轉鹽芥CBF1基因玉米對低磷脅迫的反應及其耐低磷機制的研究.pdf

1、磷作為植物生長發(fā)育所必需的大量元素之一，幾乎參與了植物所有的生命活動過程。然而土壤有效磷濃度卻通常在1μM左右，遠不能滿足植物獲取充足磷營養(yǎng)的需求。在玉米主栽區(qū)，土壤有效磷不足是限制玉米產量和增加其生產成本的重要因素之一。雖然傳統(tǒng)育種技術在玉米遺傳改良方面取得了巨大成就，但由于其選擇效率較低、周期較長，已不能滿足當前玉米生產對優(yōu)良品種的需求。因此，利用轉基因技術培育磷高效玉米，并研究其耐低磷機制具有重要的理論意義和應用價值。
　　

2、 本工作通過沙培實驗初步鑒定，與未轉基因對照植株相比，轉TsCBF1基因玉米在缺磷條件下具有相對更高的低磷耐受性。根據(jù)沙培實驗的篩選結果，結合本實驗室張淑娟等(2007)對轉TsCBF1基因玉米在耐旱方面的研究，選取轉基因株系L-7、L-9、L-19，以未轉基因受體植株為對照進行水培實驗，測定各株系植株的生物量、磷含量等相關生理生化指標，并利用Real-timePCR技術分析磷饑餓響應相關基因的表達變化，來研究轉TsCBF1基因玉米在

3、低磷脅迫下的反應及其耐低磷機制。
　　 轉基因植株和對照植株在低磷脅迫下的反應存在顯著差異。在足磷(1000uMKH2PO4)條件下，轉基因植株和對照植株地上部分和根系的生物量沒有顯著差異。低磷脅迫(5uMKH2PO4)抑制了玉米植株的生長，導致各株系植株地上部分和根系的生物量顯著降低，但是，轉基因植株地上部分和根系的生物量顯著大于對照植株。低磷脅迫至18天時，各株系地上部分和根系的磷含量均顯著降低，但是，轉基因植株地上部分和根

4、系的磷含量要顯著大于對照植株，并且轉基因植株的磷利用效率高于對照植株。在根系形態(tài)上，低磷脅迫下轉基因植株的側根數(shù)目和總根長高于對照植株，更發(fā)達的根系形態(tài)有利于轉基因植株獲取更多的磷營養(yǎng)。在足磷或低磷條件下，轉基因植株和對照植株的磷吸收動力學參數(shù)Imax、Km、和Cmin沒有顯著差異，說明磷吸收機制不是導致轉基因植株和對照植株低磷耐受性存在差異的主要原因。在正常供磷水平下，轉基因植株葉片和根系的酸性磷酸酶活性均高于對照植株。低磷脅迫導致玉

5、米植株各部位的酸性磷酸酶活性升高，其中轉基因植株葉片和根系的酸性磷酸酶活性仍然顯著高于對照植株，表明轉基因植株對磷的再循環(huán)利用能力要高于對照植株，因而具有較強的低磷耐受性。低磷脅迫影響了各株系植株的光合能力，導致玉米葉片的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率顯著下降，胞間CO2濃度升高。但轉基因植株在低磷條件下能維持較高的光合速率，PSⅡ的光能轉換和利用效率顯著高于對照植株，受磷脅迫的影響相對較小。低磷脅迫下，葉片中蔗糖的濃度升高，果糖和葡萄

6、糖的濃度降低。根系中蔗糖、果糖和葡萄糖的濃度均升高。但是轉基因植株葉片和根系中蔗糖的濃度顯著高于對照植株。以上結果表明，轉基因植株在低磷脅迫下具有相對較高的磷循環(huán)利用能力和光合能力，導致其低磷耐受性高于對照植株。
　　 轉基因植物低磷耐受能力的增強涉及到部分基因表達調控發(fā)生變化。通過對磷饑餓響應相關基因的表達分析證明，低磷脅迫下玉米紫色酸性磷酸酶基因(PAP3、PAP4)、類核糖核酸酶基因（RNS）、磷轉運蛋白基因(Phtl;1

7、)的表達量上調。同時與糖代謝相關的β-淀粉酶基因（BAM1）、蔗糖磷酸合成酶基因（SPS）表達量上調，蔗糖合酶基因(SUS1)表達量下降。并且，β-淀粉酶基因(BAM1)在轉基因植株中的表達量大于對照植株，說明TsCBF1基因的表達導致BAM1的表達量上調，從而有利于β-淀粉酶水解生成麥芽糖，在脅迫環(huán)境下麥芽糖的積累有利于保護功能蛋白、質膜以及光合電子傳遞鏈免遭破壞。
　　 本工作還通過盆栽實驗對低磷脅迫下轉基因株系L-7、L-

8、9、L-19和未轉基因對照株系的生長發(fā)育及產量進行了研究。與足磷條件下相比，低磷脅迫導致各株系的抽雄期、散粉期和吐絲期均推遲，但轉基因植株受磷脅迫的影響小于對照植株。在低磷脅迫下，各玉米株系的株高、穗位高和雄穗長降低，穗位葉長、穗位葉寬以及雄穗分支數(shù)變化不明顯。轉基因植株的株高大于對照植株，且株系L-7、L-19與對照植株差異達到顯著水平。同時，轉基因植株的穗位高顯著大于對照植株。果穗成熟后，統(tǒng)計果穗的穗長、穗重、百粒重等性狀發(fā)現(xiàn)，低磷

9、脅迫導致玉米植株的穗長和穗粒數(shù)減小，穗粒重和百粒重降低。低磷條件下，轉基因株系L-7、L-9和L-19的籽粒產量（以穗粒重為計算標準）分別減少16.4％、23.3％和16.7％，而對照株系的籽粒產量減少28.2％。并且轉基因植株的百粒重顯著大于對照植株。這些結果進一步證明轉TsCBF1基因玉米的耐低磷能力高于對照植株。
　　 總之，本工作通過沙培篩選和盆栽實驗證明，與對照植株相比，轉TsCBF1基因玉米的低磷耐受性提高。通過水培