玉米C_4型全长pepc基因导入普通小麦的研究

为了获得具有类似C4光合途径的转pepc(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶)基因小麦材料,采用基因枪法将玉米C4型全长pepc基因导入小麦材料01H186-20-24,经在含4 mg.L-1L-PPT(L-phosphinothricin,草丁膦)的培养基上筛选,获得抗性再生植株,经PCR检测获得118株T0代阳性植株;进一步利用PCR对T1代植株进行筛选,T2代在隔离条件下种植于大田,Southern blot、SDS-PAGE检测表明,外源pepc基因在小麦基因组中得以整合和表达。测定了40个转基因T2代植株和受体对照的净光合速率(Pn)、PEPC活性,结果表明,在大田自然条件下,82.5%的转基因小麦的Pn增加,最大提高18.57%,达到了28.1μmol CO2.m-2.s-1,转基因植株中PEPC活性为对照的1.5~1.98倍。     

导入谷子基因组DNA对小麦光合生理特性的影响

为促进小麦高光效育种研究,以小麦品种普冰201、长武134及分别以普冰201和长武134为受体通过花粉管通道法导入谷子品种冀谷18基因组DNA的后代株系为材料,在拔节期、抽穗期和灌浆期分别测定其最上部叶片或旗叶的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、相对叶绿素含量(SPAD值)等光合生理指标,成熟期收获后调查单株穗数、穗粒数、千粒重等农艺性状,并进行比较分析.结果表明,谷子基因组DNA导入系的光合特性及农艺性状与亲本相比发生了变化.在拔节期,以长武134为受体的导入系01-2-20-10的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度分别较亲本高出5.5％、12.5％和6.5％.在抽穗期,以普冰201为受体的导入系01-2-12-5的蒸腾速率和气孔导度分别高出亲本11.1％和12.5％,导入系01-2-8-4和01-2-14-2的SPAD值较亲本高出9.7％和3.2％.在灌浆期,以普冰201为受体的导入系01-2-11-3的净光合速率较亲本高出10.0％,导入系01-2-12-2的气孔导度较亲本高出11.1％.对单株穗数而言,普冰201后代导入系01-2-12-2较亲本高出3.3％,长武134后代导入系01-2-17-4较亲本高出4.6％.对穗粒数而言,普冰201后代导入系01-2-12-2较亲本多出3.8％,长武134后代导入系01-2-17-4较亲本高出24.9％.普冰201所有后代导入系的株高和千粒重均高于亲本,长武134后代导入系01-2-17-4、01-2-18-5和01-2-18-12的千粒重均高于亲本.     

PEG胁迫对抗旱性不同的小麦幼苗光合关键酶活性的影响

为了解小麦幼苗叶片C4途径酶对干旱胁迫的响应,以小麦节水耐旱品种西农1043和水地品种陕253为材料,通过水培实验,分析了20%PEG胁迫后小麦幼苗叶片的叶绿素含量、相对含水量及C3、C4光合途径酶活性的变化。结果表明,随着PEG胁迫时间的延长,小麦叶片叶绿素含量、相对含水量和C3途径关键酶Rubisco活性均下降,且陕253的降幅相对较大,而C4途径关键酶活性均呈先升后降趋势。PEG胁迫下,C4途径酶CA、PEPC、NADP-MDH、NADP-ME、NAD-ME和PPDK活性最大增幅分别达到19.3%(P0.05)、34.7%(P0.05)、52.3%(P0.01)、93.7%(P0.01)、56.6%(P0.01)和91.3%(P0.01),且西农1043的C4途径关键酶活性较陕253增加明显。说明干旱胁迫下小麦幼苗叶片高活性的C4途径相关酶可能在光合固碳及耐旱生理机制中起着重要作用。     

喷施蒸腾抑制剂对毛叶枣叶片光合参数的影响

研究不同蒸腾抑制剂对毛叶枣成熟叶片光合参数的影响.结果表明:喷施蒸腾抑制剂对毛叶枣叶片气孔导度的影响要显著大于对叶片蒸腾速率的影响.对叶片蒸腾速率降低的影响主要在毛叶枣叶片一天中蒸腾作用的高峰时间段,对叶片净光合速率基本没有影响;土壤墒情对毛叶枣叶片光合参数的影响要大于蒸腾抑制剂的影响.     

不同基因型冬小麦在两种栽培模式下蒸腾速率、光合速率和水分利用效率的比较研究

为寻找提高小麦水分利用效率的途径,以株型扩张品种烟农19、株型紧凑品种泰山23和株型半扩张品种济麦20为材料,比较研究了垄作(小水沟内渗灌)和平作(大水漫灌)两种栽培模式下小麦的水分利用效率.结果表明,不同基因型供试品种的叶片温度、籽粒产量和水分利用效率在两种栽培模式下存在显著差异,产量水平的水分利用效率与光合速率和蒸腾速率呈显著正相关.垄作小麦冠层为波浪状,有利于提高小麦的籽粒产量和水分利用效率.水分高效型品种与水分高效型栽培技术结合能够取得较高的水分利用效率.     

不同种植密度下两种穗型小麦叶片光合特性的变化

为给小麦栽培提供群体优化方面的依据,在3个种植密度条件下,对多穗型品种济麦20和大稳型品种维麦8号植株不同部位叶片的光合特性进行了测定分析.结果表明,随着种植密度的增加,植株旗叶的日光合总量和蒸腾总量没有显著变化,而倒3叶和倒5叶的日光合总量和日蒸腾总量显著下降,并且多穗型品种济麦20的下降幅度大于大穗型品种维麦8号,济麦20的日光合总量明显小于维麦8号,日蒸腾总量明显大于维麦8号;植株各部位叶片的水分利用效率(WUE)和辐射利用效率(RUE)均表现为多穗型品种济麦20显著低于大穗型品种维麦8号.随种植密度的增加,旗叶的WUE增加,倒3叶和倒5叶的WUE降低,两个穗型品种变化趋势一致.植株同一部位叶片的胞间COz浓度(Ci)在品种间和种植密度之间均没有明显差异,但其气孔限值(Ls)均表现为多穗型品种济麦20低于大穗型品种维麦8号.     

