朱延明，文益東，王臻昱，才 華，魏正巍

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生物功能基因重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150030；2.塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

轉(zhuǎn)GsSAMS基因苜蓿農(nóng)藝性狀調(diào)查

朱延明1，文益東2，王臻昱1，才 華1，魏正巍1

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生物功能基因重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150030；2.塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

以前期試驗(yàn)獲得的兩個耐鹽轉(zhuǎn)GsSAMS基因苜蓿株系A(chǔ)-21和A-23為試驗(yàn)材料，進(jìn)行產(chǎn)量性狀和形態(tài)性狀的調(diào)查與分析，為其產(chǎn)業(yè)化提供依據(jù)。結(jié)果表明，在產(chǎn)量性狀上，兩個轉(zhuǎn)基因苜蓿株系春秋季的莖分枝數(shù)、產(chǎn)草量及干重與對照株系相比，不存在顯著差異；在形態(tài)性狀上，兩個轉(zhuǎn)基因苜蓿株系的生長速度、株高、節(jié)數(shù)及節(jié)間長度與對照株系相比，差異亦不顯著。說明外源基因GsSAMS在苜蓿體內(nèi)表達(dá)并未顯著改變苜蓿的產(chǎn)量性狀和形態(tài)性狀。

紫花苜蓿；GsSAMS基因；耐鹽堿；農(nóng)藝性狀

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是世界上栽培最早、分布最廣泛的一種優(yōu)質(zhì)豆科牧草，因其蛋白含量豐富，并含有多種維生素[1]，被譽(yù)為“牧草之王”。苜蓿還具有高產(chǎn)、抗旱、耐寒等特點(diǎn)，可以改良土壤結(jié)構(gòu)[2]，保持水土和保護(hù)環(huán)境。但苜蓿耐鹽能力有限，鹽堿等逆境嚴(yán)重影響苜蓿產(chǎn)量與質(zhì)量。因此，如何培育耐鹽堿苜蓿新品種，充分利用我國鹽堿地資源[3]，已成為亟待解決的重大問題。

采用傳統(tǒng)雜交育種技術(shù)手段培育耐鹽堿苜蓿新品種，存在周期長、效率低、工作量大、基因資源匱乏等弊端。近年來，隨著分子生物學(xué)與轉(zhuǎn)基因技術(shù)的日趨成熟，通過轉(zhuǎn)基因手段獲得新品種已成為一種有效途徑[4]。通過轉(zhuǎn)基因分子育種技術(shù)手段培育耐鹽堿苜蓿新品種，能夠在不改變綜合優(yōu)良性狀基礎(chǔ)上，來改變單一不良性狀，周期短、效率高。

本研究前期將來源于野生大豆的S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因GsSAMS轉(zhuǎn)入肇東苜蓿，獲得兩個耐鹽性明顯提高的轉(zhuǎn)基因苜蓿株系A(chǔ)-21和A-23[5]，對其進(jìn)行系統(tǒng)的產(chǎn)量性狀及形態(tài)性狀調(diào)查與分析，對實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因苜蓿的產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

轉(zhuǎn)GsSAMS基因苜蓿株系A(chǔ)-21、A-23和對照品種非轉(zhuǎn)基因苜蓿（肇東苜蓿，由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)崔國文教授提供）。

1.2 方法

試驗(yàn)地點(diǎn)為黑龍江省哈爾濱市東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)基地。每個株系種植面積為30 m2，栽種時施足基肥，田間栽培及管理方法符合《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評價管理辦法》附件I[6]要求。

1.2.1 產(chǎn)量性狀調(diào)查

莖分枝數(shù)：分別調(diào)查春季與秋季單株的莖分枝個數(shù)，每個株系隨機(jī)選擇10株進(jìn)行測定，計算平均值。

產(chǎn)草量：在初花期測定每平方米地上部分鮮草重量，3次重復(fù)，計算平均值（kg·m-2）。

干草量：株系混合后，取100 g鮮草，110℃殺青15 min后，80℃烘干至恒重，計算干草含量，用百分?jǐn)?shù)表示。每個株系重復(fù)3次，計算平均值（%）。

1.2.2 形態(tài)性狀調(diào)查

生長速度：分別在春季和秋季調(diào)查苜蓿的生長速度，每個株系隨機(jī)選擇10株，調(diào)查其春季和秋季20 d內(nèi)的生長量，計算日生長量，取平均值（cm·d-1）。

