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Cotton APX Gene Enhances Stress Tolerance of Cichorium intybus

导入APX基因提高了普那菊苣植株的抗逆性



全 文 :第20卷 第1期
 Vol.20  No.1
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
   2012年  1月
  Jan.  2012
导入APX基因提高了普那菊苣植株的抗逆性
张丽君1,2,程林梅1,杜建中1,王亦学1,郝耀山1,李贵全2*,孙 毅1,2*
(1.山西省农业科学院生物技术研究中心,山西 太原 030031;2.山西农业大学,山西 太谷 030081)
摘要:采用农杆菌介导的方法,把CaMV35S启动子驱动的来自棉花(Gossypiumspp.)的抗坏血酸过氧化物酶
(ascorbate peroxidase,APX)基因导入普那菊苣(Cichorium intybus L.cv.Puna)。结果表明:经过卡那霉素(Km)筛
选和对抗性植株的PCR和Southern杂交分析,证明APX基因成功地整合到普那菊苣基因组中。转APX基因普
那菊苣植株对NaCl和甘露醇胁迫表现出一定的抗性,在NaCl浓度为500mmol·L-1、甘露醇浓度为30g·L-1的
条件下,转APX基因不定芽能够正常生根和生长,转基因植物叶片外植体能够形成愈伤组织和再生植株,而野生
型植株不定芽不能正常生根、已生根幼苗不能正常成长,野生型植株叶片不能形成愈伤组织。
关键词:普那菊苣;农杆菌介导;遗传转化;抗逆性
中图分类号:Q943.2    文献标识码:A     文章编号:1007-0435(2012)01-0152-07
Cotton APXGene Enhances Stress Tolerance of Cichorium intybus
ZHANG Li-jun1,2,CHENG Lin-mei 1,DU Jian-zhong1,WANG Yi-xue1,
HAO Yao-shan1,LI Gui-quan2*,SUN Yi 1,2*
(1.Biotechnology Research Center,Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan,Shanxi Province 030031,China;
2.Shanxi Agriculture University,Taigu,Shanxi Province 030081,China)
Abstract:The cotton APXgene was transferred into Cichorium intybus L.cv.Puna by Agrobacterium-
mediation.The transgenic chicory plants were first screened by Kanamycin then detected by both PCR and
Southern blot approaches.Effects of both sodium chloride and mannitol on chicory cali and seedling
growth were studied.Results indicated that transgenic Puna chicory explants could formed cali and grew
into normal seedlings on medium containing 500mmol·L-1 NaCl and 30g·L-1 mannitol,while non-
transgenic explants could not form calus on the same medium.
Key words:Cichorium intybus L.cv.Puna;Agrobacterium-mediated;Genetic transformation;Stress
tolerance
  土地盐碱化是限制农业生产的一个重要因素。
中国盐碱地分布于23个省、市、自治区,总面积达
2.7×107 hm2。随着工业化进程的加快,灌溉水质
