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转玉米C_4型PEPC基因小麦对干旱胁迫反应的研究

秦娜  
【摘要】:本研究利用转玉米C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因小麦系08T(1)-27、08T(1)-47、08T(1)-51和受体小麦品种周麦19(Triticum aestivum L.)为实验材料,采用抗旱棚内盆栽种植的方法,研究了中度干旱(土壤相对含水量为45-50%)与重度干旱(土壤相对含水量为30-35%)两种干旱胁迫条件下转PEPC基因小麦孕穗期、开花期与花后20天对干旱胁迫的反应及成熟期产量性状。主要结果如下:1.干旱胁迫下转PEPC基因小麦株系中PEPC基因相对表达量及小麦内源光合相关基因PPDK、NADP-ME、rbcL和rbcS的表达较受体均明显增加,平均增加幅度分别为4.31、1.33、2.53、2.75及2.29倍;相应的磷酸烯醇式羧化酶、丙酮酸激酶、苹果酸酶及二磷酸核酮糖羧化酶酶活力较受体平均增加幅度分别为0.8、1.07、1.24及0.29倍。2.外源玉米C4型PEPC的导入,使得干旱胁迫下转基因小麦株系光合效率较正常生长条件降低幅度显著小于受体,光合速率、气孔导度、蒸腾速率、Fv/Fm和Fv/F0降低幅度分别为67.89%、63.95%、33.85%、3.15%及18.2%,降幅均小于受体;转基因株系保水能力增强,叶片相对含水量较正常生长条件降低幅度为12.5%,降幅显著小于受体,脯氨酸含量增加幅度为4.95倍,显著高于受体,水分利用效率、可溶性糖和可溶性蛋白较受体分别显著增加19.6%、9.5%和16.2%,丙二醛较受体显著降低7.3%;转基因小麦抗氧化胁迫能力增强,超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性分别较受体显著增加15.5%、29.2%和22%;转基因小麦株系根系发育能力增强,根系活力较正常生长条件降低幅度为19.45%,降幅显著小于受体,根系体积与根系干重分别较受体显著增加16.2%和13.9%。3.转基因小麦株系08T(1)-27与受体在重旱胁迫与正常生长条件下的差异蛋白质组学研究结果显示,转PEPC基因响应蛋白主要与糖酵解、光合作用相关,其中参与卡尔文循环的叶绿体3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)、光合作用相关的叶绿素a-b结合蛋白和C4循环关键酶磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)均受转PEPC基因诱导增加;干旱胁迫响应蛋白,主要与磷酸戊糖途径、氨基酸合成及逆境胁迫防御相关,其中磷酸戊糖途径关键酶转酮醇酶、脯氨酸合成相关的谷胺酰胺合成酶(GS)和可迅速的清除细胞内积累的活性氧的抗坏血酸过氧化物酶(APX)均受干旱胁迫诱导增加;转PEPC基因与干旱胁迫共同响应蛋白,主要与ATP合成、光合作用和氨基酸合成相关,其中ATP合成酶亚基、铁氧还原蛋白-辅酶ii还原酶(FNR)和催化蛋氨酸合成的甲硫氨酸合成酶(SAM)在干旱胁迫下的转基因小麦株系中增加倍数均显著高于受体。4.单株产量分析结果表明,干旱下转基因小麦株系株高、单株穗数、地上部生物量、单株产量与千粒重均显著高于受体,不孕小穗数显著低于受体。


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