轉(zhuǎn)YHem1基因油菜桿株耐鹽性及其生理機制的研究.pdf

1、油菜屬十字花科(cruciderae)蕓薹屬(Brassica)。它是重要的食用油和蛋白質(zhì)飼料來源，也是我國重要的工業(yè)原料之一，在我國人民日常生活以及國民經(jīng)濟建設(shè)中有著重要地位。油菜可以種植于內(nèi)陸平原，也可以種植于山地，更可以種植于沿海灘涂鹽堿地，但是，如果種植于鹽堿地上，往往會受到土壤鹽漬化的影響。如何提高油菜耐鹽性，開發(fā)利用鹽漬后備土地資源，對于提高我國人民生產(chǎn)水平來說有著重要意義。5-氨基乙酰丙酸(ALA)是所有生物體內(nèi)卟啉化合物

2、生物合成的關(guān)鍵前體，具有提高植物抗鹽脅迫的能力。前人開展的相關(guān)研究多數(shù)是使用外源ALA處理以提高植株耐鹽性探討，迄今未有利用內(nèi)源ALA過量合成型轉(zhuǎn)基因植株開展油菜耐鹽性研究報道。本文以轉(zhuǎn)YHem1基因油菜為材料，比較了與野生型耐鹽性差異，并探討了耐鹽機理?，F(xiàn)將結(jié)果介紹如下。
　　 1.YHem1基因是一個由擬南芥HemA1光敏型啟動子控制的釀酒酵母5-氨基乙酰丙酸(ALA)合酶編碼基因（Hem1），將其轉(zhuǎn)化植物后可以提高植物內(nèi)源

3、ALA含量。本研究以轉(zhuǎn)入YHem1基因的油菜植株為材料，研究了不同濃度NaCl處理下對油菜幼苗ALA代謝過程的影響，并分析了相關(guān)基因表達的差異。結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因植株能夠檢測出5-氨基乙酰丙酸合酶(ALAS)活性及外源YHem1基因的表達，而且，ALA脫水酶（ALAD）的活性及其編碼基因表達在NaCl脅迫下始終高于野生型，說明轉(zhuǎn)入YHem1基因能明顯提高植株內(nèi)源ALA含量，顯著增加ALA合成與代謝能力。與野生型相比，轉(zhuǎn)基因油菜葉片在NaC

4、l脅迫下的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素相對含量均明顯增加，葉綠素b/a比值提高，表明轉(zhuǎn)YHem1基因油菜通過合成過量的ALA能夠促進葉綠素的合成。
　　 2.以轉(zhuǎn)YHem1基因油菜為材料，利用Ciras-2光合儀和植物效率儀(PEA)測定了450mmol·L-1 NaCl脅迫下轉(zhuǎn)基因與野生型油菜葉片光合與葉綠素?zé)晒馓匦缘娜兆兓卣鳎⒎治隽薘ubisco小亞基編碼基因表達量的差異。結(jié)果表明，無論是在正常條件下還是鹽脅迫下轉(zhuǎn)基因葉片

5、凈光合速率(Pn）顯著高于野生型。JIP-test分析表明，轉(zhuǎn)基因葉片光合性能指數(shù)(PIABS)和PSⅡ最大光化學(xué)效率（ψPo）均高于野生型，而K相相對熒光Wk（反映PSⅡ反應(yīng)中心供體側(cè)放氧復(fù)合體活性受抑程度）和受體側(cè)QA被完全還原速率Mo（反映PSⅡ反應(yīng)中心關(guān)閉程度）轉(zhuǎn)基因均低于野生型，尤其在脅迫后更加明顯。在正常和鹽脅迫條件下轉(zhuǎn)基因葉片Rubisco小亞基編碼基因的表達量都明顯高于野生型。此外，在不同組織中轉(zhuǎn)基因油菜可溶性糖含量也是

6、高于野生型的。以上結(jié)果說明，轉(zhuǎn)基因油菜葉片不僅具有較高的光化學(xué)能量轉(zhuǎn)化效率，且具有較高的CO2同化能力，最終積累的碳水化合物也較多，說明轉(zhuǎn)基因油菜具有更強的耐鹽能力。
　　 3.以轉(zhuǎn)YHem1基因與野生型油菜植株為材料，研究了不同濃度NaCl溶液處理4d對兩種基因型油菜植株葉片保護性酶活性及其相關(guān)基因表達的影響，發(fā)現(xiàn)隨著NaCl濃度的增加，兩者超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)和過氧化氫

