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干旱胁迫是所有非生物胁迫中造成农作物减产的主要原因,随着水资源的日益匮乏及土地荒漠化的日益严重,提高农作物产量已成为当务之急,利用转基因技术培育抗旱作物品种具有重要的战略意义。甘蓝型油菜(Brassica napus L.)属于十字花科芸薹属植物,是全世界较为重要的一种油料栽培作物,近年来,我国西南地区连续干旱,对油菜的产量有很大影响。为了增强油菜的抗旱性,我们以源于耐辐射奇球菌的csp2基因为外源基因,油菜下胚轴为外植体,采用农杆菌介导的遗传转化方法,对甘蓝型油菜进行转化,获得转csp2基因的油菜。csp2基因来源于耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans,DR),该菌具有超强的电离辐射抗性和干燥抗性。研究表明,冷激蛋白作为分子伴侣能影响蛋白氧化和DNA损伤修复等多种作用。冷激蛋白家族中的部分基因能够帮助植物提高生物胁迫和非生物胁迫的能力。因此,我们将耐辐射奇球菌中的csp2基因转入甘蓝型油菜中,通过试验研究该基因是否能提高油菜的抗旱能力。
本研究主要内容包括:⑴用15%的PEG6000对转基因油菜种子和非转基因油菜种子进行种子干旱胁迫萌发试验,并以正常浇水的转基因油菜种子和非转基因油菜种子为对照。经PEG6000胁迫后,转基因油菜种子的萌发率、发芽势、发芽指数和种子活力都明显优于非转基因油菜种子。萌发第四天测量种子萌发的生物量,与正常浇水的对照相比,胁迫后的转基因油菜种子的胚芽长和胚根长变化不大,而胁迫后的非转基因油菜的胚芽长和胚根长明显小于正常浇水时的长度,油菜生长受到抑制。⑵比较研究了转csp2基因油菜与非转基因油菜幼苗干旱胁迫下的耐受性应答情况。在干旱胁迫下,转csp2基因油菜的叶片含水量、蛋白质含量比非转基因油菜的高,而丙二醛含量明显低于非转基因油菜;胁迫期间,油菜叶片中的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性有不同程度的增加,与非转基因对照相比,转基因油菜幼苗叶片的抗氧化酶活性普遍高于对照。对干旱期间油菜叶片的叶绿素荧光进行分析,发现转基因油菜叶片的初始荧光F0上升趋势和最大光化学量子产量Fv/Fm的下降趋势均显著高于非转基因油菜。以上结果表明,csp2作为一种分子伴侣,广泛参与了油菜幼苗对干旱胁迫的耐受性应答过程,从而增强了植株的耐旱能力。