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.     

转PEPC+PPDK双基因水稻的光合特性

【目的】系统研究ATP处理后转PEPC+PPDK双基因水稻的光合特性,证明ATP是增强转C4基因水稻光合能力的关键因子。【方法】以原种和转PEPC+PPDK双基因水稻为材料,进行了PCR检测,C4光合酶活性的测定。通过ATP处理后,分析了光、温—光合曲线和活性氧代谢有关指标,统计分析了相关的产量构成因素。【结果】原种中虽有全套的C4光合酶,但活性很低。PCR检测出玉米的PEPC和PPDK基因转入普通水稻后,转PEPC+PPDK双基因水稻高表达了C4光合酶活性。在高光和高温条件下,同未施ATP的相比, ATP处理后转PEPC+PPDK双基因水稻光合速率分别提高17%和12%。在光氧化条件下,耐光氧化能力进一步增强,产量提高15%。【结论】ATP处理后,转PEPC+PPDK双基因水稻增强了光合生产力,表明ATP是设计类似C4水稻的关键因子。     

转PEPC基因水稻的抗逆性研究

为了研究转C4光合基因水稻的抗逆性,以稳定的转磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因水稻和未转基因水稻(对照)为供试材料,研究其在干旱、高温、高光等逆境条件下的光合速率及抗氧化酶(SOD、POD)活性变化。结果表明:在干旱和高温、高光条件下,转PEPC基因水稻和对照光合速率较正常水分条件下均下降,但对照分别下降39.1%和30.4%,转PEPC基因水稻只下降8.0%和12.0%,说明转PEPC基因水稻具有较稳定的光合速率;超氧阴离子(O-·2)产生速率均增加,对照增加的速度远快于转PEPC基因水稻,转PEPC基因水稻分别增加2.25倍和0.45倍,对照却相应增加3.73倍和2.10倍;对照中SOD、POD活性几乎没有变化,而转PEPC基因水稻中SOD、POD活性增强,比正常条件下分别增加0.34倍和1.20倍,说明转PEPC基因水稻清除O-·2能力增强,从而可有效减轻膜脂过氧化程度。     

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.     

转PEPC基因水稻接种固氮菌的效应

利用~(15)N-同位素技术研究转PEPC基因水稻及无PEPC基因水稻在接种不同固氮菌后的光合特性、产量性状和固氮能力的变化。结果表明:接种水稻联合固氮工程菌处理与未接种固氮菌处理相比,转PEPC基因水稻的PEPC活性、PS Ⅱ光化学效率(Fv/Fm)、净光合速率均明显提高,生物学产量和经济产量也相应增加了38.08％和26.86％;与无PEPC基因水稻相比,转PEPC基因水稻能明显提高水稻联合固氮工程菌的固氮效率。这种水稻光合与固氮相互促进的机理值得深入研究。     

转C_4基因水稻籽粒产量及品质分析

为了分析C_4基因导入C_3水稻后对其籽粒产量及品质的影响,以日本水稻品种‘Kitaake’(Oryza sativa L.subsp.japonica)及其转玉米PEPC、PPDK、ME基因水稻为材料,测定C_4光合酶活性、光合速率、产量以及主要营养成分。结果表明,转C_4基因水稻的4种光合酶活性显著增加,PEPC基因的导入使光合效率显著提高,与对照相比各转基因株系籽粒中水分、灰分和淀粉质量分数无显著差异,而含有PEPC基因株系的蛋白质和脂肪质量分数显著增加,可溶性糖质量分数降低。可见,PEPC基因的导入加强了籽粒中蛋白质和脂肪的积累,从而使转基因水稻千粒质量和单株穗数显著提高,这可能是转基因水稻光合生产力提高的生理生化基础。     

转PEPC基因水稻耐光抑制和光氧化的特性

研究了转PEPC基因水稻及其原种在光抑制和光氧化条件下叶绿素荧光等参数的变化.结果表明,玉米PEPC基因导入水稻后,PEPC活性显著提高.不同基因型水稻在中午高光强高温条件下均发生光抑制现象,其中转PEPC基因水稻中午Fv/Fm、qP和PSⅡ降低较少,qN略为增加,光能转化为化学能的效率较高,热耗散较低,表现耐光抑制.经光氧化处理,转PEPC基因水稻叶绿素和蛋白含量下降较少,表现耐光氧化特性.同时转PEPC基因水稻Fv/Fm和qP下降较少,qN增加较多,可见其保持较高的光化学效率和增加热耗散提高耐光氧化能力.     

