#1甜菜堿合成的基因工程提高了轉(zhuǎn)基因煙草光合作用對(duì)干旱課件

甜菜堿合成的基因工程提高了轉(zhuǎn)基因煙草光合作用對(duì)干旱脅迫的抗性研究生:王貴平山東農(nóng)業(yè)大學(xué)甜菜堿合成的基因工程提高了轉(zhuǎn)基因煙草光合作用對(duì)干旱脅迫的抗性1主要內(nèi)容1前言 2材料與方法3結(jié)果與分析 4討論 5結(jié)論

主要內(nèi)容1前言 前言環(huán)境脅迫十分嚴(yán)峻(全球約20%的耕地－鹽漬化；43%屬于干旱和半干旱)，嚴(yán)重地制約作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量。利用轉(zhuǎn)基因等分子生物學(xué)手段培育抗逆性強(qiáng)的作物品種成為目前農(nóng)業(yè)生物技術(shù)最前沿的研究領(lǐng)域之一。前言環(huán)境脅迫十分嚴(yán)峻(全球約20%的耕地在干旱、鹽等環(huán)境脅迫下，植物形成各種相應(yīng)的適應(yīng)和保護(hù)機(jī)制，以適應(yīng)不利的環(huán)境條件，其中最重要的策略是積累相容有機(jī)滲調(diào)物質(zhì)（Compatibleosmolytes）從而進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)作用。在研究過(guò)的150多種代謝物中，甜菜堿是最有效的滲調(diào)物質(zhì)，是一種有特殊功效的相容性物質(zhì)。甜菜堿不僅參與滲透調(diào)節(jié),而且具有極為重要的“非滲透調(diào)節(jié)”功能。將甜菜堿合成的基因?qū)胫参铮ɑ蜃魑铮┮栽鰪?qiáng)其抗旱等脅迫的能力，已成為近年來(lái)植物基因工程研究的熱點(diǎn).在干旱、鹽等環(huán)境脅迫下，植光合作用是作物重要的代謝過(guò)程，是作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，逆境條件下作物光合作用的維持是其抗性的本質(zhì)。而甜菜堿與光合作用關(guān)系的研究極少，現(xiàn)有的少數(shù)工作主要是離體實(shí)驗(yàn)。光合作用是作物重要的代謝過(guò)程，是作研究意義：本文研究轉(zhuǎn)BADH基因煙草光合作用對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)，旨在闡明甜菜堿在干旱逆境下對(duì)作物光合功能的維持和保護(hù)機(jī)制，意義在于揭示甜菜堿提高作物抗性的本質(zhì)。

研究意義：材料與方法實(shí)驗(yàn)材料轉(zhuǎn)BADH基因煙草K326(煙草種子由中國(guó)科學(xué)院植物研究所梁崢研究員提供)野生型煙草K326實(shí)驗(yàn)方法（略）材料與方法實(shí)驗(yàn)材料7結(jié)果與分析結(jié)果與分析8

圖1干旱脅迫對(duì)煙草葉片相對(duì)含水量（RWC）和水勢(shì)（Ψw）的影響 圖1干旱脅迫對(duì)煙草葉片相對(duì)含水量（RWC）和水勢(shì)（Ψw）9圖2干旱脅迫對(duì)轉(zhuǎn)基因煙草葉片甜菜堿含量的影響圖2干旱脅迫對(duì)轉(zhuǎn)基因煙草葉片甜菜堿含量的影響10

