轉玉米高光效C4型PEPC基因小麥光合生理特性研究.pdf

1、將C4途徑高光效系統(tǒng)引入小麥等C3農作物中，改善C3作物光合作用的遺傳基礎，進而通過較大幅度地提高光合效率來帶動小麥品種生物學產量和籽粒產量的提高一直是作物育種科學研究的前沿課題。
　　 本研究擬對玉米C4型pepc基因導入普通小麥栽培品種周麥19基因組的T2代和T3代轉基因小麥進行了pepc基因的PCR分子篩選，并以獲得的陽性植株為材料，采取田間種植和盆栽兩種種植方式，分別研究了田間條件下小麥不同生育時期的旗葉光合生理特性、群

2、體光合速率及成熟后產量性狀，對盆栽材料在抽穗期進行光合速率對光強和CO2的響應曲線測定，研究了PEPCase活性與光合速率相關性，并利用PEPCase專一性抑制劑DCDP進行了轉基因植株PEPCase酶活功能的驗證，為選育高光效小麥轉基因新品種提供理論依據和種質材料。
　　 研究結果如下：
　　 1、利用PCR技術對T2代轉基因小麥的12個株系，共2094棵單株進行了玉米C4型pepc基因分子檢測，篩選出陽性率較高的兩個

3、轉基因株系1-45-2和1-47-3，陽性率分別達到66.5％和60.5％，為后續(xù)研究提供了試驗材料。
　　 2、對5個株系PEPCase活性與光合速率相關性進行了研究，結果表明不同轉基因株系的PEPC酶活性差異很大，變幅為1.63μmol·min-1·mg-1至4.90μmol·min-1·mg-1，其中1-45-2株系的PEPC酶活性比對照提高了2.8倍，同時光合速率比對照提高了34.4％，光合速率與PEPC酶活性間存在正相

4、關性；利用PEPCase專一性抑制劑DCDP處理轉基因小麥后其光合速率降至與對照無顯著差異，證明轉pepc基因小麥光合速率提高確實與外源PEPC酶活性提高所致。
　　 3、于抽穗期、開花期、花后第7天和花后第15天對轉pepc基因小麥株系和對照進行了單株旗葉的氣體交換參數(shù)日變化的測定。結果表明轉基因株系與對照相比，在4個測定時期轉pepc基因小麥的旗葉凈光合速率(Pn)明顯提高，其中抽穗期轉基因株系1-45-2、1-47-1旗葉

5、Pn最大值分別達到29.45μmol·m-2·s-1和28.20μmol·m-2·s-1，較對照分別提高了16.0％和11.0％；花后第15天轉基因小麥旗葉Pn最大值分別為25.63μmol·m-2·s-1與24.23μmol·m-2·s-1，較對照提高了23.2％和13.7％；氣孔導度(Gs)明顯增加，胞間CO2濃度(Ci)降低，蒸騰速率(Tr)差異不明顯，水分利用效率(WUE)差異明顯。經統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，轉基因小麥較對照Pn的提高，與

6、Ci變化呈負相關，與Gs變化成正相關。
　　 4、于花后第15天早上和中午對轉pepc基因小麥株系和對照進行了葉綠素熒光參數(shù)的測定。結果顯示，中午12:00與上午8:00相比，轉pepc基因小麥的Fv/Fm(最大光量子效率)、qP(光化學淬滅系數(shù))、NPQ(非光化學淬滅系數(shù))、ФPSⅡ(作用光存在時PSⅡ的實際量子效率)的變幅均小于對照，其中12:00的Fv/Fm、ФPSⅡ和qP較8:00均有所下降，且轉基因小麥明顯高于對照，N

7、PQ較8:00時刻均出現(xiàn)上升，轉基因小麥均低于對照。以上結果表明，轉基因小麥對中午時刻強光高溫具有較好的耐脅迫能力。
　　 5、對開花期轉pepc基因小麥1-45-2的T3代株系和對照進行凈光合速率分別對光強和CO2濃度的響應曲線測定，結果表明轉基因小麥同化CO2的能力增強，其中轉基因小麥光飽和光合速率比對照提高了14.8％，CO2補償點下降了28.2％，飽和光強由原來的1450μmol·m-2·s-1升至1550μmol·m-

8、2·s-1，較對照飽和光強提高了6.9％，羧化效率也提高了28％。
　　 6、于抽穗期和花后第17天對轉pepc基因小麥株系1-45-2進行了群體光合速率日變化測定，并對成熟后產量性狀進行統(tǒng)計分析。結果顯示，轉基因小麥株系的群體光合速率CAP日變化均高于對照，在花后第17天更為明顯；轉基因株系在單莖重、單穗重、千粒重和收獲系數(shù)較對照均顯著提高。
　　 上述研究結果表明，將玉米C4型pepc基因導入小麥基因組，獲得陽性轉基