转PEPC基因水稻的光保护效应的可逆动态变化

研究了转PEPC基因水稻及其原种粳稻Kitaake旗叶的叶绿素荧光参数和活性氧代谢有关指标的日变化进程。结果表明,玉米PEPC基因导入水稻后,在高光强下光合速率提高50%,光合作用的光抑制减轻。用PEPC的专一抑制剂证明光合增加确与PEPC基因的导入有关。不同基因型水稻在高光高温自然条件下中午均有光抑制现象,其中转PEPC基因水稻中午Fv/Fm降低较少,光抑制较轻,光能转化为化学能的效率较高,热耗散较低。这些结果为进一步研究转PEPC基因水稻耐光抑制机理和高光效育种提供了依据。     

玉米PEPC基因和抗白叶枯病基因Xa25的水稻聚合育种

利用转玉米PEPC基因水稻HPTER(高感水稻白叶枯病)和抗白叶枯病水稻HX-3(具有抗白叶枯病基因Xa25)杂交,获得F1杂种,并对F1杂种进行花药培养,获得42株二倍体植株。通过对这些植株后代进行抗白叶枯病性鉴定,PEPC酶活性和光合速率测定及PCR检测,最后获得同时具有玉米PEPC基因和抗白叶枯病基因Xa25的水稻聚合株系7个,这些株系的农艺性状较HPTER有较大改善,可作为培育高产、抗白叶枯病水稻新品种的种质资源。     

转玉米PEPC基因水稻株系JAAS45的选育路径与技术

连续对转玉米磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 (PEPC)基因水稻植株PEPC活性进行测定,选取PEPC为1 200μmol/mg·h以上的稳定的转PEPC基因水稻H7 代种质(命名为HPTER)为父本,以水稻品种 (系 )9516为母本,通过杂交获得F1 杂种,对其进行花药培养,获得 189个再生植株,其中二倍体植株占总株数的 65 6%。测定了71个株系的PEPC活性,鉴定出 3个株系:H137、H45和H119,其光合效率较对照 9516增加 18 9% ~25 1%,单株产量较对照增加 7 1% ~29 8%。对H45进行剂量为150Gy、250Gy、300Gy和350Gy的γ射线辐照,选育出生育期与 9516相近,重穗、大粒的株系JAAS45。本研究结果证明,通过定向选育的高表达转PEPC基因水稻种质HPTER,采用杂交、花药培养及γ射线辐照等方法,可以将玉米PEPC基因快速转移到普通水稻品种中,培育出高光合效率和高产的水稻品系。     

高光效转玉米PEPC基因水稻激素含量与产量的关系

以稳定的转玉米磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(PEPC基因)水稻(PC)和未转基因野生型水稻(WT)为供试材料,测定开花期间剑叶的净光合速率、PEPC酶活性、开花后不同时间叶片可溶性糖含量、莽草酸含量、地上各部位激素[生长素(IAA)、细胞分裂素(iPAS)和脱落酸(ABA)]含量,以及籽粒可溶性糖、蛋白质和淀粉的含量,收获时记录产量构成因子。结果表明:与WT相比,PC叶片中光合产物可溶性糖和莽草酸含量都显著增加,而且叶片、茎、穗中细胞分裂素以及籽粒中ABA也均显著增加。相关分析结果表明,叶片中可溶性糖和莽草酸含量的增加可能是这些植物激素含量增加的重要物质基础,激素含量增加有助于增加单株有效穗数和千粒重。     

高代转玉米C4-pepc基因水稻株系形态和产量特性及其聚类分析

为获得高光效的转C4型PEPC(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC,EC.1.1.31)基因水稻(简称PC)高代的稳定株系,选取2019—2020年种植的同一株系的PC材料,分析PC材料的形态、光合参数、酶活性以及产量构成因子等的变化特点,并将各参数进行聚类分析.结果表明,PC高代材料的PEPC酶活性、净光合速率以及产量构成因子等指标的确存在年度间和株系间的变化,其中变异系数表现为产量构成因子<净光合速率相似文献   

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.     

