玉米C4光合酶ZmPEPC、ZmPPDK、ZmNADP-ME基因?qū)M南芥光合特性的影響及其對干旱脅迫的響應(yīng).pdf

1、為探究玉米C4途徑關(guān)鍵酶基因?qū)Ω珊得{迫的響應(yīng)，本試驗以三個分別轉(zhuǎn)玉米Zm-PEPC（磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶以下簡稱PC）、Zm-PPDK（丙酮酸磷酸二激酶以下簡稱PK）、Zm-NADP-ME（依賴于NADP的蘋果酸酶以下簡稱ME）單個酶基因，以及兩個轉(zhuǎn)PEPC+PPDK（以下簡稱PCK）、PPDK+NADP-ME（以下簡稱PKM）兩個酶基因的擬南芥各3個株系為為供試材料，在開花期停止?jié)菜?，并于干旱脅迫處理前1天，干旱脅迫處理第5天、第1

2、0天和結(jié)束干旱脅迫復(fù)水處理5天時測定轉(zhuǎn)基因擬南芥目標(biāo)基因表達(dá)量、光合速率、水分利用效率以及酶活性的變化。
　　主要結(jié)論如下：
　　1.在實驗室原有材料的基礎(chǔ)上，利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的方法將ZmNADP-ME基因分別導(dǎo)入野生型擬南芥和轉(zhuǎn)PK基因的擬南芥純系中，獲得了轉(zhuǎn)ME和PKM基因的擬南芥株系。經(jīng)PCR檢測以及Western blot雜交分析，表明轉(zhuǎn)ME和PKM基因株系確為轉(zhuǎn)基因材料。
　　2.在干旱脅迫條件下分析外源基因表

3、達(dá)量的變化，結(jié)果表明，與非水分脅迫條件下的外源基因表達(dá)量相比，干旱處理第5天時，轉(zhuǎn)基因株系外源基因表達(dá)量上升；干旱處理第10天時，所有轉(zhuǎn)基因株系外源基因表達(dá)量下降。其中轉(zhuǎn)PCK基因株系的平均基因表達(dá)量大于轉(zhuǎn)PC基因株系。
　　3.非水分脅迫條件下，野生型擬南芥植株的PEPC、NADP-ME、PPDK酶活性分別為2.41、0.13、1.62μmol/mg（pro）/h，其中轉(zhuǎn)PC和PCK基因株系的PEPC酶活性較野生型擬南芥分別提高

4、了36％和52%，增幅達(dá)到顯著水平。轉(zhuǎn)ME、PKM基因株系的NADP-ME酶活性較野生型擬南芥分別提高了67%和97%，增幅達(dá)到顯著水平。轉(zhuǎn)PK、PCK、PKM基因株系的PPDK酶活性較野生型擬南芥分別提高了40%、20%和19%，增幅達(dá)到顯著水平。干旱脅迫處理條件下，不同基因型轉(zhuǎn)基因擬南芥光合酶測定值大小的總體趨勢與脅迫前轉(zhuǎn)基因株系基本一致，且均高于脅迫后的野生型擬南芥。與脅迫前轉(zhuǎn)基因擬南芥相比，干旱脅迫處理第5天時，轉(zhuǎn)基因株系上述指

5、標(biāo)測定值均有所上升。干旱脅迫處理第10天時，轉(zhuǎn)基因株系上述指標(biāo)測定值均有所上升。復(fù)水后第五天，上述指標(biāo)得到程度不同的恢復(fù)。上述結(jié)果說明，ZmPEPC、ZmNADP-ME、ZmPPDK基因的導(dǎo)入顯著提高擬南芥植株相應(yīng)的PEPC、NADP-ME、PPDK酶的活性。其中轉(zhuǎn)PCK基因株系的PEPC酶活性高于轉(zhuǎn)PC基因株系；轉(zhuǎn)PKM基因株系的NADP-ME酶活性高于轉(zhuǎn)ME基因株系；轉(zhuǎn)PK基因株系的PPDK酶活性高于轉(zhuǎn)PCK和PKM基因株系；轉(zhuǎn)基因

