全 文 ：第 16 卷 第 5 期
Vol. 16 No . 5
草地学报
ACTA AGRESTIA SINICA
2008 年 9 月
Sep. 2008
转 rstB基因苜蓿耐盐性初评(简报)
王玉祥1, 2 , 王涛2* , 张 博1, 2
( 1.新疆农业大学草地资源与生态重点实验室, 乌鲁木齐 830052;
2.中国农业大学农业生物技术国家重点实验室, 北京 100193)
关键词: 转基因苜蓿; 耐盐性; r stB 基因
中图分类号: S812 文献标识码: A 文章编号: 1007-0435( 2008) 05-0539-03
Research on Salt Tolerance of Alfalfa Transformed by rstB Gene
WANG Yu-x iang1, 2 , WANG T ao2* , ZHA NG Bo1, 2
( 1. Key Laboratory of Grassland Resource and Ecology of Xinjiang, Xinjiang Agricultural University, Urum qi 830052, China;
2. State Key Laboratory for Agrobiotech nology, Ch ina Agricu ltural U nivers ity, Bei jing 100193, China)
Key words: T ransgenic alfalfa; Salt tolerance; rstB gene
r stB 基因来源于费氏中华根瘤菌 ( S inor hi-
z obium f r edi i )耐盐菌株 RT 19。该基因可以使费
氏中华根瘤菌盐敏感突变体 RC3-3恢复耐盐性, 推
测该读码框编码的基因与渗透调节相关, 并命名为
rstB
[ 1]。r stB 基因核苷酸序列和蛋白序列在 NCBI
基因 Bank上同源性比对分析结果显示, r stB 基因
编码一糖基/苷转移酶, 属于糖基/苷转移酶第二家
族成员( g lycosy l t ransfer ase) ,该酶参与细胞壁的生
物学功能, 为多功能酶。糖基转移酶是糖基化过程
的关键酶, 它的表达和细胞周期密切相关。在细胞
分化阶段, 许多糖基转移酶的基因是表达的, 为此
出现了一系列糖类异质体作为分化抗原, 它可以催
化以尿苷二磷酸葡萄糖( UDP-g lucose)、尿苷二磷
酸-N-乙酰基-氨基半乳糖 ( UDP-N-acety-l galac-
to samine)、鸟苷二磷酸-N-乙酰基-甘露糖 ( GDP-
mannose)、胞嘧啶二磷酸-3-脱氧-D-岩藻糖( CDP-
abequose)等糖基为供体的转糖基反应, 其受体较
多,包括纤维素( cellulo se)、磷酸化的长醇( dolichol
phosphate)和磷壁酸质( teicho ic acids)等,也参与包
膜的形成[ 1, 2] 。
rstB 基因定位在细胞壁上, 是一个分泌型蛋
白,具有在根部表达(或积累)的偏好性[ 3, 4] , 属于细
胞壁缔合蛋白类成员。酵母双杂交筛选与 rstB 蛋
白互作的蛋白因子的试验结果显示, 互作蛋白中具
有典型细胞壁结构蛋白, 有参与胞外基质和胞内信
息转导、定位在细胞膜上的膜整合蛋白相似蛋白,有
类似于细胞壁缔合蛋白激酶胞内结构域(丝氨酸/苏
氨酸蛋白激酶)的蛋白,有参与次级代谢调控的一些
酶类,也有已经证明可以提高植物的耐盐性或是参
与超敏反应的蛋白[ 2, 7] 。但该基因的耐盐机理尚不
清楚,在植物上的应用很少。本试验选择转 r stB 基
因保定苜蓿的 F1代和未转 r stB 基因的保定苜蓿,
在不同盐浓度下进行发芽率和根系生长的观察, 旨
在进一步验证 rstB 基因的功能及其在苜蓿 F1 代的
遗传稳定性。
1 材料与方法
1. 1试验材料
材料为转入 r stB 基因的保定苜蓿 (下称转基
因苜蓿,即 F1)和未转入 rstB 基因的保定苜蓿 (下
称保定苜蓿, 即 BD) , 苜蓿种子由中国农业大学生
物技术国家重点实验室提供。
收稿日期: 2007-12-21; 修回日期: 2008-9-7
基金项目: 国家 863重大专项( 2006AA100109)资助
作者简介: 王玉祥( 1980- ) , 男, 在读硕士, 主要从事牧草遗传育种研究; * 通讯作者 Auth or for corresponden ce, E-mail: w an gt @
cau. edu . cn
草地学报 第 16卷
1. 2试验设计
随机区组[ 5] 试验设计, 设置 0%、0. 3%、0. 5%、
0. 7% ( NaCl的质量百分比) 4 个浓度, 各设 3 个重
复。选取籽粒饱满的转基因苜蓿亲本( F1)和保定
苜蓿种子在升汞中浸泡 10 min后, 用无菌水冲洗 2
~ 3次, 在超净工作台将种子种在供试浓度 1/ 2 MS
培养基的三角瓶中, 每瓶 3 粒, 3 个重复, 其中转基
因苜蓿 10瓶, 保定苜蓿 5瓶,在 16 h 光/ 8 h暗, 温
度 25 2的组培室培养 [ 6]。
1. 3测试项目
1. 3. 1发芽率 培养 1周后,统计发芽率:
发芽率( % ) = 第 7 d发芽总数/供试种子总数
100
1. 3. 2根长 培养 35 d 后, 测试根长(下胚轴以
下)。每个重复,转基因苜蓿随机选取 5 株, 保定苜
蓿 3株,共 96株。
1. 4数据处理
使用 Excel软件制作图表,通过 SPSS ( Stat is-
t ical Package for the Social Science)软件统计处理
数据,进行方差分析。
2 结果与分析
2. 1盐胁迫对苜蓿发芽率的影响
盐胁迫对苜蓿种子的发芽率有一定的影响。随