不同密度下大豆单株和群体的光合特性

以垦农4号为材料,测定了R5期大豆不同群体单株和冠层的光合速率、蒸腾速率及气孔导度,探讨了不同密度下大豆单株和群体的光合特性.结果表明:群体不同节位的光合速率低密度群体明显高于高密度群体;群体冠层光合速率、蒸腾速率及气孔导度从冠层顶部至底部呈逐渐降低的趋势,低密度群体上下冠层差异较小,高密度群体上下冠层差异较大,冠层中上部蒸腾速率、气孔导度均与光合速率呈显著正相关.     

外源玉米pepc基因对小麦C_3、C_4途径相关基因表达的效应

为进一步探讨外源玉米pepc基因改良小麦光合性能的机制,以基因枪介导T4代的转玉米pepc基因小麦为试验材料,研究了抽穗期和灌浆期外源pepc基因对小麦内源光合相关酶基因表达的影响,并分析了转基因小麦的光合生理特性及其产量性状表现。结果表明,小麦抽穗期,pepc基因的表达上调了小麦C4微循环ppdk基因(丙酮酸磷酸双激酶基因)、nadp-me基因(NADP-苹果酸酶基因)、ca基因(碳酸酐酶基因)和C3循环rbcL基因(Rubisco大亚基基因)的表达;小麦灌浆期,pepc基因的表达仍显著上调C4微循环ppdk基因和nadp-me基因的表达,而ca基因和C3循环rbcL基因、rbcS基因(Rubisco小亚基基因)的表达量与对照差异不大。相应的酶活性在转基因植株中比对照有所提高,灌浆期增幅最大。两个测定时期的转基因小麦旗叶净光合速率(Pn)均比对照显著提高,在灌浆期增幅最大,比对照提高10.35%~22.77%。产量性状方面,转基因小麦的单穗粒数和收获指数均有所提高。上述研究结果表明,玉米C4型pepc基因导入小麦后,促进了小麦原有的C4循环,从而提高了小麦的光合效率和籽粒产量。     

碳同位素分辨率与小麦光合生理指标的关系

为了解碳同位素分辨率(Δ)与小麦光合生理指标的关系,以洛旱6号和西农389的154个F4代株系中的24个高Δ株系和24个低Δ株系及亲本为供试材料,分析了陕西杨凌和永寿两种不同雨养环境条件下小麦籽粒Δ与灌浆期叶片光合生理指标的相关性,并对高、低Δ材料间光合生理指标和产量进行了比较分析。结果表明,在降雨较多的杨凌地区,高Δ株系表现出高的籽粒产量;在降雨较少、相对干旱的永寿地区,高、低Δ株系间籽粒产量差异不显著,但低Δ株系表现出低的气孔导度。在杨凌生态条件下,灌浆中期籽粒Δ与叶片蒸腾速率、光合速率、气孔导度和Ci/Ca生理指标的相关性在小麦整个灌浆期最为显著;在永寿生态条件下,灌浆中期籽粒Δ与蒸腾速率和Ci/Ca均相关显著。说环境条件影响小麦籽粒Δ与光合生理指标的关系。     

转玉米C4型高光效pepc基因小麦的分子特征及光合特性研究

为分析转pepc基因小麦的分子遗传特征和光合生理特性,以基因枪介导转玉米C4型pepc基因的T3代转基因小麦株系为实验材料,对其进行PCR筛选、Southern杂交、qRT-PCR、Western杂交、酶活性和光合速率测定,鉴定了pepc基因在小麦基因组中的整合及表达情况,并分析了转基因株系的光合生理特性和产量性状表现。结果表明,玉米C4型pepc基因以1～3个拷贝的方式被整合到6个转基因株系的不同位点,且可以正确转录和翻译;6个转基因株系中有4个株系的pepc基因表达水平、PEPC酶活性和净光合速率均较对照显著提高,2个株系的单株重、单株产量和千粒重显著高于对照;抽穗期转基因株系的PEPC酶活性最大值为1.6μmol·min-1·mg-1,较对照提高了1.6倍;净光合速率最大值为29.5μmol·m-2·s-1,较对照提高了15.5%。说明,玉米C4型pepc基因可以在小麦基因组中整合表达,并可改善小麦的光合特性。     

玉米C4光合叶不同部位“花环”结构及叶绿素含量的变化

以玉米进行C4光合的全展第5位叶片为材料,分析从叶基部到顶部的解剖结构和叶绿素含量变化,研究玉米C4光合叶片"花环"结构随叶片发育的变化规律。结果表明,玉米第5位叶从基部到顶部都具有完整的典型"花环"结构,维管束鞘细胞(BSC)和叶肉细胞(MC)的体积在叶片发育过程中具有渐变性,从叶基部到顶部BSC和MC均呈先增大后变小的趋势,而且叶绿素a、b和a+b含量呈相同的变化趋势,说明BSC和MC细胞体积与叶绿素含量的变化具有相关性。叶绿素a/b总体呈上升趋势,说明玉米第5叶基部到顶部的光合途径存在C3向C4转变的过程。玉米第5叶不同部位C4光合途径发育的渐变性比前3叶更为明显。