量不断下降,土地盐碱化、沙漠化速度仍在加
快[1~3]。传统农业采用一些耕作方法试图改变耕地
的盐碱环境,这种治理技术耗费了大量的资金和水
资源,且收效甚微[4,5]。对农作物品种进行改良,使
之能够耐受土壤中一定量的盐碱,并获得较好的产
量是人类应对土壤盐碱化的另一种手段,但鉴于种
质资源匮乏,育种工作进展缓慢。近30年来兴起的
生物技术为农作物耐盐碱育种提供了新的途径,通
过导入功能基因获得耐盐转基因作物品种的研究已
取得了一定的进展[6]。近年来,抗逆基因工程的研
究重点逐步转向与逆境胁迫相关的调控基因[7]。转
录因子大多与生物和非生物胁迫下抗逆基因的表达
调控相关,已成为逆境胁迫信号调控网络研究的重
点之一[8]。Tang等[9]将麻疯树(Jatropha curcas
L.)的JcERF(Jatropha curcas ethylene resposive
factor)基因在拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)中
过量表达,提高了拟南芥的抗盐性和抗冻性。近期
有 研 究 表 明,马 铃 薯 (Solanum tuberosum )
StEREBP1(Solanum tuberosum ethylene-respon-
sive element binding proteins)基因的过量表达可
诱导下游抗性基因表达,并提高转基因马铃薯对高
收稿日期:2011-04-11;修回日期:2011-07-21
基金项目:国家转基因生物新品种培育重大专项(2009ZX08003-017B);山西省农科院攻关项目(Ygg0912)资助
作者简介:张丽君(1981-),女,河北行唐人,博士研究生,研究方向为植物遗传育种,E-mail:lijun.zhang911@163.com;*通信作者 Author
for correspondence,E-mail:li-gui-quan@126.com;sunyi692003@yahoo.com.cn
第1期 张丽君等:导入APX基因提高了普那菊苣植株的抗逆性
盐和低温胁迫的耐受力[10]。
抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,
APX)是利用抗坏血酸(ascorbic acid,AsA)为电子
供体的 H2O2 的清除剂。APX 基因的表达与逆境
密切相关,可以清除逆境产生的自由基,因而向植物
中转人APX 基因,有可能提高植物的抗逆性。提
高植物体内 APX蛋白活性,可以减轻活性氧对光
合结构的破坏[11]。目前,对 APX蛋白的分子生物
学研究进展非常迅速,已经有人从多种植物材料克
隆APX 基因并得到其核酸和氨基酸序列信息。
Kornyeyev等[12]获得了转叶绿体APX 基因的棉花
(Gossypiumspp.)植株,APX 在植物体内过量表
达,其叶片中APX活性比野生型的提高5倍。王庆
斌等[13]获得了转APX 基因的水稻(Oryza sativa
L.)植株并研究其功能,发现转APX 基因植株中可
能表达APX的相关蛋白,可以抵抗甲基紫精的氧
化胁迫,有效保护膜系统。Wang等[14]获得的转
tAPX烟草(Nicotiana tabacum L.)植株,其 APX
活性明显提高,抗低温的能力也增强。Charles
等[15]在研究大豆(Glycine max(L.)Merr.)cAPXs
中观察到,APX的转录、翻译和翻译后调控可能增
强农作物抵抗环境胁迫的能力。
普那菊苣(Cichorium intybus L.cv.Puna)属菊
科菊苣属多年生草本植物,是一种营养丰富的牧草,
同时具有药用和食用价值。目前我国对于普那菊苣
的研究多集中在其栽培技术,生理生化和药用价值
方面[16],有关普那菊苣基因转化和抗逆性方面的研
究报道较少[17,18]。本试验通过对普那菊苣的遗传
转化,试图通过增强来自棉花植株体内抗坏血酸过
氧化物酶基因APX 在转化体内的表达水平,以提
高转化体植株的抗逆性。这对深入了解 APX的功
能和利用基因工程手段提高植物对氧化胁迫抗性的
研究具有一定的意义。
1 材料与方法
1.1 材料和方法
供试植物材料为普那菊苣(2n=2x=18),由山
西农科院畜牧兽医研究所提供。APX 基因载体由
中国科学院微生物所田颖川课题组提供,质粒名称
为pBin438-APX;启动子:CaMV35S,终止子:Nos。
