大豆親本及其體細胞雜交后代的耐鹽性和光合特性比較.pdf

1、鹽脅迫是嚴重影響植物生長,導致農(nóng)作物減產(chǎn)的主要非生物因子之一。為了研究植物的耐鹽機制及功能,本文通過不對稱體細胞雜交技術(shù),將野生大豆(Glycine cyrtoloba ACC547)的耐鹽特性引入到了栽培大豆(G.max Melrose)中,綜合分析比較了親本及其體細胞雜交后代的耐鹽特性,利用這些材料篩選到了野生大豆特異的ndhH基因并研究了該基因及其生理功能在大豆鹽脅迫耐性中的可能作用。主要結(jié)果如下： Glycme cyrt

2、oloba ACC547是生長在澳大利亞海灘上的一種野生大豆,具有較強的耐鹽性能；G.max Melrose是一個高產(chǎn)栽培大豆品種,但對鹽脅迫較為敏感。利用不對稱體細胞雜交技術(shù),獲得了一批ACC547和Melrose的原生質(zhì)體融合再生株系。隨機擴增多態(tài)性DNA(randomamplified polymorphic DNA,RAID)和擴增片段長度多態(tài)性(amplified fragment lengthpolymorphism,AFL

3、P)分析結(jié)果都表明這些再生株系為野生大豆和栽培大豆的體細胞雜交后代。這些雜交后代在表型上獲得了兩個親本的一些特征,耐鹽性實驗表明有些雜交后代也從野生大豆獲得了較高的耐鹽特性。 對兩個穩(wěn)定遺傳的體細胞雜交后代S111-9和S113-6及其親本的耐鹽性鑒定表明,與栽培大豆相比,雜交后代及其野生大豆親本具有較強的耐鹽性能。鹽脅迫嚴重地影響了栽培大豆的生長,表現(xiàn)為葉片出現(xiàn)失綠壞死,生物量和光合速率嚴重下降；而鹽脅迫下兩個雜交后代的葉片失

4、綠壞死程度和生物量的降低都比其栽培種親本輕,但要重于其野生親本,然而其光合速率的下降程度與野生大豆無顯著的差別,這表明體細胞雜交后代部分地獲得了其野生大豆親本的耐鹽性能。 在鹽處理后期,野生大豆親本根莖中的Na+和C1-含量與栽培大豆差異不大,但葉中這兩種離子的含量明顯少于栽培大豆,而K+含量和K+/Na+比值要遠大于栽培大豆。這表明降低植株體內(nèi)尤其是葉片中的鹽離子含量,增強葉片對K+的選擇性吸收,減輕鹽分對葉片的傷害,維持較高

5、的光合性能,是野生大豆具有較高耐鹽特性的部分原因。盡管體細胞雜交后代的葉片K+含量和K+/Na+明顯高于栽培大豆,但其葉中和整個植株體內(nèi)的Na+和Cl-含量都要遠大于其野生大豆親本,而與其栽培親本無顯著差別。因此,同野生大豆相比,雜交后代較高的鹽脅迫適應能力可能主要不在于其減少體內(nèi)鹽離子的能力,而在于其對鹽脅迫的耐受性。 在體細胞雜交后代從野生大豆親本獲得的AFLP條帶中,發(fā)現(xiàn)有一個AFTP條帶(ASH1)與葉綠體NAD(P)H

6、脫氫酶(NAD(P)H dehydrogenase,NDH)H亞基的基因ndhH具有很大的同源性。通過設計ASH1特異引物進行PCR鑒定,證明了ASH1代表了野生大豆親本特異的ndhH基因并通過PCR擴增和DNA測序獲得了其全長序列。野生大豆特異的ndhH與栽培大豆的ndhH的比對結(jié)果表明,二者在其所推測蛋白的氨基酸序列上只有五個氨基酸殘基的差別,野生大豆特異的NDH-H蛋白在三級構(gòu)型上于相應的位置缺少了一個B轉(zhuǎn)角。與栽培大豆相比,鹽脅

7、迫誘導了野生大豆親本類囊體膜結(jié)合的約45kD蛋白的合成,其在分子量上與野生大豆親本特異的NDH-H類似。鹽脅迫下野生大豆親本的‘作用光關(guān)閉后葉綠素熒光瞬時上升’的程度和P700的重還原速率以及利用不同電子受體和供體所測定的PSI活性,都要遠高于栽培大豆親本,這表明鹽脅迫下野生大豆的NDH介導的圍繞PSI的環(huán)式電子傳遞(cyclic electron flow around PSI,CEF1)速率要高于栽培大豆。基于以上這些結(jié)果,我們推測

8、野生大豆親本特異的ndhH能夠受鹽脅迫的特異誘導而高豐度表達,其所編碼的產(chǎn)物參與組成了一個特異的NDH,介導了鹽脅迫下高效的光合環(huán)式電子傳遞。另外我們還發(fā)現(xiàn),由于獲得了野生大豆親本特異的ndhH基因,體細胞雜交后代的CEF1活性也受鹽脅迫誘導而顯著提高,這可能是雜交后代具有較高耐鹽特性的一個重要原因。 鹽脅迫下,體細胞雜交后代及其野生大豆親本的葉片毫秒延遲熒光(ms-DLE)強度明顯升高,葉綠素熒光的非光化學淬滅(NPQ)尤其是

9、高能態(tài)非光化學熒光淬滅(qE)也維持在較高的水平；葉片內(nèi)活性氧的積累明顯少于栽培大豆；葉綠體結(jié)構(gòu)受損較輕,PSII的最大光化學效率(Fv/Fm)下降也較少。而栽培大豆葉片的ms-DLE強度、NPQ和qE在鹽處理下顯著下降；活性氧的生成明顯增強,葉綠體受損較為嚴重,Fv/Fm明顯降低。這些結(jié)果表明雜交后代及其野生大豆親本的CEF1活性有利于其葉片跨類囊體膜的pH梯度(ΔpH)的生成和維持,從而激發(fā)了其葉片內(nèi)過剩光能的耗散機制來保護光合機構(gòu)