拟南芥PMRP基因在叶绿体淀粉粒积累和抗寒性中的作用

【目的】分析推测的膜蛋白（putitave membrane realated protein,PMRP）在拟南芥叶绿体发育过程的作用,明确PMRP对拟南芥光合能力的影响及抗寒性分析,为改善作物光合性能及增强抗逆性提供理论依据。【方法】构建PMRP的RNAi和过表达载体,转化农杆菌EHA105,采用花絮侵染法转化野生型拟南芥（Columbia,Col-0）,获得PMRP RNAi和过表达转基因拟南芥;以野生型和PMRP RNAi、过表达转基因拟南芥为材料,利用细胞生物学方法,观察PMRP表达量对拟南芥叶肉细胞叶绿体的结构和淀粉粒积累的影响;利用红外CO₂分析法测定拟南芥的光合速率,分析PMRP对拟南芥光合能力的影响。选取16 h光照、21℃条件下培养的21 d的野生型Col-0、3个过表达PMRP转基因拟南芥株系,3个PMRP-RNAi转基因拟南芥株系,用冷光源培养箱培养,先在4℃培养7 d,然后在-8℃培养1.5 h,取出放到16 h光照、21℃条件培养7 d后,分析PMRP转基因拟南芥对寒害的抗性。选取14 d的野生型Col-0、3个过表达PMRP转基因拟南芥株系和3个PMRP-RNAi转基因拟南芥株系,对其莲座叶细胞渗出液电导率进行测定。【结果】获得PMRP RNAi和过表达转基因拟南芥株系;通过测定野生型和转基因株系的莲座叶光合速率,野生型Col-0的光合速率为7.3 μmol·m^-2·s^-1,PMRP-RNAi转基因拟南芥的光合速率分别为8.8、7.8和8.5 μmol·m^-2·s^-1,PMRP表达量的降低略增强了拟南芥的光合速率。野生型Col-0的绿叶率为48%,过表达PMRP转基因拟南芥的3个株系绿叶率分别为48.6%、47.8%和49.2%,3个PMRP-RNAi转基因拟南芥的绿叶率分别为65.9%、67.4%和68.3%,表明PMRP表达量的降低增强了植物的耐寒性。在-8℃下处理30 min,野生型Col-0拟南芥莲座叶的渗出液电导率为70.67 μS·cm^-1,PMRP-RNAi拟南芥莲座叶渗出液电导率分别为48.57、45.40和52.10 μS·cm^-1。表明PMRP表达量的降低明显降低了逆境对细胞膜的损伤。通过对PMRP-RNAi转基因拟南芥和野生型拟南芥完全展开的莲座叶,进行超微结构分析,发现野生型拟南芥莲座叶细胞中,叶绿体为椭圆形,而PMRP-RNAi转基因拟南芥莲座叶细胞叶绿体变为近似圆形;在光照情况下,PMRP-RNAi转基因拟南芥叶绿体中淀粉粒的积累与野生型相似,均有明显的淀粉粒积累,但在黑暗环境中,PMRP-RNAi转基因拟南芥叶绿体中淀粉粒积累明显增多。【结论】PMRP表达量降低造成叶绿体形状由梭型变为圆球型,淀粉粒明显增多,增强了拟南芥的抗寒性。     

拟南芥室内简易栽培和田间大规模种植的方法

采用菜园土、草木灰、锯木屑体积比为4∶2∶1的培养基质,用1g·L-1琼脂水悬浮种子直播培养拟南芥,根据其生物学特性在温度、空气相对湿度、土壤水分、光照以及病虫害防治等方面进行管理,培养出生长健壮、充分满足实验要求的拟南芥植株.用同样基质,适当遮荫,可以在田间大规模种植拟南芥.在月均温为11-14℃,日最低气温为2.1-4.7℃的自然条件下,夜间覆盖塑料薄膜,拟南芥仍能正常生长.     

拟南芥室内繁种技术的改进

在室内简易条件下,采用营养土、蛭石、珍珠岩按不同比例混合介质和直播方式培养拟南芥。并依据其生物学特性在温度、空气湿度和土壤水分等方面给予适当管理,能培养出生长更健壮、更好地满足实验要求的拟南芥植株。营养土、蛭石、珍珠岩的比例为3∶1∶1时拟南芥生长最好,果荚饱满,种子数最多。     

冬季拟南芥土培室与大棚培养技术的对比研究

拟南芥是广泛用于遗传学和生物学研究的模式植物,但其对环境条件的要求比较高,致使在简陋条件下难以培养成功。本试验报道了在简陋条件下在室内人工光照和大棚内培育拟南芥的方法,对培养基质、育苗方法、培养条件？移栽管理等作了详细介绍。     

