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《中国棉花学会2011年年会论文汇编》2011年
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聚合betA/TsVP基因提高棉花的耐盐性

郭宁  陈修贵  吴伟  樊文菊  张可炜  
【摘要】:betA基因来源于大肠杆菌,编码的胆碱脱氢酶可以催化胆碱到甜菜碱的合成,转入betA基因可提高转基因植物胞内甘氨酸甜菜碱含量;来自于盐芥的TsVP基因编码V-H+-PPase,过表达Ts-VP基因可提高跨液泡膜逆浓度质子梯度,从而提高离子转运效率。过表达betA、TsVP基因可以改善转基因植物的耐盐性。本工作以转betA基因(BL株系)和转TsVP基因棉花(TL株系)纯合株系为亲本,通过有性杂交方法获得了聚合有2个基因的棉花植株(betA×TsVP,即Bt株系)。PCR和RT-PCR的检测结果表明,betA和TsVP两个基因稳定整合于基因聚合棉花植株中并进行了活跃表达。甘氨酸甜菜碱含量及V-H+-PPase水解活性结果表明这两个基因能很好的在聚合植株中行使各自的功能。对盐胁迫下转单基因植株和基因聚合植株进行了生理生化分析测定,结果表明转基因聚合植株表现了更高的耐盐性。盐胁迫可导致棉花叶片失水,植株出现萎蔫症状。200mmolNaCl胁迫处理至14d,野生型对照植株的叶片相对含水量为71.12%,转基因植株的叶片相对含水量在76.20%~78.25%之间,其中以转基因聚合株系Bt1的叶片相对含水量(78.25%)最高。NaCl胁迫处理至14d,所有株系叶片的渗透势降低,转基因株系保持了较低的渗透势,其中以聚合株系Bt1的渗透势最低。200mmolNaCl胁迫处理至第14天时,各转基因株系植株叶片的叶绿素含量在1.66~1.75mg·g-1之间,显著高于野生型植株叶片的1.29mg·g-1的叶绿素含量,转基因聚合株系Bt1的叶绿素含量显著高于转betA株系。盐胁迫处理至第14天,转基因聚合株系Bt1的净光合速率显著高于转单基因株系。盐胁迫处理后,各株系棉花叶片光系统II的Fv/Fm值呈下降趋势,表明各株系的PSII反应中心都受到损伤。转基因株系棉花的Fv/Fm值均高于对照植株,且转基因聚合株系Bt1叶片的Fv/Fm值也显著高于转单基因株系。这些结果表明基因聚合进一步保护了盐胁迫条件下棉花的光合作用系统。植物在非生物逆境胁迫下会产生大量的活性氧和自由基,自由基的积累可破坏细胞结构和功能。植物体内具有一系列抗氧化保护机制,以清除胞内的活性氧以免达到毒害水平。盐胁迫处理后野生型对照和各转基因植株的SOD活性上升,但在盐胁迫第7天后SOD活性有所下降。盐胁迫处理第7天时各转基因株系植株叶片的SOD活性显著高于野生型对照,其中基因聚合植株Bt1的SOD活性(2905.75U·g-1)显著高于转单基因株系BL(2610.05U·g-1)和TL(2675.36U·g-1)。转基因聚合株系Bt叶片中的POD和CAT活性也显著高于转单基因株系。盐胁迫导致膜系统受到伤害,盐胁迫下不同株系植株的叶片MDA含量和离子渗漏率表现出大幅度升高趋势。在盐胁迫处理至7,14,21d时,各转基因株系的离子渗漏均低于野生型对照,基因聚合株系的离子渗漏显著低于BL株系。结果表明在相同的高盐胁迫条件下,基因聚合棉花株系的细胞膜受损程度低,细胞受伤害程度最小,保持了较好的膜稳定性。这些结果表明转基因聚合株系细胞维持了更好的抗氧化酶活性,具有更强的氧自由基清除能力,从而更好的缓解细胞在盐胁迫下受到的氧化胁迫损伤。在盐胁迫处理至21d,转基因植株的生物量均高于野生型植株,其中基因聚合植株Bt1的干物质质量上显著高于转单基因株系BL和TL,转基因聚合植株表现了较好的耐盐性。盐胁迫下与转单基因棉花株系相比,基因聚合植株维持了较低的渗透势和更强的叶片保水能力,并且具有较高的抗氧化酶活性,从而加强了超氧自由基的清除能力,减缓对光合作用系统和细胞膜的损伤,并且在盐胁迫下具有较高的生物量。因此聚合betA和TsVP基因在一定程度上进一步提高了棉花苗期的耐盐性。

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