着盐浓度的增加, 供试发芽率都受到影响,其中保定
基因发芽率受到的抑制比较明显,尤其是在高盐胁迫
下。当含盐量为0. 5%和 0. 7%时,转基因苜蓿的发芽
率分别比保定苜蓿高 26%和32%,说明前者的发芽率
优于后者, rstB 基因可以提高苜蓿的耐盐性(图1)。
图 1 供试 NaCl浓度对苜蓿发芽率的影响
Fig. 1T he germination rate o f alfalfa in various
concentrat ions of NaCl
2. 2盐胁迫对苜蓿根系的影响
随着盐浓度的增加,转基因苜蓿和保定苜蓿的
根长均有变化。NaCl浓度不高于 0. 3%时, 二者差
异较小; 当盐浓度大于 0. 3%时, 根长差值逐渐增
大,当 NaCl浓度在 0. 5%时,二者根长差值为 2. 1
cm;当浓度达 0. 7%时, 差值增至 3. 6 cm。
图 2 供试 NaCl浓度对苜蓿根长度的影响
Fig. 2 T he average length o f alfalfa roo ts in various
concentrations of NaCl
2. 2. 1盐胁迫对苜蓿根长的影响
当 NaCl浓度小于 0. 5%时,转基因苜蓿和保定
苜蓿的根长差异不显著;当达到 0. 5%时, 二者差异
显著( P< 0. 05) ; NaCl浓度为 0. 7%时则差异极显
著 ( P< 0. 01) (表 1)。
表 1 转基因苜蓿和保定苜蓿根长比较
Table 1 Compar ison of the r oot o f transgenic
alfalfa wit h Baoding alfalfa
供试 NaCl浓度( % )
NaCl con cent rat ion( % )
转基因苜蓿
T ransgenic al falfa
保定苜蓿
Baodin g alfalfa
0 15. 3 1. 2Aa 15. 2 1. 2Aa
0. 3 14. 4 1. 6Aa 14. 3 1. 3Aa
0. 5 12. 7 1. 7Aa 10. 3 2. 2Ab
0. 7 9. 0 1. 7Aa 5. 2 1. 5Bb
注:不同小写字母间差异显著( P < 0. 05) ,不同大写字母间差异
极显著( P< 0. 01)
Note: Different sm all letters indicate signif icant dif feren ce at the
0. 05 level, diff erent capital let ters indicate signif icant ly dif f erent at
the 0. 01 level
2. 2. 2盐胁迫对苜蓿须根的影响
通过对比,盐浓度低于 0. 3%时,转基因苜蓿与
保定苜蓿根系的差异较小; 当盐浓度大于 0. 3%时,
差异显著( P< 0. 05)。其中, 前者的须根量及根尖
的完好程度均好于后者, 尤其盐浓度增加到 0. 7%
时,保定苜蓿根系生长明显受到抑制,根尖破损、褐
化,从而影响其养分吸收, 生长受到抑制, 而转基因
植株的根系发育良好, 受害症状很小,根尖完整。说
明其抗逆性优于非转基因苜蓿, rstB 基因能够提高
其抗逆性。
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第 5期 王玉祥等:转 r stB 基因苜蓿耐盐性初评(简报)
图 3 供试苜蓿须根比较
Fig. 3 Comparison o f alfalfa fibrous r oot s
A、B:盐浓度 0. 5%时根系; C、D:盐浓度 0. 7%时根系
A and B w ere alfal fa fibr ou s root s under th e st ress of 0. 5% NaCl; C and D w ere alfal fa fibr ou s root s under th e st ress of 0. 7% NaCl
3 讨论与结论
3. 1试验表明,盐胁迫对苜蓿种子的发芽率具有抑
制作用,尤其是在高盐胁迫下,对非转基因苜蓿的发
芽率抑制效果比较明显, 这与前人结果一致 [ 8, 9]。
转基因苜蓿和保定苜蓿的根长在含盐量不高于
0. 3%时, 二者差异较小; 而在含盐量为 0. 5%时, 则
二者差异显著( P< 0. 05) ;当含盐量达到 0. 7%时,
差异极显著( P< 0. 01)。结果说明,在一定的盐胁
迫下,转入 r stB 基因苜蓿的发芽率及根的长势都好
于非转入 r stB 基因苜蓿,转基因苜蓿耐盐性优于保
定苜蓿, 即 rstB 基因可以提高苜蓿的耐盐性, 并在
F1代里表现稳定。r stB 基因可以作为筛选标记基
因,提高生物的抗逆性。
3. 2在盐胁迫下, 非转基因苜蓿根系明显受到抑
制,根尖破损、褐化, 生长受到抑制,而转基因植株的
根系发育良好。一些研究表明[ 10, 11] ,抗盐性强的草
种在盐胁迫下植株的受害程度相对较小, 所以 r stB
基因能够提高植物的耐盐性。试验也表明, r stB 基
因参与了细胞的分化和生长, 它与植物细胞壁的缔
合提高了细胞的稳定性和抵抗胁迫冲击的能力, 及
其抗逆性。r stB 基因也可能与植株内在耐盐机制
协同作用, 使转基因植株总体耐盐能力增强。但
是,今后尚需对转 r stB 基因植株的生理代谢、细胞
结构和根的形态作进一步深入研究, 揭示其与植物
内源基因的互作性, 为转基因耐盐性研究提供科学
依据。
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(责任编辑 孟昭仪)
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