农杆菌菌株是LBA4404,筛选标记基因为卡那霉素
(Km)和利福平(rif)。PCR扩增检测所用引物序
列:正 向 引 物 1:5′-ggatccgccaccatgggaaccaagtgt-
tacccaactg-3′,反 向 引 物 2:5′-gtcgacttatgcatcag-
caaatcc-3′,产物片段长度为750bp。
分化培养基 MS1:MS+IAA 2.0μmol·L
-1
+ KT 5.0μmol·L
-1+CH 100mg·L-1+3%蔗
糖+0.7%琼脂;
共培养培养基 MS2:MS+IAA 2.0μmol·L
-1
+KT 5.0μmol·L
-1+CH 100mg·L-1+3%蔗
糖+0.7%琼脂;
筛选培养基 MS3:MS1+Km 60mg·L-1+
cef 1000mg·L-1+3%蔗糖+0.7%琼脂;
筛选培养基 MS4:MS1+Km 40mg·L-1+
cef 1000mg·L-1+3%蔗糖+0.7%琼脂;
生根培养基 MS5:MS+IBA 0.2mg·L-1+
Km 80mg·L-1+cef 1000mg·L-1+3%蔗糖+
0.6%琼脂;
LB培养基:胰蛋白胨10g·L-1+酵母提取物
5g·L-1+NaCl 10g·L-1+琼脂15g·L-1,pH
7.0。
外植体培养在25~28℃条件下,光照强度为
1300~1500lx,光照时间为每天16h。每培养皿20
个外植体,重复5次。
1.2 农杆菌介导转化方法
取培养3~4周的无菌苗叶片(1cm×1cm)为
外植体,在分化培养基 MS1上预培养2~3d。在含
有50mg·L-1 Km和20mg·L-1 rif的LB平板
挑取含APX基因的农杆菌单菌落,接种于10mL
含有50mg·L-1 Km和20mg·L-1 rif的LB中,
于28℃,180r·min-1过夜培养至对数中期(OD600
约为0.4~0.6)。将预培养2~3d的外植体在上述
菌液中浸泡8~10min后,置于无菌滤纸上吸干多
余菌液,然后在共培养培养基 MS2上共培养2~3
d,保持温度28℃。共培养后的材料转入添加头孢
霉素(cef)的筛选培养基 MS3中培养2周,再转入
筛选培养基 MS4中培养4周左右。最后将Km抗
性再生苗在生根培养基 MS5中进行生根培养,并将
生根植株移栽花盆中[19,20]。
1.3 Km抗性植株的PCR分析和Southern杂交
分析
取培养3~4周的植株叶片,用CTAB法[21]提
取植物DNA,以野生型植株为阴性对照,进行PCR
扩增检测。将PCR扩增结果为阳性的转基因普那
菊苣植株的基因组DNA用HindⅢ酶切消化并进
351
草 地 学 报 第20卷
行琼脂糖凝胶电泳、转膜和杂交,分子探针为用Dig
-dNTP标记的APX基因片段。
1.4 转基因植株的抗逆性
1.4.1 抗盐性模拟试验 普那菊苣盐胁迫处理方
法:选取未转化苗和已鉴定含有APX 基因的5个
T0 代转基因株系,分别做以下处理:
①诱导得到其愈伤组织(愈伤组织编号与其外
植体转基因株系编号相同)每组处理20块,设5组
重复;②取1cm左右的芽尖组织(芽尖组织编号与
其外植体转基因株系编号相同)分别在正常 MS和
含不同浓度NaCl的 MS固体培养基上光照培养30
d,观察叶片和根的生长情况每组处理5个,设5组
重复;③已生根20d的植株(与其外植体转基因株
系编号相同)分别在正常 MS和含不同浓度 NaCl
的 MS固体培养基上光照培养30d,观察叶片和根
的生长情况,每组处理5个,分别在含有100,300,
500,700,900mmol·L-1 NaCl的 MS固体培养基
上光照培养(25℃,12h光照,12h黑暗),每处理5
组重复。
选取在实验室抗性试验中表现较好的T0 代转
APX基因5个阳性株系的植株幼苗扩繁,将在 MS
培养基中生长20d的幼苗移栽至直径10cm、高10
cm的塑料营养钵中,蛭石作基质,培养30d左右,
然后移栽至花盆当中,2周后进行盐胁迫处理。试
验设5个处理,NaCl浓度为100,300,500,700,900
mmol·L-1,以蒸馏水为对照。将不同浓度的NaCl
溶液浇灌在蛭石上,每5d浇一次,每次浇灌5L
水。每组处理20株,设3组重复,光照培养30d,观
察植株的生长情况。
1.4.2 抗旱性模拟试验 普那菊苣旱胁迫处理方
法与盐胁迫处理方法一致:选取已鉴定有APX 基
