光合生理日变化

以转PEPC和PPDK双基因水稻为材料,测定了水稻剑叶在孕穗期的净光合速率(Pn)、叶绿素荧光参数初始荧光产量(Fo)、最大光化学量子产量( Fv/Fm)及叶绿素性能指数PI(abs)的日变化;同时分析了在自然条件下,转PEPC和PPDK双基因水稻叶片部分抗氧化酶SOD、POD、CAT的诱导活性,超氧阴离子(O2-)产生速率以及膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量的日变化规律.结果表明:转PEPC和PPDK双基因水稻与原种R299在自然条件下都随时间的推移而表现出F.先升后降,Fv/Fm、PI(abs)先降后升,保护酶SOD、POD、CAT诱导活性先升后降,O2-,、MDA逐渐积累的现象,与原种水稻相比,转PEPC和PPDK双基因水稻随高温高光逆境的加剧,SOD、POD、CAT诱导活性逐步增强且维持较高水平,O2-的产生速率较低,MDA积累较少,维持较稳定的光系统Ⅱ活性和较高光合能力,比原种水稻更具耐光优势.     

转PEPC&PPDK双基因水稻灌浆期的光合生理特性

在野外条件下,利用荧光动力学分析和生理生化研究技术,在灌浆期对转PEPC&PPDK双基因水稻R2P及其原种R299功能叶的光合特性和抗氧化系统进行比较研究.结果表明:(1)与R299相比,R2P的功能叶叶绿素含量高12.43％,净光合速率高26.86％;(2) R2P的PSⅡ具有更高光化学活性,有活性的反应中心数量多,热耗散的能量比例较少,光能吸收、传递和转化为电能效率较高;(3) R2P具有较强电能转化为活跃化学能能力,全电子链电子传递活性和光合磷酸化活性分别比R299高58.2％和48.1％;(4)暗反应关键酶方面,R2P的Rubisco初始活性较高,具有较高的PEPC和PPDK活性,差异显著;(5)与R299相比,R2P抗氧化酶SOD、POD和CAT活性分别高12％、15％、22％,O2生成速率和MDA含量分别低9％、22％.研究证明R2P在光反应和暗反应方面优势明显,抗氧化能力较高.     

转C_4基因水稻的生理表现

以C3水稻原种(WT)和C4玉米为材料,研究了转PEPC+PPDK+ME基因水稻(PKM)的C4光合酶活性、不同光温条件下光合参数和水分利用效率、活性氧代谢等指标。结果表明,PKM水稻饱和光合速率介于WT和C4玉米之间,稍偏向玉米,而水分利用效率与WT接近。由于玉米C4基因的导入,PKM水稻高表达了相关的C4光合酶。在高光和高温条件下,PKM水稻光合速率比原种提高55%以上。另外,虽然PKM水稻光合速率增加,但蒸腾速率亦升高,因此PKM水稻的水分利用效率略有增加,偏向原种。在光氧化条件下,PKM水稻耐光氧化能力进一步增强。     

转玉米PEPC基因水稻的形态和光合酶活性变化

以稳定的转PEPC基因水稻和未转PEPC基因水稻为供试材料,对其外形和光合酶活性进行测定。结果表明,与未转PEPC基因水稻相比,转PEPC基因水稻株高增加、茎秆变粗、叶片变宽、根系发达,光合酶活性增加,且产量构成因素均增加。     

C4光合pepc基因转化水稻和小麦研究进展

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)作为C4途径的关键酶,一直是水稻、小麦转基因研究的热点.综述了PEPC基因工程现状,着重介绍了转C4光合pepc基因水稻、小麦的光合生理特性及高光效育种最新进展;并指出转基因高光效育种的分子作用机理尚需深入研究,有价值高光效种质有待进一步创制;将转基因高光效育种和常规育种相结合,开展水稻、小麦分子聚合育种,是培育优质、高产、多抗水稻、小麦新品种的有效途径.     

