轉PEPC基因水稻干旱逆境下的生理反應.pdf

1、改善作物的光合性能、突破產量的限制一直是國內外的重要研究方向。許多科學家認為，繼“綠色革命”和雜種優(yōu)勢利用之后，改善光合作用將會成為產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C4轉基因技術改善C3作物光合作用，以期提高作物產量已成為國內外研究的熱點之一。 但是，轉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量仍存在較大的爭論。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致作物減產。近年來PEPC在逆境條件下的調節(jié)作用引起了高度關注，大量研究表明在光氧化和高溫條件下轉PEPC基因植株具有相對較高的光合速率。在干旱、鹽和冷害等逆境條件下能誘導PEPC基因的表達，PEPC基因可能參與植物對環(huán)境的抗逆反應。本研究針對轉PEPC基因對水稻的光合作用、產量和抗旱性的影響及其調節(jié)機理，以轉玉米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量性狀及光合特征。主

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

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PEPC基因水稻株系(T1和T2)的光合速率(A)與對照(WT)沒有顯著的差異；而在苗期水分脅迫和大田旱作條件下，轉PEPC基因水稻具有較高的光合速率(A)、氣孔導度(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PEPC基因水稻在水分脅迫下具有較強的光保護機制。本研究發(fā)現(xiàn)，水分脅迫對PSⅡ并沒有明顯的影響，試驗材料之間也沒有顯著

5、的差異。說明轉PEPC基因水稻水分脅迫下高光效的維持與PSⅡ的功能無關；在水分脅迫下轉PEPC基因水稻的非光化學淬滅(NPQ)顯著高于對照(WT)，并且具有較高的電子傳遞效率(ETR)。因此，轉PEPC基因水稻在水分脅迫條件下激活光保護機制有助于逆境脅迫下光合能力的維持。 4.轉PEPC基因水稻抗旱性增加，具有較強的抗氧化能力和滲透調節(jié)能力。本研究表明，轉PEPC基因水稻干旱脅迫下SOD活性顯著高于對照(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下降幅度。因此，較強的抗氧化能力和滲透調節(jié)能力有助于減少轉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程的正常進行。 5.轉PEPC水稻在旱作栽培條件下具有較高的產量。在正常的灌水栽培條件下，轉PEPC基因水稻和對照(WT)在產量上沒有顯著的差異；在旱作條件下，轉PEPC基因株系T1和T2分別比對照增產28％和42％，均差異顯著。轉PEPC基因植株在旱作條件下具有較高的分