6、株系在脅迫條件下的酶活性高于脅迫后的野生型擬南芥植株。
　　4.在非水分脅迫條件下，轉(zhuǎn)PC、PK、PCK基因擬南芥株系凈光合速率（Pn）較野生型擬南芥（3.78μmolCO2·m-2·s-1）分別提高了19%、21%、24%，增幅達(dá)到顯著水平。干旱脅迫處理條件下，不同基因型轉(zhuǎn)基因擬南芥凈光合速率測定值大小的總體趨勢與脅迫前轉(zhuǎn)基因株系基本一致，且均高于脅迫后的野生型擬南芥。與脅迫前轉(zhuǎn)基因擬南芥相比，在干旱處理第5天、第10天，轉(zhuǎn)基因

7、株系的凈光合速率表現(xiàn)出先上升后下降，復(fù)水后第5天，漸接近脅迫前轉(zhuǎn)基因株系的凈光合速率。上述結(jié)果表明，在嚴(yán)重干旱脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株P(guān)n受干旱脅迫影響較野生型擬南芥小。不同干旱脅迫處理條件下，轉(zhuǎn)PC、PCK基因株系的Pn均較野生型擬南芥增加顯著，其中轉(zhuǎn)PC、PCK基因擬南芥中PC73、PCK7表現(xiàn)較優(yōu)。綜合比較發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)PCK基因株系的Pn高于轉(zhuǎn)PC基因株系，而轉(zhuǎn)PC基因株系的Pn高于本試驗所用的其它基因型的轉(zhuǎn)基因株系。
　　5.在

8、非水分脅迫條件下，轉(zhuǎn)PCK基因擬南芥株系WUE較野生型擬南芥（0.54g/kg）提高了55%，增幅達(dá)到顯著水平。干旱脅迫處理條件下，不同基因型轉(zhuǎn)基因擬南芥凈光合速率測定值大小的總體趨勢與脅迫前轉(zhuǎn)基因株系基本一致，且均高于脅迫后的野生型擬南芥。與脅迫前轉(zhuǎn)基因擬南芥相比，轉(zhuǎn)基因株系的WUE的總體變化趨勢與凈光合速率的變化趨勢一致。上述結(jié)果表明，不同干旱脅迫處理條件下，轉(zhuǎn)PC、PCK基因株系的WUE均較野生型擬南芥增加顯著，其中轉(zhuǎn)PC、PCK

9、基因擬南芥中PC73、PCK7表現(xiàn)較優(yōu)。綜合比較發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)PCK基因株系的WUE高于轉(zhuǎn)PC基因株系，而轉(zhuǎn)PC基因株系的WUE高于本試驗所用的其它基因型的轉(zhuǎn)基因株系。
　　6.在非水分脅迫條件下，轉(zhuǎn)PKM基因擬南芥的SOD、POD、CAT酶活性較野生型擬南芥分別提高了89%、152%和40%。干旱處理第5天時，轉(zhuǎn)ME和PKM基因株系的SOD酶活較野生型擬南芥分別提高了64%和105%，增幅達(dá)到顯著水平；相應(yīng)的POD酶活較野生型擬南芥分

10、別提高了70%和209%，增幅達(dá)到顯著水平；轉(zhuǎn)PKM基因株系的CAT酶活較野生型擬南芥提高了39%，增幅達(dá)到顯著水平。干旱處理第10天時，轉(zhuǎn)PKM基因株系的SOD酶活較野生型擬南芥提高了45%，增幅達(dá)到顯著水平。轉(zhuǎn)ME、PKM基因株系的POD酶活較野生型擬南芥分別提高了63%和169%；相應(yīng)的CAT酶活較野生型擬南芥分別提高了43%和65%。復(fù)水后第5天，轉(zhuǎn)ME和PKM基因株系的SOD酶活較野生型擬南芥分別提高了34%和84%，增幅達(dá)到