聚合betA/TsVP/ZmPIS基因提高棉花耐旱性的研究

论文摘要

近年来,我国棉花的种植区域随着可利用耕地面积的减少越来越多的集中到干旱和半干旱地区,虽然棉花具有一定的耐旱性,但干旱仍然会严重影响棉花的产量。因此,培育耐旱性更强的棉花新品种对提高干旱地区棉花的产量具有重要意义。棉花的耐旱性状受到多个基因的共同控制,因此,将多个耐旱基因聚合导入棉花可能会更显著地提高棉花的耐旱性。来源于大肠杆菌的betA基因,编码胆碱脱氢酶,转入植物后可提高细胞甘氨酸甜菜碱的含量；来自玉米的ZmPIS基因编码玉米磷脂酰肌醇信号途径的磷脂酰肌醇合成酶,磷脂酰肌醇信号途径在植物生长、发育和对环境胁迫应答过程中发挥重要的作用；来自于盐芥的TsVP基因编码液泡膜H+-PPase,该基因过表达可提高液泡膜逆浓度梯度转运离子的能力；已有的基因工程研究表明,分别过量表达这三个基因都可以明显改善植物的耐旱性。本实验研究了干旱胁迫下转基因聚合betA.ZmPIS和TsVP基因棉花在苗期、蕾期和花期的若干项相关生理生化指标的变化,并与转betA基因、转ZmPIS基因、转TsVP基因和野生型对照株系进行了比较分析,结果表明一些转基因聚合株系与转单基因株系和野生型对照株系相比表现出更好的耐旱性。对各株系在苗期和蕾期进行干旱胁迫处理,结果发现转基因聚合株系的净光合速率和气孔导度显著好于转单基因株系和野生型对照株系,其中一些转基因聚合株系叶片具有更高的相对含水量和更低的渗透势。蕾期干旱胁迫处理后,转基因聚合株系叶片的离子渗漏率和丙二醛含量显著低于各转单基因株系和野生型对照株系,说明转基因聚合株系在干旱胁迫下具有较轻的细胞膜损伤和膜脂过氧化程度。干旱胁迫前后,转基因聚合株系和转单基因株系的可溶性糖与脯氨酸含量没有显著差异,但一些转基因聚合株系叶片的SOD活性显著高于转单基因株系和野生型对照株系,表明转基因聚合株系能更好地清除干旱胁迫下植株体内积累的活性氧类物质,减轻细胞受到的伤害。开花期干旱实验结果表明干旱胁迫不同程度地影响了各株系的株高、单株分支数和单株结铃数,但各株系没有显著差异。干旱胁迫影响了各株系根的发育,野生型株系在干旱胁迫后根的干重降低,而转TsVP基因株系和3个转基因聚合株系根的干重却有不同程度的增加,并且转基因聚合株系3G-3根的干重与转TsVP基因株系没有显著差异,但与其他两个转单基因株系和野生型对照株系有显著差异。长期的干旱胁迫还导致各株系单株籽棉产量不同程度的下降,转基因聚合株系3G-1和3G-3的单株籽棉产量的下降幅度显著小于转单基因株系和野生型对照株系,而且转基因聚合株系3G-1和3G-3的单株籽棉产量显著高于转单基因株系和野生型对照株系。苗期、蕾期和花期干旱胁迫的实验结果表明,聚合betA、TsVP和ZmPIS基因可以进一步提高转基因棉花的耐旱性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 符号说明
• 第一章 前言
• 1.1 干旱对植物的影响
• 1.1.1 干旱对植物生长发育的影响
• 1.1.2 干旱对植物代谢的影响
• 1.2 植物应对干旱的机制
• 1.2.1 植物应对干旱的形态学机制
• 1.2.2 植物应对干旱的生理机制
• 1.2.2.1 相容性溶质及渗透调节
• 1.2.2.2 抗氧化防御
• 1.2.2.3 细胞膜的稳定性
• 1.2.2.4 植物生长调节因子和激素合成
• 1.2.3 植物应对干旱的分子机制
• 1.2.3.1 水通道蛋白
• 1.2.3.2 逆境蛋白
• 1.2.3.3 信号转导系统
• 1.3 转单基因提高植物耐旱性的研究
• 1.3.1 转合成渗透调节物质的基因
• 1.3.2 转抗氧化相关基因
• 1.3.3 转合成逆境诱导蛋白的基因
