轉(zhuǎn)GmST2基因棉花的耐鹽性研究.pdf

1、鹽脅迫嚴(yán)重阻礙植物的生長發(fā)育、限制農(nóng)作物的產(chǎn)量增加和品質(zhì)提升。超過20％的世界耕地受到鹽脅迫的影響且有逐年增加的趨勢。因此，增強農(nóng)作物的耐鹽性能夠使鹽堿地得到更加有效的利用。棉花作為一種主要經(jīng)濟作物及纖維作物，對于促進(jìn)國民經(jīng)濟的發(fā)展起著重要作用。棉花較一些主要的農(nóng)作物像水稻、小麥、玉米的耐鹽性要高。雖然如此，高濃度的鹽仍會對棉花的生長發(fā)育和產(chǎn)量造成嚴(yán)重的影響。因而，通過生物技術(shù)提高棉花的耐鹽性，培育棉花耐鹽新品種，有利于鹽堿地的充分開發(fā)

2、利用。
　　轉(zhuǎn)錄因子可以調(diào)控下游多個脅迫相關(guān)基因的表達(dá)，在轉(zhuǎn)基因作物遺傳改良中，可通過轉(zhuǎn)入一個關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子，使得不同信號途徑的脅迫相關(guān)功能基因同時表達(dá)而增強作物的耐逆性。GmST2基因是從大豆中克隆出來的NAC家族轉(zhuǎn)錄因子，可通過與脅迫相關(guān)基因啟動子區(qū)域的順式作用元件特異性的結(jié)合，調(diào)控下游逆境相關(guān)基因的表達(dá)，從而提高轉(zhuǎn)基因植物的耐逆性。
　　本工作將來自大豆的GmST2基因轉(zhuǎn)入棉花中，獲得了轉(zhuǎn)基因棉花。通過對幼苗苗期生理生

3、化指標(biāo)的測定和種子出苗實驗對其耐鹽性進(jìn)行了初步測定，并通過實時熒光定量PCR對其耐鹽的機制進(jìn)行初步的探究，以期待了解過表達(dá)GmST2基因在棉花中提高耐鹽性的機制。
　　本工作采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的棉花莖尖轉(zhuǎn)化法獲得轉(zhuǎn)基因植株，轉(zhuǎn)化幼苗經(jīng)過除草劑篩選和PCR檢測，陽性植株移至大田獲得T1代植株，T1代植株南繁通過人工授粉讓其自交結(jié)實。PCR、Southern雜交檢測T2代轉(zhuǎn)基因植株，結(jié)果表明，GmST2基因整合到棉花基因組中。
　　

4、以3個轉(zhuǎn)GmST2基因的棉花株系(S1、S2、S12)和對照魯1138作為實驗材料，對棉花葉片進(jìn)行離體耐鹽性的鑒定，不同鹽濃度下棉花離體葉片形態(tài)變化表明，在400mM和600mM鹽處理下，轉(zhuǎn)基因株系的耐鹽性好于對照，且葉綠素含量高于對照。
　　采用沙培的方法種植各株系棉花，測定了鹽脅迫前和250mM鹽濃度處理1天、7天、14天、21天的轉(zhuǎn)基因株系及對照植株的生理指標(biāo)。實驗結(jié)果表明，鹽處理前，各棉花株系在相對含水量、滲透保護(hù)物質(zhì)含量

5、、抗氧化酶活性、光合及熒光參數(shù)、葉片離子含量等生理指標(biāo)差異不顯著。鹽脅迫處理后，轉(zhuǎn)基因棉花的K+/Na+、離子含量(Na+、K+)、相對含水量、滲透保護(hù)物質(zhì)的積累、抗氧化酶活性、光合及熒光參數(shù)要高于對照株系。野生型對照株系的離子滲漏和滲透勢要高于轉(zhuǎn)基因株系，野生型植株的膜損傷更嚴(yán)重。生理生化指標(biāo)表明，轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性要好于對照。
　　種子萌發(fā)實驗表明在0mM和50mM鹽濃度下各棉花株系的出苗及長勢沒有明顯的差異，隨著鹽濃度的升高

6、，各棉花株系的生長及出苗都受到抑制，當(dāng)鹽濃度達(dá)到150mM時，對照植株的出苗率及長勢明顯低于轉(zhuǎn)基因株系，說明轉(zhuǎn)基因的耐鹽性好于對照植株。
　　為了對轉(zhuǎn)基因植株耐鹽的機制有一個初步的認(rèn)識，依據(jù)GmST2基因在大豆以及擬南芥中過表達(dá)而引起的脅迫相關(guān)基因的表達(dá)量的變化，來確定GmST2基因能否在棉花中調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)。qRT-PCR結(jié)果表明GmST2基因上調(diào)了部分棉花脅迫相關(guān)基因的表達(dá)，如與棉花Na+、K+離子運輸相關(guān)的基因GhNHX

7、1、GhAKT1、GhSOS1，棉花抗氧酶合成相關(guān)基因GhSOD1，滲透保護(hù)物質(zhì)合成相關(guān)基因GhP5CS等基因，但是棉花內(nèi)源的GhNAC1基因的表達(dá)卻受到抑制。
　　東營實驗田數(shù)據(jù)顯示轉(zhuǎn)GmST2基因棉花的籽棉產(chǎn)量高于野生型對照的，表明轉(zhuǎn)基因棉花的耐鹽性要好于對照。
　　以上結(jié)果表明，轉(zhuǎn)GmST2基因棉花的耐鹽性要好于對照，過表達(dá)GmST2基因可能通過促進(jìn)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成、調(diào)整細(xì)胞Na+、K+的選擇性運輸，保持細(xì)胞較高的K