韓彥莎，魯彥君，于瑞，等

農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)

胡楊PeXTH基因的克隆及其轉(zhuǎn)基因煙草的抗鎘性分析

韓彥莎，魯彥君，于瑞，等

目的：木葡聚糖內(nèi)轉(zhuǎn)糖苷酶/水解酶（xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase，XTH）是植物細(xì)胞壁重構(gòu)過(guò)程中的關(guān)鍵酶，能夠調(diào)控細(xì)胞壁的松弛和伸展，進(jìn)而影響外界金屬離子的進(jìn)入。本文從具有干旱鹽堿抗性的胡楊（Populus euphratica）中克隆了一個(gè)木葡聚糖內(nèi)轉(zhuǎn)糖苷酶/水解酶基因PeXTH，并研究該基因與植物抗Cd2+性之間的關(guān)系。方法：采用反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（RT-PCR）技術(shù)，從取自新疆的胡楊葉片cDNA中克隆木葡聚糖內(nèi)轉(zhuǎn)糖苷酶/水解酶基因PeXTH；采用Bioedit Sequence Alignment Editor V7.0軟件，通過(guò)Clustal W方法對(duì)PeXTH及其他5種同源蛋白進(jìn)行多重氨基酸序列比對(duì)分析；將PeXTH基因的全長(zhǎng)cDNA克隆到植物表達(dá)載體pGreen0029上，并通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)法，將重組表達(dá)載體轉(zhuǎn)入煙草；分別采用基因組PCR和實(shí)時(shí)熒光定量PCR（Real-time PCR）方法，檢測(cè)T0代和T1代煙草中PeXTH基因的表達(dá)水平，從而確定轉(zhuǎn)基因陽(yáng)性株系。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)比較100 μmol/L Cd2＋脅迫處理15 d對(duì)轉(zhuǎn)基因煙草陽(yáng)性株系和野生型株系的生長(zhǎng)表型、葉片細(xì)胞膜透性、根和葉組織中Cd2＋含量、葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量以及抗氧化酶活性的影響，來(lái)綜合評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)PeXTH基因煙草的抗Cd2＋能力，闡明PeXTH基因在植物抗Cd2＋中的貢獻(xiàn)。結(jié)果：克隆獲得了胡楊木葡聚糖內(nèi)轉(zhuǎn)糖苷酶/水解酶基因PeXTH。PeXTH基因的開(kāi)放閱讀框（ORF）長(zhǎng)867 bp，含ATG起始密碼子和TAG終止密碼子，編碼一個(gè)由288個(gè)氨基酸組成的蛋白；多重氨基酸序列比對(duì)結(jié)果顯示，PeXTH蛋白含有木葡聚糖內(nèi)轉(zhuǎn)糖苷酶/水解酶（XTHs）的保守催化活性域DEIDFEFLG和N-糖基化位點(diǎn)NL（V/M）SG，其與來(lái)自雜交山楊、玉米、擬南芥、小麥和蓖麻5種植物中的XTH蛋白的同源性在68%～99%。Real-Time PCR檢測(cè)結(jié)果表明，PeXTH基因已經(jīng)成功在2個(gè)T1代轉(zhuǎn)基因煙草株系（L6和L14）中過(guò)表達(dá)；Cd2＋脅迫后，野生型煙草的生長(zhǎng)受到明顯抑制，而轉(zhuǎn)基因煙草的根和葉均沒(méi)有明顯的受損癥狀；與野生型煙草相比，Cd2＋脅迫后轉(zhuǎn)基因煙草的根長(zhǎng)約是野生型煙草的1.5倍，根和葉組織的干質(zhì)量也顯著高于野生型；此外，轉(zhuǎn)基因煙草根組織中積累的Cd2＋含量是野生型煙草的2.34倍，而葉組織中積累的Cd2＋含量則為野生型煙草的71%；Cd2＋脅迫下，轉(zhuǎn)基因煙草葉片的相對(duì)電導(dǎo)率顯著低于野生型，但抗氧化酶（SOD、CAT、APX）活性、營(yíng)養(yǎng)元素（K＋、Ca2＋、Mg2＋）含量、葉片凈光合速率和蒸騰速率等生理指標(biāo)均明顯高于野生型。結(jié)論：PeXTH蛋白含有木葡聚糖內(nèi)轉(zhuǎn)糖苷酶/水解酶的保守活性域DEIDFEFLG和N-糖基化位點(diǎn)NLSG，這預(yù)示著PeXTH很可能具有XTH蛋白的酶活性質(zhì)。轉(zhuǎn)PeXTH基因煙草的抗Cd2＋性明顯高于野生型煙草，Cd2＋脅迫下，轉(zhuǎn)PeXTH基因煙草根部積累的Cd2＋含量顯著高于野生型，暗示轉(zhuǎn)PeXTH基因煙草很可能通過(guò)增加根組織細(xì)胞壁對(duì)Cd2+的區(qū)隔能力而將大量的Cd2＋積累在根部，避免過(guò)多Cd2+向地上轉(zhuǎn)運(yùn)，從而保證煙草地上部分營(yíng)養(yǎng)元素吸收、氧化平衡維持以及光合蒸騰作用等各項(xiàng)生理機(jī)能的正常運(yùn)行。