转拟南芥BAS1基因提高烟草光合特性

本文通过农杆菌介导法将BAS1基因遗传转化烟草(Nicotiana tabacum xanthin),经PCR鉴定,不同启动子转基因植株各获得30株以上。以转基因株系及其野生型为材料,探讨大田环境下植株成熟叶片的光合特性。结果表明,转基因烟草具有更强的光合能力,并伴随着气孔导度(Gs)、细胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)提高,其叶绿素组成成分的含量发生了变化,叶绿素总含量也显著高于野生型。因此,转BAS1基因提高烟草净光合速率。     

氮高效水稻品种的光合生理特性

【目的】探索不同氮素利用效率水稻品种光合生理特性的差异。【方法】采用水培法,在正常供氮(1N)和低氮(1/12N)水平下,研究4个氮高效和4个氮低效水稻品种抽穗期后部分生理指标、农艺性状及光合特性的变化。【结果】低氮水平下,氮高效水稻品种叶绿素含量、硝酸还原酶活性、可溶性蛋白质含量、地上部分干质量、株高、根长、净光合速率(Pn)、表观叶肉导度(AMC)及水分利用效率(WUE)均显著高于氮低效水稻品种;正常供氮水平下,氮高效与氮低效水稻品种上述指标的差异均未达到显著水平。与正常供氮水平相比,低氮水平下氮高效与氮低效水稻品种除根系长度和气孔限制百分率上升外,其他指标均有所下降。【结论】低氮水平下净光合速率(Pn)的下降并非来自于气孔限制因素,可能与RuBP-Case活性的下降有关。同时,氮高效水稻品种各项生理指标均优于氮低效水稻品种,说明氮高效水稻品种更能适应低氮环境,且低氮条件有利于根系的生长。     

转OsMAPK4基因水稻耐盐性分析

构建了由组成型启动子E12启动子调控的OsMAPK4基因植物表达载体pCME12,利用农杆菌介导法转化黑龙江省主栽品种五优稻1号水稻愈伤组织,Southern杂交检测表明,OsMAPK4基因整合到水稻基因组上,获得了转基因水稻植株。对转基因水稻在种子发芽期和苗期进行了耐盐性分析,结果表明,转基因水稻种子在含0.2mol·L-1NaCl的培养基上能正常萌发;转基因水稻幼苗在0.4mol·L-1NaCl处理时茎部仍然为绿色,种子萌发与幼苗生长情况略优于非转基因植株栽至无盐土壤中,植株能萌发出新叶片。     

C4转基因水稻秧苗叶片气孔与叶鞘维管束结构特征

【目的】探明C4转基因水稻高光效的生物学结构基础。【方法】以已导入玉米C4光合关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、丙酮酸磷酸二激酶(PPDK)、NADP-苹果酸酶(NADP-ME)和PEPC + PPDK的转基因水稻为材料，以其受体品种Kitaake (WT) 为对照，运用扫描电镜观察了秧苗叶片气孔与叶鞘维管束结构，运用透射电镜观察叶肉细胞。【结果】与对照品种相比，转C4单基因水稻叶片气孔密度提高、面积增大，PPDK气孔密度和气孔面积都居各转基因品系之首；转C4双聚合基因（PEPC + PPDK）水稻叶片气孔密度提高、面积减小；C4转基因水稻各品系叶片叶肉细胞中叶绿体基粒堆密集，有些基粒类囊体沿长轴方向排列整齐、完整；C4转基因品系的叶鞘均比对照品种粗壮坚韧；除PPDK外，所有转基因品系叶鞘的内外侧维管束及其导管管腔、筛管等执行物质运输功能的组织结构的面积均大于对照品种。【结论】C4转基因水稻叶片气孔多、面积大以及叶鞘维管束结构发达是C4转基因水稻高光效实现的结构前提和基础，与秧苗高的干物质积累相一致。     

Response of Gas Exchange and Water Use Efficiency to Light Intensity and Temperature in Transgenic Rice Expressing PEPC and PPDK Genes