• 1.3.4 转与信号转导有关的基因
• 1.4 植物抗旱的多基因控制
• 1.5 转基因聚合的植物基因工程研究
• 1.5.1 实现基因聚合的方法
• 1.5.2 耐逆相关基因聚合的研究进展
• 1.6 甘氨酸甜菜碱及相关植物基因工程
• 1.6.1 甜菜碱的生物合成及主要功能
• 1.6.2 betA基因工程研究进展
• +-PPase及其相关基因工程'>1.7 液泡膜H⁺-PPase及其相关基因工程
• +-PPase的主要功能'>1.7.1 液泡膜H⁺-PPase的主要功能
• +-PPase基因工程研究进展'>1.7.2 液泡膜H⁺-PPase基因工程研究进展
• 1.8 肌醇磷脂信号途径及ZmPIS基因工程研究
• 1.8.1 肌醇磷脂信号途径简介
• 1.8.2 磷脂酰肌醇合成酶及ZmPIS基因工程研究进展
• 1.9 棉花基因工程研究现状
• 1.10 本工作的目的和意义
• 第二章 聚合betA/TsVP/ZmPIS基因提高棉花耐旱性的研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 聚合betA/TsVP/ZmPIS基因棉花植株的PCR检测
• 2.1.3 棉花叶片RNA的提取和Real time PCR
• 2.1.4 聚合betA/TsVP/ZmPIS基因棉花的耐旱性分析
• 2.1.4.1 棉花苗期渗透胁迫处理
• 2.1.4.2 棉花蕾期及花期干旱胁迫处理
• 2.1.4.3 棉花叶片相对含水量的测定
• 2.1.4.4 棉花叶片细胞溶质势的测定
• 2.1.4.5 棉花叶片叶绿素含量的测定
• 2.1.4.6 棉花叶片光合作用和叶绿素荧光参数的测定
• 2.1.4.7 棉花叶片可溶性总糖和脯氨酸含量的测定
• 2.1.4.8 棉花叶片离子渗漏率、丙二醛含量的测定
• 2.1.4.9 棉花叶片超氧化物歧化酶活性的测定
• 2.1.4.10 棉花叶片甜菜碱含量测定
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 转betA/TsVP/ZmPIS基因聚合棉花的检测
• 2.2.2 干旱胁迫对目的基因表达变化的影响
• 2.2.3 转基因聚合棉花苗期抗渗透胁迫能力
• 2.2.3.1 渗透胁迫对棉花苗期幼苗表型的影响
• 2.2.3.3 渗透胁迫对棉花幼苗光合作用及叶绿素荧光参数的影响
• 2.2.4 转基因聚合棉花蕾期的耐旱性
• 2.2.4.1 干旱胁迫对蕾期棉花形态及叶片相对含水量的影响
• 2.2.4.2 干旱胁迫对蕾期棉花叶片渗透势的影响
• 2.2.4.3 干旱胁迫对蕾期棉花叶片叶绿素含量的影响
• 2.2.4.4 干旱胁迫对蕾期棉花叶片光合作用及叶绿素荧光参数的影响
• 2.2.4.5 干旱胁迫对蕾期棉花叶片可溶性糖含量的影响
• 2.2.4.6 干旱胁迫对蕾期棉花叶片脯氨酸含量的影响
• 2.2.4.7 干旱胁迫对蕾期棉花叶片离子渗漏的影响
• 2.2.4.8 干旱胁迫对蕾期棉花叶片丙二醛含量的影响
• 2.2.4.9 干旱胁迫对蕾期棉花叶片超氧化物歧化酶活性的影响
• 2.2.4.10 干旱胁迫对蕾期棉花叶片甜菜碱含量的影响
• 2.2.5 开花期长期干旱胁迫对棉花的影响
• 2.2.5.1 开花期长期干旱胁迫对棉花光合作用和叶绿素荧光参数的影响.
• 2.2.5.2 开花期长期干旱胁迫对植株生长发育的影响
• 2.3 讨论
• 第三章 总结与展望
• 附录 植物表达载体pCAMBIA1300-AtNHX1-TsVP-als的构建
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表