卡那霉素对拟南芥幼苗生长的影响

为了解植物基因工程中最早广泛应用的卡那霉素筛选剂对拟南芥幼苗的敏感性及幼苗植株发育的影响,将拟南芥种子播种于MS固体培养基上,在22℃光照16h、18℃黑暗8h的光周期条件下进行培养试验,结果表明:卡那霉素致使拟南芥幼苗黄化现象严重,对拟南芥幼苗子叶和真叶的生长和发育有明显影响,并抑制了幼苗主根的伸长和侧根的发生。与对照相比,卡那霉素处理的拟南芥幼苗的子叶较小、黄化,且没有真叶出现,处理10d时,子叶黄化严重,甚至死亡。另外,卡那霉素处理的拟南芥幼苗的主根较短,同时没有形成侧根。但进一步研究分析发现,卡那霉素处理对拟南芥幼苗根尖的影响具有可逆性,但幼苗主根伸长并没有表现出较大的可逆性。     

盐胁迫对拟南芥种子萌发的影响

为了研究盐胁迫对拟南芥种子萌发的影响,以哥伦比亚野生型拟南芥种子为试验材料,在无菌条件下将拟南芥种子分别点种在添加50、100、150、200 mmol/L的NaCl和KCl及100、200、300和400mmol/L甘露醇的MS基本培养基中进行培养;然后对拟南芥种子的萌发情况进行统计,连续统计7d.结果表明,当NaCl、KCl和甘露醇浓度为50、50、100 mmol/L时,种子萌发率与没有盐胁迫的对照无显著差异;当NaCl、KCl和甘露醇浓度分别达到150、150和300 mmol/L时,种子萌发率均显著低于对照.随着培养基中盐浓度的提高,拟南芥种子萌发和幼苗生长所受到的抑制作用不断增强.     

促生细菌挥发性有机物调控根部质膜H+-ATPase 活性提高植物耐碱胁迫能力

根际促生细菌的挥发性有机化合物（VOCs）可以促进植物生长并提高植物对盐、旱和病菌的抵抗力。分析了芽孢杆菌PDR1产生的VOCs对拟南芥耐碱胁迫能力的影响及其生理机制。在芽孢杆菌PDR1存在或不存在的条件下,对拟南芥进行培养;检测对照和碱胁迫条件下拟南芥根部的各种离子含量;用pH指示剂（溴甲酚紫）和pH计检测拟南芥的根际酸化能力;检测拟南芥根部质膜H⁺-ATPase活性。结果显示,芽孢杆菌PDR1的VOCs改善了同一空间中碱胁迫下拟南芥的根长和根部离子平衡;来自芽孢杆菌PDR1的VOCs增强了拟南芥根中质膜H⁺-ATPase的活性,并提高了拟南芥植物的根际酸化能力。研究结果将促进对芽孢杆菌调节拟南芥生长和抗逆性机制的理解,并为其在农业生产和生态保护中的广泛应用奠定基础。     

利用酵母磷酸甘露糖异构酶基因作为拟南芥遗传转化的筛选标记

利用PCR反应克隆来自酿酒酵母的磷酸甘露糖异构酶(PMI)基因pmi,通过农杆菌介导的花序侵染法将PMI的基因导入受体拟南芥中,将转化后的拟南芥种子放在质量浓度为1g/L的甘露糖MS培养基上进行筛选培养,共得到抗性拟南芥植株4株。PCR反应证明酵母PMI的基因pmi已经整合到拟南芥基因组中,RT-PCR检测证明该基因的内含子能够在拟南芥中被正确剪切,同时通过GUS化学组织染色方法证明了伴随转化的GUS基因gus在拟南芥中得以表达,以上研究结果说明酵母PMI/甘露糖系统可以作为拟南芥遗传转化的筛选标记。     

1种简单方便的拟南芥发芽诱导新技术

采用2种方法对拟南芥进行发芽诱导,即普通常用的方法和研究的新方法。经过种植培养对比,表明研究的新方法在诱导发芽种植拟南芥方面比普通的方法简便、快捷、易操作。     

拟南芥种子萌发及幼苗生长对干旱和NaCl胁迫的响应

为获得胁迫因子处理拟南芥的最佳浓度及其生长的临界胁迫浓度,以期进一步采用拟南芥基因缺失突变体,以PEG模拟干旱胁迫和NaCl作为盐胁迫因子,在室内培养条件下探讨了拟南芥种子萌发、幼苗生长、根长及渗透调节物质丙二醛和脯氨酸含量的变化。结果发现:干旱和高盐胁迫影响种子萌发的半抑制浓度分别为10%(PEG-6000)和150 mmol/L;幼苗生长的临界值分别为25%(PEG-6000)和250 mmol/L NaCl。随着干旱胁迫和NaCl胁迫程度的增加,丙二醛及脯氨酸的含量均明显增加。表明随着胁迫条件的加重,拟南芥幼苗质膜受到氧化性伤害,并通过合成脯氨酸等渗透调节物质的机制对胁迫因子产生响应。