转ZmPIS基因提高高羊茅耐旱耐盐性研究

摘要

干旱与盐害严重影响植物的生长发育，造成作物的生长缓慢甚至死亡。植物在进化过程中形成了对干旱和盐害应答的复杂机制，通过多种信号途径来做出相应的抗逆反应。研究表明，磷脂酰肌醇信号途径(phosphatidylinositol pathway)在植物生长、发育和对环境胁迫应答过程中发挥重要的作用。磷脂酰肌醇合成酶(phosphatidylinositol synthase，PIS)以CDP-DG和myo-inositol为底物生成磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol，Ptdlns)，磷脂酰肌醇是真核细胞中主要磷脂成份之一，也是细胞中主要磷脂信号分子的前体。高羊茅(Festuca arundinacea Schreb)是异源六倍体的多年生冷季型牧草和草坪草，以其适应广泛，耐寒性强，耐热性好，抗病性强等优点成为倍受青睐的优质草种。本工作将从玉米中克隆的ZmPIS基因导入高羊茅植株，以转基因植株为材料分别进行干旱控水胁迫试验和盐胁迫试验，测定抗逆相关生理指标，分析通过ZmPIS基因转入提高高羊茅抗逆性的可能性，希望获得抗逆性显著提高的高羊茅育种新材料。 本工作首先对转ZmPIS基因(正义和反义)的高羊茅进行PCR检测和Southern杂交，证明了ZmPIS基因已经整合到高羊茅基因组中，获得了稳定的转基因高羊茅植株。然后以切成单芽的转ZmPIS基因和非转基因对照高羊茅无菌小苗为材料，在添加甘露醇和NaCl的培养基上培养。结果表明，转正义ZmPIS基因小苗的生长状态和增殖能力显著优于对照，而转反义ZmPIS基因小苗与对照相比差异不显著。 对盆栽高羊茅植株进行了耐旱耐盐性分析，从3个基因型的转基因株系中各选择4个株系(3个转正义ZmPIS基因株系，1个转反义ZmPIS基因株系)和未转基因对照株一同进行胁迫处理。 在干旱胁迫条件下，多数转正义ZmPIS基因植株的生物量和生长表型要明显优于对照的，并且转正义基因植株的相对含水量和叶绿素含量较高，细胞膜损伤和膜脂过氧化程度较轻，而转反义ZmPIS基因植株与对照相比差异不显著，可能是转正义基因植株具有较低的细胞溶质势从而使植株受干旱胁迫程度较轻。 在进行盐胁迫时，由于环境温度比较高，所以在用含350 mmol/LNaCl的Hoagland营养液浇灌15天后，转反义ZmPIS基因植株和对照植株的地上部分基本都已干枯变黄，而部分转正义ZmPIS基因株系花盆内仍有较多分蘖存活，并且多数转正义基因植株的脯氨酸含量和叶绿素含量比对照植株高，丙二醛含量比对照低，但转反义ZmPIS基因植株与对照相比差异不显著，可能是转正义基因植株细胞内积累了较多的溶质(脯氨酸等)，利于细胞对水分的吸收，从而降低了盐胁迫的伤害程度。 综上所述，通过对转基因高羊茅和对照植株的耐旱耐盐性测定，可以得出将玉米ZmPIS基因导入高羊茅，能够明显提高转基因高羊茅的耐旱和耐盐性，创造出了能抗御干旱、高盐的高羊茅新种质。并且，该工作为探讨渗透胁迫和磷脂酰肌醇信号传导途径的关系提高具有重要价值的资料。

目录

论文说明：符号说明

声明

第一章前言

1.1高羊茅的生物学特性及应用

1.2高羊茅抗逆研究进展

1.2.1植物抗旱、耐盐分子机制

1.2.2高羊茅抗旱、耐盐研究进展

1.3磷脂酰肌醇信号途径研究进展

1.3.1植物中肌醇磷脂信号途径与抗逆性的相关研究

1.3.2磷脂酰肌醇合成酶相关研究

1.4本工作的目的和意义

第二章材料与方法

2.1实验材料

2.1.1植物材料

2.1.2农杆菌菌株和质粒

2.1.3培养基

2.1.4药品、试剂和溶液

2.2实验方法

2.2.1转基因植株的分子生物学检测

2.2.2干旱胁迫处理

2.2.3盐胁迫处理

2.2.4植株生理参数的测定方法

第三章结果与分析

3.1转基因植株的PCR和Southern杂交检测

3.2转基因高羊茅的耐旱性分析

3.2.1组织培养材料的耐旱性检测

3.2.2盆栽植株的耐旱性测试

3.2.3控水干旱胁迫对高羊茅生理参数的影响

3.3转基因高羊茅的耐盐性分析

3.3.1无菌小芽耐盐性检测

3.3.2盆栽植株的耐盐性分析

讨论

参考文献

致谢