转玉米pepc基因的杂交水稻亲本的选育

 对转玉米 pepc基因水稻进行观察研究 ,发现玉米 pepc基因不仅在水稻中高水平表达而且能稳定遗传。转基因水稻的PEPC活性比非转基因对照提高 10倍以上 ,其单株有效穗、穗总粒数、千粒重和单株产量等主要经济性状指标分别比原始亲本Kitaake提高 14 .9%、5 .7%、1.3%和 13.9%。 1998年以来 ,利用转 pepc基因水稻与杂交稻亲本杂交 ,经 5年 7代选育得出以下结果 :(1)玉米 pepc基因在新遗传背景下仍能高水平表达并能稳定遗传 ;(2 )F1的PEPC活性介于双亲之间 ,其饱和光合速率提高 5 0 % ,与双亲的差异达显著水平 ,利用高光效基因提高水稻杂种优势具有可行性 ;(3)PEPC活性与饱和光合速率呈极显著正相关 (r =0 .6 4 70 ) ,可将水稻叶片中的PEPC活性作为鉴定高光效水稻的主要生理指标 ;(4)转育成 3个较稳定的高光效水稻株系 ;(5 )建立了潮霉素催芽初选、分子标记抽检、田间表型决选和生理生化指标定量鉴定的高光效水稻筛选技术体系     

转pepc基因水稻的选育

通过基因工程 ,将玉米的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 (pepc)基因导入水稻品种“Kitaake” ,获得高表达的转pepc基因水稻 ,系统选育后 ,获得第 7代稳定种质。转pepc基因水稻的PEPC活性比原种高 2 4倍 ,净光合速率比原种高 5 0 %。以第 7代稳定转基因材料作父本 ,与水稻不育系“培矮 64S”、“2 9130S”、“70 0 1S”以及恢复系“5 12 9”、“Y910 7”、“H9195”、“双九A”和“437”进行杂交 ,获得 80 5株后代材料 ,并从中鉴定出 47株高PEPC活性和高光合效率的植株。这些植株的PEPC活性和净光合速率 (Pn)均高于母本 ,且Pn与PEPC活性呈正相关 ,r=0 666 0 。证明通过基因工程与杂交相结合的方法 ,可将转pepc基因水稻的高光效特性传递到杂种稻的不育系和恢复系中     

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。     

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.     

转玉米PEPC基因水稻的创建及其农艺性状分析

将水稻Cab基因启动子与来自玉米的PEPC基因融合后通过农杆菌介导的转化法转入粳稻品种武香粳9号中,经分子鉴定和表达分析明确PEPC基因成功转入水稻并获表达.对pCab::PEPC转基因水稻的产量和品质性状进行了系统分析,发现其具有较好的增产潜力,且对稻米品质有一定的改良作用.此外,pCab::PEPC转基因水稻在苗期...     

转ICE1基因水稻耐冷性与膜脂过氧化和抗氧化酶活性的关系

为探讨转ICE1基因水稻耐冷性与膜脂过氧化和抗氧化酶活性的关系,以转ICE1基因和非转基因水稻垦鉴稻10号为材料,研究4℃低温胁迫对水稻幼苗膜脂过氧化程度和抗氧化酶活性的影响。结果表明,低温胁迫期间,转ICE1基因水稻的相对电导率及丙二醛(MDA)含量均显著低于非转基因水稻,说明ICE1基因的过量表达减轻了膜脂过氧化程度,保护了细胞膜系统;随着冷处理时间的延长,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均呈现先增强后减弱的趋势,转ICE1基因水稻的SOD、CAT活性均强于非转基因水稻,但POD活性弱于非转基因水稻。说明ICE1基因的过量表达可能通过减轻膜脂过氧化程度与调整抗氧化酶活性来增强转基因水稻的耐冷性。