因的5个T0 代转基因株系,分别做以下处理:
①诱导得到其愈伤组织(愈伤组织编号与其外植
体转基因株系编号相同)每组处理20块,设5组重
复;②取1cm左右的芽尖组织(芽尖组织编号与其外
植体转基因株系编号相同)每组处理5个,设5组重
复;③已生根20d的植株(与其外植体转基因株系编
号相同)每组处理5个,分别在含有10,20,30,40,50
g·L-1甘露醇的 MS固体培养基上光照培养(25℃,
12h光照,12h黑暗),每处理5组重复。
选取在实验室抗性试验中表现较好的T0 代转
APX 基因5个阳性株系的幼苗扩繁,将在 MS培养
基中生长20d的幼苗移栽在直径10cm、高10cm
的塑料营养钵中,蛭石作基质,培养30d,移栽至花
盆中,2周后进行旱胁迫处理。试验设5个处理,甘
露醇浓度为10,20,30,40,50g·L-1,以蒸馏水为
对照。将不同浓度的甘露醇溶液浇灌在蛭石上,每
5d浇1次,每次浇灌5L水。每组处理20株,设3
组重复,光照培养30d,观察植株生长情况。
1.5 生理指标的测定
转基因植株与野生型植株选取同一苗龄的组培
苗,用500mmol·L-1 NaCl和30g·L-1甘露醇浸
泡处理24h后,观察其抗性表现,并对其SOD,POD
活性以及 MDA含量进行测定[22]。
1.6 数据分析
采用DPS 7.05软件进行方差分析,显著水平
为0.01。
2 结果与分析
2.1 转APX基因植株的获得和鉴定
经转化处理的外植体在筛选培养基上培养约1
个月后,有许多无法再生,或产生的再生芽在随后的
培养中白化死亡。将经60mg·L-1 Km筛选而再
生成的抗性芽接种在含有80mg·L-1 Km的生根
培养基上培养,1周后即可观察到白苗的产生。
用标记基因APX的特异引物对Km阳性的普
那菊苣植株DNA进行PCR检测,共有15株扩增
出预期大小(750bp)的片段,野生型植株没有扩增
出该片段,初步证明APX 基因已成功地转入普那
菊苣。为明确外源APX基因在普那菊苣基因组中
的整合拷贝数,对部分 PCR 鉴定阳性植株的总
DNA,酶切后产物进行电泳转膜,以标记的APX 基
因探针与其进行Southern杂交。结果发现1株有2
条杂交带,4株各有1条杂交带,1株有3条杂交带,
野生型植株无杂交信号,这表明外源基因已整合到
普那菊苣基因组中,且外源基因多以单拷贝形式插
入(图1)。
2.2 转基因植株的抗性
2.2.1 普那菊苣在NaCl胁迫下的生长 NaCl胁
迫下外植体的表现如图2所示,野生型植株和转基
451
第1期 张丽君等:导入APX基因提高了普那菊苣植株的抗逆性
图1 转基因植株的Southern blot鉴定
Fig.1Southern blotting of transgenic plants
注:CK+:阳性对照;CK-:阴性对照;1~6:转基因植株
Note:CK+:Positive control;CK-:Negative control;
1~6:Transgenic plants
因植株在正常 MS培养基上的生长状态基本相似,
转基因苗的叶片颜色更为浓绿,根、茎也更加粗壮一
些。转基因外植体在NaCl胁迫下的出愈率和分化
芽数明显高于野生型(表1)。野生型外植体在含有
100mmol·L-1 NaCl的 MS固体培养基上可以形
成愈伤组织,并形成芽点,但出芽率明显低于对照
MS培养基上的;NaCl浓度增加到500mmol·L-1
时,野生型外植体不能形成愈伤组织并且叶片呈现
淡黄色,随着NaCl浓度的继续增加,野生型外植体
变黄并死亡,转基因外植体可以继续形成愈伤组织。
当NaCl浓度增加到900mmol·L-1时,转基因外
植体仍然可以形成愈伤组织,但是已经不能形成芽
点。普那菊苣未生根幼苗在 NaCl胁迫下,野生型
幼苗叶片随着NaCl浓度的增加不仅从颜色上由墨
绿色渐变为黄色,叶片也由原来的平展伸直变为卷
曲变形以致幼叶不能正常生长;500mmol·L-1的
NaCl是野生型幼苗可以承受的最大浓度,在此浓度
下野生型幼苗叶子呈现黄绿色、卷曲、变形,不能正
常生根。转基因普那菊苣植株的叶片面积在盐胁迫
下虽然也有一定程度的缩小,但是仍然能够较为正
常地生长,叶片也依然浓绿,且能够正常生根。根据
统计分析结果可以看出,转基因外植体的耐盐性显
著高于野生型外植体(P<0.01)。在对5个转基因
普那菊苣株系幼苗的观察中发现,它们对 NaCl浓
度的耐受力也存在着一些微小的差异,可能与外源