7、酶(CAT)等抗氧化酶活性逐漸升高，而且轉(zhuǎn)基因的始終高于野生型，編碼基因的表達量也是前者高于后者。超氧陰離子、過氧化氫(H2O2)、丙二醛(MDA)含量也隨著NaCl濃度的升高而升高，但是轉(zhuǎn)基因的超氧陰離子和丙二醛含量都低于野生型，說明轉(zhuǎn)入YHem1基因可以誘導(dǎo)油菜葉片抗氧化酶編碼基因過量表達，然后具有更高的抗氧化酶活性，可以減少超氧陰離子積累，防止膜質(zhì)過氧化，減少鹽脅迫傷害，因而，轉(zhuǎn)基因油菜具有更強的耐鹽能力。轉(zhuǎn)基因油菜葉片H2O2含

8、量始終保持較高水平，表明它可能作為一種信號分子，參與細胞的生理代謝調(diào)控。
　　 4.以轉(zhuǎn)YHem1基因和野生型油菜為材料，研究了在不同濃度NaCl脅迫下兩者植株生長量以及組織部位無機離子(K+、Na+、Cl-)和有機物質(zhì)（脯氨酸、可溶性蛋白、游離氨基酸）含量的變化。結(jié)果表明:在相同鹽濃度水平下，轉(zhuǎn)基因植株不論地上部、地下部干重還是鮮重都高于野生型，說明轉(zhuǎn)入YHem1基因有利于緩解鹽脅迫對油菜植株生長的抑制效應(yīng)。在不同組織中， K

9、+、Na+含量的變化有所差異，而Cl-含量的變化一致，無論是轉(zhuǎn)基因還是野生型植株，隨著NaCl濃度的增加而有上升的趨勢，轉(zhuǎn)基因始終低于野生型，由此說明Cl-含量是衡量鹽脅迫傷害的重要指標(biāo)。3種有機物質(zhì)的變化規(guī)律也不同。鹽脅迫下，油菜組織脯氨酸變化不明顯。這與一般性植物反應(yīng)完全不同?？扇苄缘鞍缀侩S著鹽濃度的提高先升高后下降，但是轉(zhuǎn)基因還是高于野生型。游離氨基酸含量隨著NaCl濃度的升高而逐漸降低，但轉(zhuǎn)基因植株明顯高于野生型，暗示著游離氨

10、酸可能可以作為一個判斷油菜耐鹽性高低的重要指標(biāo)。
　　 5.采用珍珠巖基質(zhì)培養(yǎng)法對鹽脅迫下轉(zhuǎn)YHem1基因與野生型油菜幼苗體內(nèi)各組織礦質(zhì)元素的分布規(guī)律做了研究。結(jié)果表明，N、P在莖中含量最多，而S元素在葉片中含量最多;隨著NaCl濃度的增加，轉(zhuǎn)基因與野生型N、P和S的變化趨勢有所差異，在不同組織變化也不同，N、P在葉片和葉脈中野生型油菜是先升高后降低而轉(zhuǎn)基因有升高的趨勢，是野生型高于轉(zhuǎn)基因，除了在450 mmol·L-1時由于野

11、生型油菜葉片已枯死營養(yǎng)成分流失所致，在莖、主根與須根中兩者變化與葉片、葉脈趨勢一致，但是轉(zhuǎn)基因高于野生型，莖和根分別是儲藏和吸收養(yǎng)分的組織，說明轉(zhuǎn)基因油菜儲藏和吸收N、P元素的能力高于野生型;在野生型油菜葉片、葉脈、莖S元素的變化趨勢是先降低后升高，轉(zhuǎn)基因是逐漸降低的趨勢，在葉片和葉脈中野生型在同一鹽濃度水平都高于轉(zhuǎn)基因，在莖中兩者差異不顯著（P＞0.05），而主根和須根中兩者都有降低趨勢;在不同組織中Fe離子的變化趨勢不同，含量都是轉(zhuǎn)