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Clustal W方法對PeXTH及其他5種同源蛋白進(jìn)行多重氨基酸序列比對分析；將PeXTH基因的全長cDNA克隆到植物表達(dá)載體pGreen0029上，并通過農(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)時熒光定量PCR（Real-time PCR）方法，檢測T0代和T1代煙草中PeXTH基因的表達(dá)水平，從而確定轉(zhuǎn)基因陽性株系。在此基礎(chǔ)上，通過比較100 μmol/L Cd2＋脅迫處理15 d對轉(zhuǎn)基因煙草陽性株系和野生型株系的生長表型、葉片細(xì)胞膜透性、根和葉組織中Cd2＋含量、葉片營養(yǎng)元素含量以及抗氧化酶活性的影響，來綜合評價(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基因的開放閱讀框（ORF）長867 bp，含ATG起始密碼子和TAG終止密碼子，編碼一個由288個氨基酸組成的蛋白；多重氨基酸序列比對結(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檢測結(jié)果表明，PeXTH基因已經(jīng)成功在2個T1代轉(zhuǎn)基因煙草株系（L6和L14）中過表達(dá)；Cd2＋脅迫后，野生型煙草的生長受到明顯抑制，而轉(zhuǎn)基因煙草的根和葉均沒有明顯的受損癥狀；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電導(dǎo)率顯著低于野生型，但抗氧化酶（SOD、CAT、APX）活性、營養(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增加根組織細(xì)胞壁對Cd2+的區(qū)隔能力而將大量的Cd2＋積累在根部，避免過多Cd2+向地上轉(zhuǎn)運(yùn)，從而保證煙草地上部分營養(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：隨著我國人口的日益增長，稻米的供給已難以滿足人們的需求。為了解決這一問題，氮肥的使用便成為水稻豐產(chǎn)的一項(xiàng)有效措施，但由于氮肥的長期使用不僅降低了水稻對氮肥的利用效率，而且易造成環(huán)境污染，因此，國內(nèi)外許多研究人員開展了對水稻種質(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：采用水培法對前期參試的119個水稻品種進(jìn)行培養(yǎng)，苗齡達(dá)2葉期時，改用低氮（1/15N）水稻營養(yǎng)液（營養(yǎng)液配方除NH4NO3的濃度有變化外，其他均參照國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葉期時采樣，用天平稱量水稻單株干物質(zhì)質(zhì)量，根據(jù)單株干物質(zhì)質(zhì)量劃分等級，從中篩選出氮高效與氮低效水稻品種各4個；采用水培法對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葉期時將其移栽并固定于桶中，改用正常供氮（1N）和低氮（1/12N）營養(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)測定葉綠素含量、活體法測定硝酸還原酶活性、考馬斯亮蘭法測定可溶性蛋白質(zhì)含量，同時采用Li-6400型光合儀測定光合生理特性，并用直尺測定根系長度及植株高度、用天平測定植株質(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，但根系長度明顯偏短，且氮高效與氮低效水稻品種間株高、根長無顯著差異。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）的下降并非來自氣孔限制因素，可能與RuBP-Case活性的下降有關(guān)。

來源出版物：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