基因的拷贝数和插入位点有一定的关系。
将含有APX 基因的普那菊苣T0 代转基因阳
性植株进行盆栽,并作NaCl处理,结果与实验室结
果一致。当 NaCl浓度为500mmol·L-1时,转基
因的20株幼苗全部可以存活,胁迫解除后可正常生
长;野生型植株则大部分死亡。
2.2.2 普那菊苣在甘露醇胁迫下的生长 甘露醇
胁迫下对普那菊苣外植体的影响结果与NaCl下胁
迫下的结果类似:普那菊苣已生根幼苗在含有甘露
醇的培养基上,随着甘露醇浓度的增加,野生型幼苗
叶片卷曲变形,严重失绿,幼叶完全不能够正常伸
展,根部基本褐化坏死。在同样胁迫条件下,转基因
普那菊苣的叶片变得窄而细,但是仍然能够正常生
长,叶片也依然浓绿,能够生成较为发达的根系。转
基因普那菊苣根长在1.56~4.31cm范围内,平均
2.89cm;根重在2.47~6.91g范围内,平均4.14
g;鲜重在15.96~18.21g范围内,平均16.37g;而
野生型平均根长0.2cm,平均根重0.07g,平均鲜
重5.98g。转基因普那菊苣各株系的根长、根重,地
上部分的净增鲜重明显高于野生型。甘露醇浓度为
30g·L-1是野生型幼苗可以承受的最大浓度。不
同株系的转基因普那菊苣幼苗对甘露醇浓度的耐受
力也存在着一些微小的差异,这可能与外源基因的
拷贝数和插入位点有一定的关系。
将普那菊苣含有APX 基因的T0 代转基因株
系进行盆栽,并用甘露醇处理,结果与实验室结果一
致。当甘露醇浓度为30g·L-1时,转基因的20株
幼苗全部可以存活,但叶片呈萎蔫状,胁迫解除后可
正常生长;野生型植株则大部分叶片枯黄死亡。
2.3 NaCl、甘露醇对普那菊苣组培苗SOD,POD活
性和 MDA含量的影响
MS培养基中添加300mmol·L-1的 NaCl对
15株转基因植株和15株野生型植株进行胁迫生长
15d。选取叶片表现为深绿色、植株生长正常、根长
在3~4cm的转基因植株5株和野生型植株1株,
进行生理指标测试。试验结果显示,在受到一定浓
度的NaCl、甘露醇的胁迫下,SOD和POD的活性
增强,说明NaCl、甘露醇胁迫诱导了这些酶活性的
增强,从而抵御逆境胁迫下氧自由基的伤害,转基因
株系的这2个酶活性明显高于野生型的,而 MDA
含量明显低于野生型的(表2),其原因可能是由于
转基因株系中APX 基因能力提高,从而提高了逆
境胁迫下的生长适应能力,这也说明 APX在转基
因株系中得到了表达,转基因株系可以延缓株系的
衰老。
551
草 地 学 报 第20卷
图2 普那菊苣在NaCl胁迫下的转基因与非转基因外植体的表现
Fig.2 Puna chicory transgenic explants and seedlings under the NaCl stress compared with non-transgenic ones
注:A:转基因植株叶片在300mmol·L-1 NaCl培养基上;B:野生型植株叶片在300mmol·L-1 NaCl培养基上;C:转基因幼苗在300
mmol·L-1 NaCl培养基上;D:野生型植株幼苗在300mmol·L-1 NaCl培养基上;E:转基因幼苗在300mmol·L-1 NaCl培养基上;F:野生
型植株幼苗在300mmol L-1 NaCl培养基上;G:500mmol·L-1 NaCl胁迫下转基因幼苗的生长状况;H:500mmol·L-1 NaCl胁迫下野生型
植株幼苗的生长状况
Note:A:Leaf segments of transgenic seedlings under 300mmol·L-1 NaCl stress;B:Leaf segments of wide type seedlings under 300mmol
·L-1 NaCl stress;C:Transgenic seedlings growing under 300mmol·L-1 NaCl stress;D:Wide type seedlings growing under 300mmol·L-1
NaCl stress;E:Roots of transgenic seedlings under 300mmol·L-1 NaCl stress;F:Roots of wide type seedlings under 300mmol·L-1 NaCl