株高：測定盛花期的株高，每個株系隨機(jī)取10株進(jìn)行調(diào)查，計算平均值（cm）。

節(jié)數(shù)：調(diào)查每個株系在盛花期的節(jié)數(shù)，每株取10個分枝測定節(jié)數(shù)，每個株系隨機(jī)調(diào)查10株，計算平均值。

節(jié)間長度：調(diào)查每個株系在盛花期的節(jié)間長度，每個單株隨機(jī)測10個節(jié)間長度，取平均值作為該株節(jié)間長度，每個株系隨機(jī)取10株調(diào)查，計算平均值（cm）。

1.2.3 刈割后形態(tài)性狀調(diào)查

在第一次盛花期時刈割，刈割后生長速度、株高、節(jié)數(shù)及節(jié)間長度按1.2.2調(diào)查。

2 結(jié)果與分析

2.1 轉(zhuǎn)基因苜蓿產(chǎn)量性狀的調(diào)查與分析

對轉(zhuǎn)GsSAMS基因苜蓿及對照品種肇東苜蓿產(chǎn)量性狀的調(diào)查結(jié)果如表1所示。

株系A(chǔ)-21和A-23與對照品種相比，在春季，兩個轉(zhuǎn)基因株系莖分枝數(shù)分別是46和45.3，非轉(zhuǎn)基因株系為44.4，轉(zhuǎn)基因株系與對照株系間不存在顯著差異。在秋季，轉(zhuǎn)基因株系和對照株系莖分枝數(shù)分別為71.8、72.4和69.4，無顯著差異。

苜蓿作為飼草，產(chǎn)草量和干草含量是衡量其價值的重要指標(biāo)。本研究中，轉(zhuǎn)基因株系和非轉(zhuǎn)基因株系的產(chǎn)草量分別為23.8、22.5和21.8 kg·m-2，產(chǎn)草量之間不存在顯著差異。干草含量分別為28.4%、30.3%和29.3%，無顯著差異。

表1 轉(zhuǎn)GsSAMS基因苜蓿產(chǎn)量性狀的調(diào)查結(jié)果與分析Table 1 Investigation results and analysis on yield traits of the transgenic alfalfa with GsSAMS gene

以上結(jié)果表明，兩個耐鹽轉(zhuǎn)基因苜蓿株系與對照株系的產(chǎn)量性狀無顯著差異。

2.2 轉(zhuǎn)基因苜蓿形態(tài)性狀的調(diào)查與分析

2.2.1 未刈割轉(zhuǎn)基因苜蓿形態(tài)性狀的調(diào)查與分析

對未刈割的轉(zhuǎn)GsSAMS基因苜蓿及對照品種的形態(tài)性狀調(diào)查結(jié)果如表2所示。

分別對未刈割的轉(zhuǎn)GsSAMS基因苜蓿的兩個株系及對照品種的春季及秋季兩個季節(jié)的生長速度進(jìn)行測定，轉(zhuǎn)基因株系與對照品種在春季生長速度分別為1.23、1.37和1.31 cm·d-1，而秋季生長速度分別為0.44、0.45和0.42 cm·d-1，春季和秋季的生長速度均無顯著差異。

并對未刈割的兩個轉(zhuǎn)基因株系及對照品種的株高、節(jié)數(shù)及節(jié)間長度進(jìn)行調(diào)查，其株高分別為141、140和148 cm，不存在顯著差異，且兩個轉(zhuǎn)基因株系與對照品種間節(jié)數(shù)和節(jié)間長度均差異不顯著。

以上結(jié)果說明未刈割時，轉(zhuǎn)GsSAMS基因苜蓿在形態(tài)性狀上與對照品種相比無顯著差異。

表2 轉(zhuǎn)GsSAMs基因苜蓿形態(tài)性狀的調(diào)查結(jié)果與分析Table 2 Investigation results and analysis on morphological traits of transgenic alfalfa with GsSAMS gene

2.2.2 刈割后轉(zhuǎn)基因苜蓿形態(tài)性狀的調(diào)查與分析

對刈割后的轉(zhuǎn)GsSAMS基因苜蓿及對照品種的形態(tài)性狀調(diào)查結(jié)果如表3所示。

分別對刈割后的轉(zhuǎn)GsSAMS基因苜蓿的兩個株系及對照品種的生長速度進(jìn)行測定，轉(zhuǎn)基因株系與對照品種在第一次盛花期刈割后，其再生生長速度分別為3.09、3.02和2.98 cm·d-1，刈割后的生長速度無顯著差異。