Aiming to controvert whether the photosynthetic capacity of transgenic rice expressing C4 genes is enhanced, with the C3-type untransformed rice （WT） and maize （a C4 plant） as controls, the activity of C4 photosynthetic enzymes, gas exchange parameters and water use efficiency （WUE） under different light intensities and temperatures, the stable carbon isotope ratio （8-3C） value and the metabolic index of active oxygen as well as plant yield parameters were determined in transgenic rice carrying the PEPC and PPDK genes （CK） in this study. The results showed that the light-saturated photosynthetic rate of CK was intermediate between that of WT and maize, with a slight bias towards that of maize. Under a high light intensity （1 200 μmol m^-2 s^-1） and high temperature （35℃）, CK still exhibited higher photosynthetic capacity, while the Gs decreased. The WUE of CK was only slightly increased, and was similar to that of WT. The δ13C value indicated that CK functioned as a C3 plant. In addition, the tolerance to photo-oxidation and grain yield of CK was enhanced by sprayed with NaHSO3. In conclusion, CK possesses higher photosynthetic productivity under the conditions of high photon flux density （PFD）, high temperature and spraying with NaHSO3 solution, thereby providing a new technical approach and physiological basis for constructing C4-like rice.     

转玉米PEPC基因水稻的农艺性状及生理特性

以稳定的转PEPC基因水稻和未转基因野生型水稻为供试材料,测定稻株开花期间地上部干物质的累积量及籽粒中可溶性糖、淀粉和蛋白质含量.结果表明:与未转基因野生型水稻相比,转PEPC基因水稻叶片、茎鞘和穗干重都有部分增加,但以穗增重为主;开花后14 d,与未转基因野生型水稻相比,转PEPC基因水稻籽粒中可溶性糖含量和蛋白质含量显著增加,但其淀粉含量没有增加,推测转PEPC基因水稻籽粒中较多的可溶性糖可能会更多地转化为蛋白质.     

不同测定环境条件下转PEPC基因水稻及杂交后代光合特性的比较

为了揭示转C4光合基因水稻响应不同环境条件的生理机制,以转PEPC基因水稻(PEPC)、未转基因原种(WT)及杂种F1花培株系H45和H137为研究材料,研究了不同测定环境条件下其功能叶片的光合特性.结果表明:在室外[温度25～30 ℃,相对湿度67%～79%,光强(1 200±50) μmol/(m2·s),CO2浓度(390.0±10.5) μmol/mol]和室内[温度25 ℃,相对湿度60%～72%,光强(25.0±5.0) μmol/(m2·s),CO2浓度(420.0±5.5)μmol/mol]的测定环境下,同一水稻品种的净光合速率没有明显差别,只是测定叶片净光合速率所需的光诱导时间不同.多元逐步线性回归分析结果表明,在不同测定环境条件下,不同环境因子对水稻叶片净光合速率的贡献力不同,在室外蒸腾作用对叶片净光合速率的影响最大,其次是相对湿度,而室内条件下气孔导度对水稻叶片净光合速率的影响最大.结果还表明,转PEPC基因水稻的净光合速率和气孔导度均最高,明显高于未转基因野生型(WT)的,这与转PEPC基因水稻具有较高的气孔导度和较强的胞间CO2利用能力(胞间CO2浓度较低)有关.     

