轉(zhuǎn)PEPC基因水稻干旱逆境下的生理反應(yīng).pdf

1、改善作物的光合性能、突破產(chǎn)量的限制一直是國(guó)內(nèi)外的重要研究方向。許多科學(xué)家認(rèn)為，繼“綠色革命”和雜種優(yōu)勢(shì)利用之后，改善光合作用將會(huì)成為產(chǎn)量潛力突破的最主要途徑。提高水稻的光合作用，創(chuàng)造C4水稻是滿足亞洲糧食需求的唯一方法。通過(guò)C4轉(zhuǎn)基因技術(shù)改善C3作物光合作用，以期提高作物產(chǎn)量已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。 但是，轉(zhuǎn)磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因能否提高C3作物的光合速率和產(chǎn)量仍存在較大的爭(zhēng)論。光合作用易受外界環(huán)境的影響，尤

2、其是干旱脅迫直接影響作物的光合能力導(dǎo)致作物減產(chǎn)。近年來(lái)PEPC在逆境條件下的調(diào)節(jié)作用引起了高度關(guān)注，大量研究表明在光氧化和高溫條件下轉(zhuǎn)PEPC基因植株具有相對(duì)較高的光合速率。在干旱、鹽和冷害等逆境條件下能誘導(dǎo)PEPC基因的表達(dá)，PEPC基因可能參與植物對(duì)環(huán)境的抗逆反應(yīng)。本研究針對(duì)轉(zhuǎn)PEPC基因?qū)λ镜墓夂献饔?、產(chǎn)量和抗旱性的影響及其調(diào)節(jié)機(jī)理，以轉(zhuǎn)玉米PEPC基因水稻T4代為材料，研究了苗期抗旱性、水旱不同栽培條件下產(chǎn)量性狀及光合特征。主

3、要研究結(jié)果如下： 1.干旱誘導(dǎo)磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因的表達(dá)，玉米PEPC基因在參與干旱逆境響應(yīng)時(shí)具有重要的作用。本試驗(yàn)材料的PEPC活性都隨著水分脅迫程度的增加而增加，其中尤以轉(zhuǎn)PEPC基因株系更為明顯。水稻中自身的PEPC基因受干旱誘導(dǎo)的增量明顯小于導(dǎo)入的玉米PEPC基因受干旱誘導(dǎo)的增量。說(shuō)明在水分脅迫的條件下轉(zhuǎn)PEPC基因水稻株系的PEPC活性的增加主要來(lái)自外源玉米的C4－PEPC基因的導(dǎo)入。 2.轉(zhuǎn)

4、PEPC基因水稻在水分脅迫下維持較高的光合能力。在正常灌水條件下轉(zhuǎn)PEPC基因水稻株系(T1和T2)的光合速率(A)與對(duì)照(WT)沒(méi)有顯著的差異；而在苗期水分脅迫和大田旱作條件下，轉(zhuǎn)PEPC基因水稻具有較高的光合速率(A)、氣孔導(dǎo)度(G8)、葉綠素含量及水分利用效率(WUE)。因此，能維持較高的光合能力。 3.轉(zhuǎn)PEPC基因水稻在水分脅迫下具有較強(qiáng)的光保護(hù)機(jī)制。本研究發(fā)現(xiàn)，水分脅迫對(duì)PSⅡ并沒(méi)有明顯的影響，試驗(yàn)材料之間也沒(méi)有顯著

5、的差異。說(shuō)明轉(zhuǎn)PEPC基因水稻水分脅迫下高光效的維持與PSⅡ的功能無(wú)關(guān)；在水分脅迫下轉(zhuǎn)PEPC基因水稻的非光化學(xué)淬滅(NPQ)顯著高于對(duì)照(WT)，并且具有較高的電子傳遞效率(ETR)。因此，轉(zhuǎn)PEPC基因水稻在水分脅迫條件下激活光保護(hù)機(jī)制有助于逆境脅迫下光合能力的維持。 4.轉(zhuǎn)PEPC基因水稻抗旱性增加，具有較強(qiáng)的抗氧化能力和滲透調(diào)節(jié)能力。本研究表明，轉(zhuǎn)PEPC基因水稻干旱脅迫下SOD活性顯著高于對(duì)照(WT)，MDA含量增加幅

6、度較小：并具有較高的脯氨酸含量及滲透勢(shì)下降幅度。因此，較強(qiáng)的抗氧化能力和滲透調(diào)節(jié)能力有助于減少轉(zhuǎn)PEPC基因水稻膜系統(tǒng)受到損害，并維持氣孔開放和光合作用等生理過(guò)程的正常進(jìn)行。 5.轉(zhuǎn)PEPC水稻在旱作栽培條件下具有較高的產(chǎn)量。在正常的灌水栽培條件下，轉(zhuǎn)PEPC基因水稻和對(duì)照(WT)在產(chǎn)量上沒(méi)有顯著的差異；在旱作條件下，轉(zhuǎn)PEPC基因株系T1和T2分別比對(duì)照增產(chǎn)28％和42％，均差異顯著。轉(zhuǎn)PEPC基因植株在旱作條件下具有較高的分