超表达植物H-PPase基因提高紫花苜蓿的抗逆性.pdfVIP

+ 超表达植物 H -PPase 基因提高紫花苜蓿的抗逆性 包爱科, 王锁民* (兰州大学草地农业科技学院, 兰州 730020) 摘要：紫花苜蓿在我国西北干旱半干旱地区农牧业生产和生态建设中发挥着极为重要的 作用。但由于其耐盐性和抗旱性不强，西北地区日益加剧的干旱和盐碱化已严重威胁着其人 工草地的产量。本研究通过农杆菌介导法，首次将拟南芥液泡膜 H+-PPase 基因 AVP1 成功 导入紫花苜蓿品种新疆大叶苜蓿中。通过 PCR 检测，获得了 19 个转基因系列；对其中 8 个 系列的 RT-PCR 分析表明，AVP1 基因在所有系列中都稳定表达，但表达水平因系列不同而 异。对AVP1 基因表达水平最高和最低的 2 个系列进行抗逆性检测，结果表明：与野生型相 比，转基因紫花苜蓿的耐盐性和抗旱性显著增强，这是因为AVP1 超表达提高了转基因紫花 苜蓿的液泡离子区域化能力，叶和根中积累了更多 Na+ + 2+ + 、K 和 Ca ，既减轻过量Na 对细胞 的毒害，又降低其渗透势，使植株能在干旱胁迫下保持较多的水分；同时，转基因紫花苜蓿 还表现出更强的耐瘠薄性，在缺磷条件下，其生物量和根冠比均显著高于野生型，这是因为 AVP1 超表达提高了转基因紫花苜蓿对磷的吸收能力，能够从低磷环境中吸收更多的磷。 关键词：紫花苜蓿；AVP1 基因；抗逆性；遗传转化 干旱和盐碱化是人类面临的世界性问题，也是制约作物和牧草产量的 2 个主要的环境因 子。特别在我国西北干旱半干旱地区，随着水资源的日益短缺，干旱和土壤盐碱化已成为该 地区的农牧业发展和生态环境的严重威胁。紫花苜蓿(Medicago sativa L.)是一种优良的豆科 牧草，在我国西北干旱半干旱地区农牧业生产和生态建设中发挥着极为重要的作用[1] 。然而， 很多紫花苜蓿品种的耐盐、抗旱能力普遍不高[2, 3]，在盐渍或灌溉不足条件下栽培难获高产。 培育具有较强耐盐性和抗旱性的紫花苜蓿新品种，是提高西北干旱半干旱地区紫花苜蓿人工 草地产量、节约灌溉以及利用大面积盐荒地的根本途径之一。传统的紫花苜蓿抗逆育种周期 长，且容易受到种内抗逆基因资源的限制[4]，基因工程技术的迅速发展为紫花苜蓿抗逆育种 提供了一个新的平台[5] 。通过转基因技术培育抗逆品种将是紫花苜蓿抗逆育种的一个重要的 发展方向。 研究表明，液泡膜 H+ + -pyrophosphatase (H -PPase)在植物离子区域化和生长素运输中有 着重要的作用，其编码基因在一些模式植物和重要农作物中的超表达显著提高了转基因植物 的耐盐、抗旱性[6, 7] [8] [9, 10] 以及耐瘠薄性 ，并能促进转基因植物的生长发育，提高其产量 ，表 明此类基因在改良植物抗逆性方面具有潜在的应用价值。但目前利用此类基因改良豆科牧 草、特别是紫花苜蓿的抗逆性还未见报道。因此本研究拟通过农杆菌介导法将拟南芥 + (Arabidopsis thaliana) H -PPase 基因 AVP1 导入紫花苜蓿中，最终获得耐盐性、抗旱性和耐 瘠薄性显著提高的转基因紫花苜蓿株系，从而为培育耐盐、抗旱、耐瘠薄的紫花苜蓿新品种 创造优异材料。 1 材料与方法 1.1 实验材料 1.1.1 植物材料 实验所用紫花苜蓿品种为新疆大叶，参照王强龙等[11] 的方法培养无菌苗，切取4 d 龄无 菌实生苗的下胚轴(2-4 mm)作为本研究的外植体。 1.1.2 农杆菌菌株及其所带质粒 所用农杆菌菌株为 GV3101，质粒为 pRG395 ，均由美国亚利桑那州立大学 Roberto A. Gaxiola 教授赠送。pRG395 质粒含有 NPT-II 基因、CaMV35S 双启动子、AVP1 基因以及 Nos