并對刈割后兩個轉(zhuǎn)基因株系及對照品種的株高、節(jié)數(shù)和節(jié)間長度進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明刈割后的盛花期兩個轉(zhuǎn)基因株系與對照品種之間節(jié)數(shù)、節(jié)間長度和株高差均無顯著差異。

以上結(jié)果說明轉(zhuǎn)GsSAMS基因苜蓿刈割后與對照品種的形態(tài)性狀相比無顯著差異。

表3 刈割后轉(zhuǎn)GsSAMS基因苜蓿形態(tài)性狀的調(diào)查結(jié)果與分析Table 3 Investigation results and analysis on morphological traits of cut transgenic alfalfa with GsSAMS gene

3 討論與結(jié)論

植物轉(zhuǎn)基因主要目的不僅是將目的基因?qū)胧荏w植物使其獲得相應(yīng)的優(yōu)良性狀，而且還不應(yīng)改變其原有的優(yōu)良性狀。因此，轉(zhuǎn)基因株系農(nóng)藝性狀表現(xiàn)的好壞，直接影響通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得的植物能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。國內(nèi)外有許多有關(guān)轉(zhuǎn)基因植株出現(xiàn)變異或生長受抑制的報道[7-9]。引起這些變異的原因主要有以下幾方面：一是外源基因插入植物基因組的位點(diǎn)是隨機(jī)的，這可能導(dǎo)致植物外顯基因被打斷，從而無法表達(dá)，影響植物正常生長；而且外源基因也可能因?yàn)槠洳迦氲奈恢貌煌?，表現(xiàn)型也不同（即轉(zhuǎn)基因的位置效應(yīng)）[10]；二是外源基因插入的拷貝數(shù)不同，也可能會引起轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)型的變異；三是組織培養(yǎng)過程中，體細(xì)胞無性系的變異，轉(zhuǎn)座子的活化，DNA發(fā)生點(diǎn)突變等，都可能引起轉(zhuǎn)基因植株及其后代的表現(xiàn)型出現(xiàn)變異。因此必須要對轉(zhuǎn)基因植株的農(nóng)藝性狀進(jìn)行系統(tǒng)研究，只有保持農(nóng)藝性狀的穩(wěn)定，才能使轉(zhuǎn)基因植物具有良好的應(yīng)用價值，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

本研究中，兩個耐鹽轉(zhuǎn)基因株系的農(nóng)藝性狀與對照植株相比無顯著差異，說明將GsSAMS導(dǎo)入苜蓿，使轉(zhuǎn)基因苜蓿獲得耐鹽性，又能保持原來優(yōu)良的農(nóng)藝性狀，具有良好的應(yīng)用價值。但是要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還需對轉(zhuǎn)基因植物的安全性問題，如食品安全性以及環(huán)境安全性[11]，進(jìn)行深入評價分析。

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Investigation and analysis of main agronomic traits of transgenic alfalfa withGsSAMSgene

ZHU Yanming1,WEN Yidong2,WANG Zhenyu1,CAI Hua1,WEI Zhengwei1(1.Key Laboratory of Agricultural Biological Functional Genes,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.School of Life Sciences,Tarim University,Alar Xinjiang 843300, China)

The agronomic traits including the yield traits,morphological traits and quality traits of GsSAMStransgenic alfalfa(line A-21 and A-23)were investigated and analyzed statistically.Our results showed no significant differences between the transgenic and non-transgenic alfalfa plants in the number of branches,grass yield and dry weight.We also found no significant differences regarding to the growth rate in spring and autumn,plant height,the number of nodes and the node length.Taken together,our results indicated that over-expression ofGsSAMSin alfalfa did not alter the agronomic traits of transgenic alfalfa.

alfalfa;GsSAMSgene;tolerance to salt-stress;agronomic trait

S541.9

A

1005-9369（2014）03-0031-03

時間2014-3-20 17:47:00 [URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140320.1747.003.html

朱延明,文益東,王臻昱,等.轉(zhuǎn)GsSAMS基因苜蓿農(nóng)藝性狀調(diào)查[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,45(3):31-33.

Zhu Yanming,Wen Yidong,Wang Zhenyu,et al.Investigation and analysis of main agronomic traits of transgenic alfalfa withGsSAMSgene[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(3):31-33.(in Chinese with English abstract)

2012-02-29

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31171578）；黑龍江省高?？萍紕?chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目（2011TD005）；國家大豆轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)（2011 ZX08004-002）；東北農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（CXT004-1）

朱延明（1955-），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橹参锘蚬こ膛c分子生物學(xué)。E-mail:ymzhu2001@neau.edu.cn