不同穗型水稻品种的光合特性和光能利用率

为揭示不同穗型品种在寒地特殊气候条件下光合特性和光能利用率的差异,促进水稻高光效品种的选育和合理利用,以不同穗型水稻品种半直立穗型垦稻29、龙稻5号和弯穗型品种垦稻10号、垦稻12为试验材料,在黑龙江省特殊的寒地气候条件下,围绕两种穗型品种的光合特性及利用率进行研究。结果表明:半直立穗型品种在瞬时光合速率、光合速率高值持续期、叶面积和叶源量等方面均优于弯穗型品种。     

玉米稻的光合效率分析

采用离子束介导方法获得的玉米稻株系，其光合速率较原品种提高２９．２％～１３１．７％，平均提高８４．０％。离子束介导是高光效育种的一条有效途径。     

杂交水稻毕粳优210及其亲本光合特性研究

利用LI-6400XT便携式光合作用测量系统研究了杂交水稻毕粳优210及其亲本毕粳2A、NR210抽穗期剑叶的光合特性。结果表明:毕粳优210剑叶的叶绿素a含量比毕粳2A和NR210分别高20.28%和7.99%,同时,其叶绿素b含量比毕粳2A高53.70%,比NR210高12.16%。毕粳优210的平均净光合速率(Pn)比毕粳2A和NR210分别高19.88%和21.87%,平均水分利用效率(WUE)比毕粳2A和NR210分别高58.98%和16.34%。叶绿素荧光动力学参数测定表明:毕粳优210的初始荧光产量(Fo)、最大荧光产量(Fm)、光合电子传递速率(ETR)和PSII的光化学效率(PSII)均比其亲本毕粳2A和NR210显著提高,且毕粳优210最大光合效率(Fv/Fm)、非光化学淬灭(NPQ)分别比毕粳2A高15.87%和18.18%。毕粳2A和NR210杂交产生的毕粳优210能通过增强光合能力来显著提高水稻的光合生产率。     

不同叶色水稻光合特性的比较研究

以叶色不同的1个超绿水稻和4个常规水稻品系为试验材料,对其光合特性进行了比较研究。结果表明：超绿水稻在拔节期的净光合速率显著高于除ZH-1外的其它品系,而成熟期低于叶色正常的ZH-2和ZH-1,与叶色较浅的材料差异不明显。超绿水稻的叶片胞间CO2浓度、气孔导度和蒸腾速率在各生育期均显著高于其它品系。     

PEPC酶活性作为水稻高光效育种筛选指标的研究

以稳定的转玉米磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(pepc)水稻(PC)、未转基因野生型水稻(WT)和PC与9516、苏沪香粳和武育粳3号杂交转育后代为材料,分别测定苗期、分蘖期、拔节期和孕穗期以及花后PC和WT的光合特性.结果表明:①PC叶片的PEPC活性和净光合速率(Pn)在整个水稻生育期都比WT高,其中孕穗期的PEPC酶活性和Pn增加最显著;②与茎和穗相比,花后水稻剑叶的PEPC酶活性最高,叶片的PEPC活性PC和WT在开花后5～10 d剑叶PEPC活性和Pn最大,相对稳定;③开花后第5 d PC剑叶的PEPC酶活性和Pn呈正相关,相关系数为0.923**,其中上午10∶00～12∶00 PEPC酶活性表现较高水平且保持相对稳定;④34株转育材料剑叶PEPC酶活性与Pn的相关系数为0.918**.据此认为水稻开花后第5 d到第10 d,晴天上午10∶00～12∶00,剑叶的PEPC酶活性可作为水稻高光效筛选的可靠指标.     

双氰胺对水稻根系及合特性和经济性状的影响

为研究硝化抑制剂双氰胺的效应及其在水稻配方肥中的应用，以中稻培两优93为材料，采用盆栽法，研究了双氰胺对水稻根系、光合特性以及经济性状的影响。结果表明，低剂量的双氰胺（7.5和15kg/hm^2)能显著增加根系体积，改善根系的吸收性能。7月5日测定的根系活力随双氰胺用量的增加而增强，随后，各处理差别不明显。双氰胺能使叶绿素含量略微增加，并能改善水稻植株下部叶片光合性能，而对蒸腾速率、气孔导度影响不大。低剂量双氰胺处理有利于水稻植株干物质积累，促使水稻增产14.9%-25.74%。认为在水稻专用配方肥中添加双氰胺时，以不超过15kg/hm^2，即配方肥用量的2％左右为宜。