圖3干旱脅迫對(duì)煙草植株葉片色素含量影響A00.050.10.150.2036912Daysafterdroughtstress(d)Carotenoidcontent(mg/gFW)TWTB 圖3干旱脅迫對(duì)煙草植株葉片色素含量影響A00.050.11圖4干旱脅迫對(duì)煙草植株葉片可溶性蛋白含量的影響圖4干旱脅迫對(duì)煙草植株葉片可溶性蛋白含量的影響12圖5干旱脅迫對(duì)煙草葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）胞間CO2濃度（Ci）的影響（處0、處3、復(fù)1、復(fù)3等分別表示處理第0、3天和復(fù)水第1、3天）BA圖5干旱脅迫對(duì)煙草葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs13干旱脅迫對(duì)煙草葉片胞間CO2濃度（Ci）的影響干旱脅迫對(duì)煙草葉片胞間CO2濃度（Ci）的影響14圖6干旱脅迫下煙草的表觀量子效率(AQY)和羧化效率(CE)的變化圖6干旱脅迫下煙草的表觀量子效率(AQY)和羧化效率(CE15圖7干旱脅迫對(duì)煙草葉片放氧活性的影響圖7干旱脅迫對(duì)煙草葉片放氧活性的影響16圖8干旱脅迫對(duì)煙草葉片最大光化學(xué)效率的影響圖8干旱脅迫對(duì)煙草葉片最大光化學(xué)效率的影響17圖9干旱脅迫對(duì)煙草葉片實(shí)際光化學(xué)效率（ФPSII）的影響圖9干旱脅迫對(duì)煙草葉片實(shí)際光化學(xué)效率（ФPSII）的影響18AB圖10干旱脅迫對(duì)煙草葉片光化學(xué)猝滅（qP）和非光化學(xué)猝滅（qN）的影響AB圖10干旱脅迫對(duì)煙草葉片光化學(xué)猝滅（qP）和非光化學(xué)猝19圖11干旱脅迫對(duì)煙草葉片SOD、POD、CAT、APX活性的影響圖11干旱脅迫對(duì)煙草葉片SOD、POD、CAT、APX活性20圖12干旱脅迫對(duì)煙草葉片內(nèi)MDA含量的影響圖12干旱脅迫對(duì)煙草葉片內(nèi)MDA含量的影響21圖13干旱脅迫對(duì)煙草葉片內(nèi)可溶性糖和脯氨酸含量的影響圖13干旱脅迫對(duì)煙草葉片內(nèi)可溶性糖和脯氨酸含量的影響22干旱脅迫對(duì)煙草葉片葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響干旱脅迫對(duì)煙草葉片葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響23圖版I干旱脅迫對(duì)轉(zhuǎn)基因煙草（1，3，5）和野生型煙草（2，4，6）葉葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)(×2500)的影響153246圖版I干旱脅迫對(duì)轉(zhuǎn)基因煙草（1，3，5）和野生型煙草（224圖版II干旱脅迫對(duì)轉(zhuǎn)基因煙草（1，3，5）和野生型煙草（2，4，6）葉葉綠體超微結(jié)構(gòu)(×10000)的影響642315圖版II干旱脅迫對(duì)轉(zhuǎn)基因煙草（1，3，5）和野生型煙草（25圖版III干旱脅迫對(duì)轉(zhuǎn)基因煙草（1，3，5）和野生型煙草（2，4，6）類囊體片層超微結(jié)構(gòu)(×25000)的影響531246圖版III干旱脅迫對(duì)轉(zhuǎn)基因煙草（1，3，5）和野生型煙草（262.PEG處理對(duì)煙草光合作用的影響采用30％PEG－6000模擬干旱脅迫，結(jié)果與土壤干旱基本一致。2.PEG處理對(duì)煙草光合作用的影響采用327討論(1)干旱脅迫下轉(zhuǎn)基因煙草葉片水分狀況的改善轉(zhuǎn)BADH基因煙草葉片在干旱脅迫下能維持相對(duì)較高的水勢(shì)和相對(duì)含水量(圖1，圖16).我們推測(cè)，干旱脅迫下，轉(zhuǎn)BADH基因煙草維持水分狀況可能與轉(zhuǎn)BADH基因煙草體內(nèi)合成的甜菜堿有關(guān)。干旱脅迫下，轉(zhuǎn)基因煙草葉片水分狀況的維持，可能是其維持較高光合能力以及抗旱性的基礎(chǔ)。討論(1)干旱脅迫下轉(zhuǎn)基因煙草葉片水分狀況的改善28(2)干旱脅迫下轉(zhuǎn)基因煙草葉片光合能力的維持轉(zhuǎn)BADH基因煙草在干旱脅迫下能維持相對(duì)較高的光合速率（圖5，圖17）。轉(zhuǎn)基因煙草葉片水分關(guān)系的維持具有積極作用；轉(zhuǎn)基因煙草葉片干旱脅迫下有較高的的氣孔導(dǎo)度；因此我們推測(cè)轉(zhuǎn)BADH基因煙草可能通過(guò)維持相對(duì)較高的氣孔導(dǎo)度，從而維持較高的光合速率。(2)干旱脅迫下轉(zhuǎn)基因煙草葉片光合能力的維持轉(zhuǎn)BA29（3）轉(zhuǎn)基因煙草對(duì)干旱脅迫引起的光抑制的響應(yīng)干旱脅迫下轉(zhuǎn)基因煙草葉片具有較高的Fv/Fm和ФPSII，說(shuō)明轉(zhuǎn)基因煙草能維持光系統(tǒng)II（PSII）的功能,雖然甜菜堿不能直接清除活性氧（Smirnoff&Cumbes,1989），但我們的研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因煙草能維持干旱脅迫下葉片的部分抗氧化酶（主要是SOD和APX）的活性，減輕活性氧傷害。關(guān)于干旱脅迫下轉(zhuǎn)基因煙草葉片的抗氧化酶活性如何得到提高，是BADH保護(hù)已合成的抗氧化酶不受水分脅迫的影響，還是BADH的合成促進(jìn)這些酶的相關(guān)基因的表達(dá)還不清楚。（3）轉(zhuǎn)基因煙草對(duì)干旱脅迫引起的光抑制的響應(yīng)干30結(jié)論1.干旱脅迫下，轉(zhuǎn)BADH基因煙草葉綠素含量明顯高于野生型煙草，BADH基因的導(dǎo)入提高了轉(zhuǎn)基因煙草葉片的氣孔導(dǎo)度。2.干旱脅迫下轉(zhuǎn)基因煙草葉片具有較高的抗氧化酶活性，能緩解干旱造成的氧化脅迫。結(jié)論1.干旱脅迫下，轉(zhuǎn)BADH基因煙草葉綠素含量明顯高于野生313.轉(zhuǎn)基因煙草