stress;G:Transgenic seedlings under 500mmol·L-1 NaCl stress;H:Wide type seedlings under 500mmol·L-1 NaCl stress
表1 不同NaCl浓度组合对种子出芽数、愈伤诱导和芽分化的影响
Table 1 Effects of NaCl on calus induction and buds differentiation
NaCl浓度
Concentration/mmol·L-1
种子出芽数 No.of buds 愈伤组织数 No.of calus 分化芽数 No.of seedling
均值±标准差 Mean±SD 均值±标准差 Mean±SD 均值±标准差 Mean±SD
100  26.52±1.66B  14.52±1.97A  21.71±2.52B
300  3.09±2.21C  7.57±1.67B  13.97±1.13C
野生型
Wide type
500  0±0D  1.73±0.98D  2.06±0.74DE
700  0±0D 0±0D  0±0E
900  0±0D 0±0D  0±0E
100  29.27±2.29A  16.83±1.53A  26.57±4.47A
300  11.14±3.89B  15.22±1.62A  19.61±3.77B
转基因
Transgenic
500  6.12±1.21C  5.32±1.66BC  9.60±1.80CD
700  0±0D  2.16±1.02CD  4.75±2.49DE
900  0±0D  1.31±0.46D  2.48±1.14E
  注:不同大写字母之间表示差异极显著(P<0.01),下同
Note:Different capital letters mean significant difference at the 0.01level,the same as below
3 讨论与结论
对于农作物而言,土壤中溶解过量的盐会妨碍
矿质营养及水分的吸收,产生渗透胁迫,作物被迫吸
收盐离子,由于盐离子的毒害作用,造成活性氧等自
由基产生和修复系统的动态平衡被破坏,启动了膜
脂过氧化或膜蛋白过氧化作用,造成膜脂或膜蛋白
损伤,从而破坏膜结构,使质膜透性增加,此时植物
活性氧清除酶系统的基因在胁迫下会受到激活,
其中APX基因能力会提高,从而提高了盐胁迫下
651
第1期 张丽君等:导入APX基因提高了普那菊苣植株的抗逆性
图3 甘露醇胁迫下非转基因和转基因幼苗生长状况
Fig.3 Growth of transgenic and non-transgenic seedlings under mannitol stress
注:A:野生型植株幼苗在30g·L-1甘露醇胁迫下的生长;B:转基因幼苗在30g·L-1甘露醇胁迫下的生长;C:30g·L-1甘露醇胁迫下
野生型植株幼苗根的生长情况;D:30g·L-1甘露醇胁迫下转基因幼苗根的生长情况;E:以30g·L-1甘露醇处理的转基因植株;F:以30
g·L-1甘露醇处理的野生型植株
Note:A:Wide type seedlings under 30g·L-1 mannitol stress;B:Transgenic seedlings under 30g·L-1 mannitol stress;C:Roots of wide
type seedlings under 30g·L-1 mannitol stress;D:Roots of transgenic seedlings under 30g·L-1 mannitol stress;E:Transgenic plants with
addition of 30g·L-1 mannitol;F:Wide type with addition of 30g·L-1 mannitol
表2 盐胁迫对普那菊苣SOD,POD酶活性和 MDA的影响
Table 2 Effects of NaCl stress on the SOD,POD activity,and MDA of leaves in chicory plants
株系
Line
SOD/U·g-1FW  POD/U·g-1FW  MDA/μmol·g-1FW
均值±标准差 Mean±SD 均值±标准差 Mean±SD 均值±标准差 Mean±SD
CK  15.85±6.95D  30.53±4.09D  27.21±0.89A
