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。     

Study of the Protective Effects in PEPC Transgenic Rice

The diurnal course of chlorophyll fluorescence parameter and active oxygen metabolism of flag leaves in PEPC transgenic and untransformed rice Kitaake were studied. The results showed that the photosynthetic rate under high light intensity has been increased by 50% and photoinhibition of photosynthesis in PEPC transgenic was alleviated after the introduction of PEPC gene from maize into rice. It was demonstrated that the increment of photosynthesis in PEPC transgenic was related to the introduction of PEPC gene using specific inhibitor of PEPC. Photoinhibition of photosynthesis in different genotypes exists at noon under natural condition. PEPC transgenic rice exhibited a less decrease in Fv/Fm, a less photoinhibition and a higher efficiency of light energy conversion to chemical energy and lower thermal energy dissipation.These results provided the physiological basis on the mechanism of tolerance to photoinhibition and rice breeding with high photosynthetic efficiency.     

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。     

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。     

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...     

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。     

叶绿素含量降低对水稻叶片光抑制与光合电子传递的影响

【目的】水稻突变体叶片叶绿素含量显著低于其野生型,但其光合电子传递效率与净光合值显著高于对照,文章旨在阐明其生理学机理并探讨其在高光效育种中的潜在应用价值。【方法】通过人工气候室的盆栽试验设置高光强(光照强度为700—800μmol·m~(-2)·s~(-1))与低光强(光照强度约为100—200μmol·m~(-2)·s~(-1))2个处理,并结合大田试验,观测突变体与野生型的叶绿素荧光、超氧阴离子含量、丙二醛含量、SOD酶活性、叶绿体超微结构、叶片荧光显微结构与冠层温度。【结果】突变体材料叶绿素含量显著低于其野生型,并且光照强度对其叶绿素含量的效应也不相同。随着光照强度的增强,突变体叶片叶绿素含量增加60%,而野生型品种叶片叶绿素含量却降低20%以上。光反应曲线表明,突变体光合值显著高于野生型,尤其在1 000μmol·m~(-2)·s~(-1)光照下,低光强与高光强处理中低叶绿素含量突变体光合值分别比野生型高9.4%和46.5%。叶绿素荧光数据也表明,水稻突变体的电子传递速率(ETR)、光系统Ⅱ的量子产量(ΦPSⅡ)、光化学淬灭(q P)、光下最大光化学效率(F′v/F′m)显著高于其野生型。在高光强处理下,野生型材料中的应激活性氧超氧阴离子与丙二醛(MDA)含量受到光抑制。叶绿体超微结构与荧光显微结构表明,野生型材料叶绿体受到一定程度的损伤,且其维管束间距离显著大于突变体,其维管束面积小于突变体,不利于水分在叶片中的传输。田间冠层热力学图像表明中午高温、高光照条件下,突变体冠层温度显著低于其野生型。综合以上结果,野生型叶片叶绿素含量高,在高光强下会导致过量光吸收,光系统Ⅱ电子传递效率下降,超氧阴离子与丙二醛累计,导致叶绿素结构与功能的破坏,因此,其光合值显著低于突变体材料。同时过量光吸收会导致叶片与冠层温度上升,不利于冠层群体光合。【结论】在未来高光效育种中选育叶绿素含量适当降低的品种,有助于避免高光强下叶片的过量光吸收,从而缓解活性氧的产生与光抑制,并有利于降低冠层温度从而缓解水稻群体光合"午休"现象。     

Study of the Protective Effects in PEPC Transgenic Rice

The diurnal course of chlorophyll fluorescence parameter and active oxygen metabolism of flag leaves in PEPC transgenic and untransformed rice Kitaake were studied. The results showed that the photosynthetic rate under high light intensity has been increased by 50% and photoinhibition of photosynthesis in PEPC transgenic was alleviated after the introduction of PEPC gene from maize into rice. It was demonstrated that the increment of photosynthesis in PEPC transgenic was related to the introduction of PEPC gene using specific inhibitor of PEPC. Photoinhibition of photosynthesis in different genotypes exists at noon under natural condition. PEPC transgenic rice exhibited a less decrease in Fv/Fm, a less photoinhibition and a higher efficiency of light energy conversion to chemical energy and lower thermal energy dissipation.These results provided the physiological basis on the mechanism of tolerance to photoinhibition and rice breeding with high photosynthetic efficiency.     

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.     

水稻转基因育种研究进展及展望

通过对转基因技术在水稻抗虫、抗病、抗逆、米质改良及水稻株型等方面的研究进展所作的综述,指出了目前转基因水稻研究中存在的有关问题及今后的发展方向。     

我国转基因水稻研究的现状

综合分析了我国转基因技术在水稻抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆境和高产优质等方面的育种研究进展及存在问题,并对中国今后转基因水稻的发展提出了建议。     

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.     

NaCl胁迫对不同品种黄瓜幼苗生长、叶绿素荧光特性和活性氧代谢的影响

 研究了NaCl胁迫下黄瓜'津研4号'（耐盐性较强）和'津绿4号'（耐盐性较弱）植株生长、叶片叶绿素荧光特性和活性氧代谢的影响。结果表明，NaCl胁迫明显降低植株生长量、叶片叶绿素含量、PSII非环式电子传递量子效率（ΦPSⅡ）、初始荧光（Fo）和非光化学猝灭系数（NPQ），而对光化学效率（Fv/Fm）的影响不大。'津研4号'幼苗生长受盐胁迫的影响小于'津绿4号'，其光合机构受盐胁迫的伤害程度小于'津绿4号'。随NaCl浓度增加，黄瓜叶片AsA-POD活性升高，而'津绿4号'叶片SOD活性降低。盐胁迫增加叶片O2-·产生速率、H2O2和MDA含量，尤其是'津绿4号'叶片中更明显。因此，可以推论，盐胁迫下较高的SOD活性、较低的H2O2和MDA含量与'津研4号'较高的耐盐性有关。