來(lái)源出版物：西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版, 2014,42(1): 37-45

入選年份：2014

氮高效水稻品種的光合生理特性

安久海，劉曉龍，徐晨，等

摘要：目的：隨著我國(guó)人口的日益增長(zhǎng)，稻米的供給已難以滿(mǎn)足人們的需求。為了解決這一問(wèn)題，氮肥的使用便成為水稻豐產(chǎn)的一項(xiàng)有效措施，但由于氮肥的長(zhǎng)期使用不僅降低了水稻對(duì)氮肥的利用效率，而且易造成環(huán)境污染，因此，國(guó)內(nèi)外許多研究人員開(kāi)展了對(duì)水稻種質(zhì)資源自身吸收利用氮素的研究。本文在不同氮水平下，測(cè)定比較了氮素利用效率不同的水稻品種在生理指標(biāo)、光合生理特性、生物量和生長(zhǎng)量方面的差異，以便為氮高效水稻品種的選育及新品種的研發(fā)提供參考。方法：采用水培法對(duì)前期參試的119個(gè)水稻品種進(jìn)行培養(yǎng)，苗齡達(dá)2葉期時(shí)，改用低氮（1/15N）水稻營(yíng)養(yǎng)液（營(yíng)養(yǎng)液配方除NH4NO3的濃度有變化外，其他均參照國(guó)際水稻研究所水稻水培標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)液配方配制）處理，苗齡達(dá)4葉期時(shí)采樣，用天平稱(chēng)量水稻單株干物質(zhì)質(zhì)量，根據(jù)單株干物質(zhì)質(zhì)量劃分等級(jí)，從中篩選出氮高效與氮低效水稻品種各4個(gè)；采用水培法對(duì)篩選的氮高效水稻品種和氮低效水稻品種進(jìn)行培養(yǎng)，在苗齡達(dá)2葉期時(shí)將其移栽并固定于桶中，改用正常供氮（1N）和低氮（1/12N）營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行處理，于抽穗后10 d，取劍葉鮮樣用分光光度計(jì)測(cè)定葉綠素含量、活體法測(cè)定硝酸還原酶活性、考馬斯亮蘭法測(cè)定可溶性蛋白質(zhì)含量，同時(shí)采用Li-6400型光合儀測(cè)定光合生理特性，并用直尺測(cè)定根系長(zhǎng)度及植株高度、用天平測(cè)定植株質(zhì)量。結(jié)果：低氮水平下，氮高效水稻品種葉片中葉綠素含量、可溶性蛋白質(zhì)含量、硝酸還原酶活性分別為2.58 mg/g、0.260 mg/g和10.28 μg/(g·h)，氮低效水稻品種對(duì)應(yīng)分別為1.77 mg/g、0.217 mg/g和6.88 μg/(g·h)，前者各指標(biāo)值顯著高于后者；與正常供氮水平相比，氮高效與氮低效水稻品種上述生理指標(biāo)均下降；正常供氮水平下，氮高效與氮低效水稻品種間上述生理指標(biāo)無(wú)顯著性差異。低氮水平下，氮高效與氮低效水稻品種葉片的表觀葉肉導(dǎo)度（AMC）、胞間CO2濃度（Ci）、水分利用效率（WUE）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）及凈光合速率（Pn）均較正常供氮水平下低，但氣孔限制百分率（Ls）則偏高；低氮水平下，氮高效水稻品種的凈光合速率（Pn）、表觀葉肉導(dǎo)度（AMC）、水分利用效率（WUE）分別較氮低效水稻品種高39.4%、38.5%和28.5%，且差異顯著，而兩者的其他光合生理指標(biāo)無(wú)顯著差異；正常供氮水平下，氮高效與氮低效水稻品種間上述光合生理指標(biāo)均無(wú)顯著差異。低氮水平下，氮高效水稻品種地上部分鮮質(zhì)量、干質(zhì)量分別比氮低效水稻品種高37.1%和28.1%，根系鮮質(zhì)量、干質(zhì)量分別比氮低效水稻品種高37.6%和25.7%；正常供氮水平下，只有根系鮮質(zhì)量及干質(zhì)量表現(xiàn)出氮高效水稻品種較高，兩者的地上部分鮮質(zhì)量、干質(zhì)量則無(wú)顯著差異，且兩者的上述指標(biāo)較低氮水平下的高。低氮水平下，氮高效水稻品種株高、根長(zhǎng)分別為49.2 cm和56.3 cm，均顯著高于氮低效水稻品種的43.3 cm和51.3 cm；正常供平下，氮高效與氮低效水稻品種的株高比低氮水平下高，但根系長(zhǎng)度明顯偏短，且氮高效與氮低效水稻品種間株高、根長(zhǎng)無(wú)顯著差異。結(jié)論：氮高效與氮低效水稻品種除了氣孔限制百分率及根長(zhǎng)隨供氮水平的增加而降低外，其他指標(biāo)均增加，并且在低氮水平下更能體現(xiàn)出氮高效與氮低效水稻品種在生理、農(nóng)藝性狀及光合特性方面的差異性；低氮水平下，凈光合速率（Pn）的下降并非來(lái)自氣孔限制因素，可能與RuBP-Case活性的下降有關(guān)。

來(lái)源出版物：西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2014, 42(12): 29-38

入選年份：2014