11  36.71±3.07CD  37.62±1.94D  14.25±0.58B
13  68.31±4.96B  75.61±7.25B  7.18±0.68D
23  103.83±12.76A  99.99±2.81A  4.23±1.08D
103  45.63±3.76BC  57.44±2.91C  11.54±0.88C
501  45.89±3.72BC  86.93±3.77A  9.56±0.36C
生长适应能力。研究表明,盐分对植物生长的抑制
机理是一个复杂的问题,涉及到渗透胁迫、离子胁迫
等方面,但植物也可通过积累可溶性物质进行渗透
调节,以及提高各种抗氧化酶的活性等适应机制来
提高植株抗盐性[23~25]。普那菊苣是多年生草本植
物,易于生长和转化。本研究利用农杆菌介导法,导
入APX基因,在以普那菊苣为受体的转化体系中,
抗性芽主要从叶片当中产生,在以茎段为受体的转
化体系中,茎段组织容易发生褐化现象,不易获得转
化植株。表明叶片是普那菊苣遗传转化的理想外植
体。对抗性植株的总 DNA 进行PCR检测,有15
株为阳性。Southern杂交结果证实,外源基因多以
单拷贝整合到普那菊苣的基因组中。转APX 基因
植株的获得将有望得到高耐盐普那菊苣新品种。
较高的选择压能很好的防止假阳性的产生,但
也会极大地影响芽的分化和小苗的生长,并且得到
的小苗不容易成活,这样即使得到转化苗,也很难使
其成活。适中浓度的选择压虽然可能得到一些假阳
性苗,但对转化苗的生长影响不大,所得到的转化苗
容易成活[26]。即用 Km作为普那菊苣遗传转化的
选择压时,应在生芽培养基中加入60mg·L-1的
Km进行筛选,在以后的继代培养基中依次加50
mg·L-1,40mg·L-1的Km,并一直维持40mg·L-1
Km的水平,在生根培养基中加入80mg·L-1 Km
进行选择,以使Km维持在较适应浓度进行选择,既
能在一定程度上对转化植株进行选择,又尽可能少
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草 地 学 报 第20卷
的对转化植株造成伤害。菊苣外植体生根的Km极
限浓度为100mg·L-1以上,但初期不能直接加入
100mg·L-1 Km,如果初期外植体用高浓度Km筛
选,外植体不但不能产生愈伤组织组织及不定芽,而
且会很快变白死亡。
对转APX基因普那菊苣植株在组织培养和盆
栽条件下进行胁迫试验显示,NaCl、甘露醇胁迫下
不但可以降低普那菊苣愈伤组织的出愈率和出芽
率,而且对普纳菊苣幼苗的生长发育以及根长等都
产生影响。在盐、旱胁迫下,普那菊苣的上述指标都
产生了变化,不同指标变化趋势不同,且不同株系间
存在着一些微小的差异。本试验表明,在逆境胁迫
和非逆境胁迫下转基因植株的生长状态均优于野生
型植株;在逆境胁迫下转基因普那菊苣的出愈率、出
芽率、叶片和根茎都优于野生型,且植株死亡率小;
野生型普那菊苣的叶片和根部褐化都较为严重。其
中,死亡率、叶片和根长都与NaCl、甘露醇浓度呈现
一定的变化关系,即与NaCl、甘露醇浓度相关,这说
明盐、旱胁迫对其影响显著。在对不同转基因普那
菊苣株系胁迫试验的观察中发现,不同株系间存在
着一定的差异。添加 NaCl浓度500mmol·L-1、
甘露醇浓度30g·L-1对SOD,POD活性和 MDA
含量的变化研究表明,增加渗透压处理后的试管苗
SOD,POD活性较野生型高,MDA 含量较野生型
低,说明在盐、旱胁迫下,转基因植株能发生生理代
谢的协调变化以降低逆境对普那菊苣植株细胞膜系
统的伤害,增强保护酶的活性,从而增强植株对环境
的抗逆性。在自然界植物很少遭受单一的环境胁
迫,而更多的是同时或相继经受多种环境胁迫,因
而研究植物对于不同逆境的生理响应尤为重要。
本研究首次将来自棉花植株体内抗坏血酸过氧
化物酶基因-APX 基因导入普那菊苣植物体内,获
得了转APX基因的普那菊苣植株。转基因普那菊
苣植株叶片中SOD和POD活性明显提高,MDA
含量降低,抵抗盐、旱能力明显增强,从而能够增强
普那菊苣抵抗逆境胁迫的能力。
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(责任编辑 李美娟)
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