轉(zhuǎn)玉米高光效C4型PEPC基因小麥光合生理特性研究.pdf

1、將C4途徑高光效系統(tǒng)引入小麥等C3農(nóng)作物中，改善C3作物光合作用的遺傳基礎(chǔ)，進(jìn)而通過較大幅度地提高光合效率來帶動(dòng)小麥品種生物學(xué)產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量的提高一直是作物育種科學(xué)研究的前沿課題。
　　 本研究擬對(duì)玉米C4型pepc基因?qū)肫胀ㄐ←溤耘嗥贩N周麥19基因組的T2代和T3代轉(zhuǎn)基因小麥進(jìn)行了pepc基因的PCR分子篩選，并以獲得的陽性植株為材料，采取田間種植和盆栽兩種種植方式，分別研究了田間條件下小麥不同生育時(shí)期的旗葉光合生理特性、群

2、體光合速率及成熟后產(chǎn)量性狀，對(duì)盆栽材料在抽穗期進(jìn)行光合速率對(duì)光強(qiáng)和CO2的響應(yīng)曲線測定，研究了PEPCase活性與光合速率相關(guān)性，并利用PEPCase專一性抑制劑DCDP進(jìn)行了轉(zhuǎn)基因植株P(guān)EPCase酶活功能的驗(yàn)證，為選育高光效小麥轉(zhuǎn)基因新品種提供理論依據(jù)和種質(zhì)材料。
　　 研究結(jié)果如下：
　　 1、利用PCR技術(shù)對(duì)T2代轉(zhuǎn)基因小麥的12個(gè)株系，共2094棵單株進(jìn)行了玉米C4型pepc基因分子檢測，篩選出陽性率較高的兩個(gè)

3、轉(zhuǎn)基因株系1-45-2和1-47-3，陽性率分別達(dá)到66.5％和60.5％，為后續(xù)研究提供了試驗(yàn)材料。
　　 2、對(duì)5個(gè)株系PEPCase活性與光合速率相關(guān)性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明不同轉(zhuǎn)基因株系的PEPC酶活性差異很大，變幅為1.63μmol·min-1·mg-1至4.90μmol·min-1·mg-1，其中1-45-2株系的PEPC酶活性比對(duì)照提高了2.8倍，同時(shí)光合速率比對(duì)照提高了34.4％，光合速率與PEPC酶活性間存在正相

4、關(guān)性；利用PEPCase專一性抑制劑DCDP處理轉(zhuǎn)基因小麥后其光合速率降至與對(duì)照無顯著差異，證明轉(zhuǎn)pepc基因小麥光合速率提高確實(shí)與外源PEPC酶活性提高所致。
　　 3、于抽穗期、開花期、花后第7天和花后第15天對(duì)轉(zhuǎn)pepc基因小麥株系和對(duì)照進(jìn)行了單株旗葉的氣體交換參數(shù)日變化的測定。結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因株系與對(duì)照相比，在4個(gè)測定時(shí)期轉(zhuǎn)pepc基因小麥的旗葉凈光合速率(Pn)明顯提高，其中抽穗期轉(zhuǎn)基因株系1-45-2、1-47-1旗葉

5、Pn最大值分別達(dá)到29.45μmol·m-2·s-1和28.20μmol·m-2·s-1，較對(duì)照分別提高了16.0％和11.0％；花后第15天轉(zhuǎn)基因小麥旗葉Pn最大值分別為25.63μmol·m-2·s-1與24.23μmol·m-2·s-1，較對(duì)照提高了23.2％和13.7％；氣孔導(dǎo)度(Gs)明顯增加，胞間CO2濃度(Ci)降低，蒸騰速率(Tr)差異不明顯，水分利用效率(WUE)差異明顯。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因小麥較對(duì)照Pn的提高，與

6、Ci變化呈負(fù)相關(guān)，與Gs變化成正相關(guān)。
　　 4、于花后第15天早上和中午對(duì)轉(zhuǎn)pepc基因小麥株系和對(duì)照進(jìn)行了葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定。結(jié)果顯示，中午12:00與上午8:00相比，轉(zhuǎn)pepc基因小麥的Fv/Fm(最大光量子效率)、qP(光化學(xué)淬滅系數(shù))、NPQ(非光化學(xué)淬滅系數(shù))、ФPSⅡ(作用光存在時(shí)PSⅡ的實(shí)際量子效率)的變幅均小于對(duì)照，其中12:00的Fv/Fm、ФPSⅡ和qP較8:00均有所下降，且轉(zhuǎn)基因小麥明顯高于對(duì)照，N

7、PQ較8:00時(shí)刻均出現(xiàn)上升，轉(zhuǎn)基因小麥均低于對(duì)照。以上結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因小麥對(duì)中午時(shí)刻強(qiáng)光高溫具有較好的耐脅迫能力。
　　 5、對(duì)開花期轉(zhuǎn)pepc基因小麥1-45-2的T3代株系和對(duì)照進(jìn)行凈光合速率分別對(duì)光強(qiáng)和CO2濃度的響應(yīng)曲線測定，結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因小麥同化CO2的能力增強(qiáng)，其中轉(zhuǎn)基因小麥光飽和光合速率比對(duì)照提高了14.8％，CO2補(bǔ)償點(diǎn)下降了28.2％，飽和光強(qiáng)由原來的1450μmol·m-2·s-1升至1550μmol·m-

8、2·s-1，較對(duì)照飽和光強(qiáng)提高了6.9％，羧化效率也提高了28％。
　　 6、于抽穗期和花后第17天對(duì)轉(zhuǎn)pepc基因小麥株系1-45-2進(jìn)行了群體光合速率日變化測定，并對(duì)成熟后產(chǎn)量性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)基因小麥株系的群體光合速率CAP日變化均高于對(duì)照，在花后第17天更為明顯；轉(zhuǎn)基因株系在單莖重、單穗重、千粒重和收獲系數(shù)較對(duì)照均顯著提高。
　　 上述研究結(jié)果表明，將玉米C4型pepc基因?qū)胄←溁蚪M，獲得陽性轉(zhuǎn)基