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1.
ATP是构建类似C4水稻的重要限制因素 总被引：2，自引：0，他引：2
为了分析ATP是否是转PEPC+PPDK基因水稻或转 PEPC+PPDK+ME基因水稻CO2浓缩过程的限制因素,以原种和不同转C4光合酶基因水稻为材料,测定了C4光合酶活性、光合速率以及活性氧代谢有关指标,结果表明:原种中具有全套的C4光合酶,但活性很低,而不同转C4光合酶基因水稻高表达了相应的C4酶活性.在高光条件下,与原种相比较,转PPDK基因水稻的光合速率未增加;转ME基因水稻的光合速率降低了6.1%;转PEPC+PPDK双基因水稻与转PEPC基因水稻相近.ATP和ATP激活剂NaHSO3处理后,可显著提高转PEPC+PPDK双基因水稻和转PEPC+PPDK+ME基因水稻的光合放氧速率,达到玉米的80.7%,显现出类似C4的光合特点,表明ATP是构建类似C4水稻的重要限制因素.光氧化条件下,转PEPC+PPDK+ME基因水稻的耐光氧化能力得到进一步的增强.这些结果为构建C4水稻提供了技术途径. 相似文献
2.
转玉米C4光合酶基因水稻株系中的光合C4微循环 总被引：9，自引：0，他引：9
用转PEPC、PPDK、NADP-ME、PEPC PPDK等酶基因的水稻株系及原种野生型(WT)为材料, 研究了不同基因型水稻叶片中的C4光合微循环及其功能.用外源OAA或MA饲喂叶切片或离体叶绿体后,光合放氧速率在野生型水稻中增加了50%,在NADP-ME-和PPDK-转基因水稻中增加了50%～54%,在PEPC-和 PEPC PPDK-转基因水稻中增加了100%～150%.证明原种水稻Kitaake叶片中具有一个原初的和有限的C4光合微循环,除PPDK基因、NADP-ME基因外,外源PEPC基因或PEPC PPDK双基因导入原种水稻Kitaake后,可大幅度提高C4光合微循环的运行.水稻中C4光合微循环的增强有降低光呼吸速率(Pr)、增加净光合速率(Pn)的作用,在光能利用上,可增加PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭(qp)、降低非光化学猝灭(qN)的作用;这些结果为转C4光合酶基因水稻中建立C4微循环系统来提高光合作用效率的可能性提供了依据. 相似文献
3.
为探究干旱胁迫对转玉米高光效基因ZmPEPC与ZmPPDK拟南芥的影响,本研究选用2个转PEPC基因株系(PC90,PC73),2个转PPDK基因株系(PK17,PK26),1个转PEPC+PPDK基因株系(PCK110)和对照株系(GLC)为试验材料。在幼苗期分别用150mmol/L和250mmol/L甘露醇(Mannitol)模拟干旱胁迫处理,测定幼苗根长,结果显示,在胁迫处理下,转PEPC、PPDK和PEPC+PPDK基因拟南芥幼苗的平均相对根长分别较对照增加了43.8%,48.4%和50.6%。在成株期进行干旱胁迫处理,测定莲座叶片的叶绿素荧光参数,叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛含量和成株死亡率,结果显示,在胁迫处理下,供试材料F0增加,Fv/Fm减小,对照F0增幅最大,为20.4%,Fv/Fm最小,为0.78;转PEPC、PPDK和PEPC+PPDK基因拟南芥株系平均相对叶绿素含量分别较对照增加12.6%,15.4%和23.1%;可溶性糖含量分别较对照增加3.0%,16.3%和24.4%;可溶性蛋白含量分别较对照增加0.6%,10.8%和15.4%;丙二醛含量较对照降低,分别为对照的93.5%,90.3%和84.10%;死亡率分别为12.3%,13.3%和6.7%,极显著低于对照(87.7%)(P<0.01)。上述结果表明,玉米高光效基因ZmPEPC和ZmPPDK可增强拟南芥抵抗干旱胁迫的能力,且这两个基因的共表达可能存在协同作用。 相似文献
4.
《分子植物育种》2020,(18)
磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)和磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)是C_4植物维持高效光合作用的关键酶,本研究通过农杆菌转化手段将玉米PEPC基因和PPDK基因成功导入‘南林895杨’,并进行叶绿素含量和荧光参数检测,结果显示:高光强胁迫下,所有转基因植株的叶绿素含量的下降幅度(34.2%～38.1%)均小于对照组(41.2%);转基因株系原初光化学效率下降幅度(29.0%～47.3%)和实际光化学效率下降幅度(29.5%～45.9%)均分别小于对照组(54.9%, 51.2%),二者具有一致性;高光照条件下,转基因株系光化学淬灭系数qP值(0.45～0.49)全面高于对照组(0.43);非光化学淬灭系数qN值显示转基因株系在高光照条件下与对照组相比没有明显的耐光氧化能力的提高。研究结果表明,转玉米PEPC和PPDK基因‘南林895杨’对于强光的利用能力增强,从而提高了转基因植株的光合性能。 相似文献
5.
PEPC过表达可以减轻干旱胁迫对水稻光合的抑制作用 总被引：5，自引：0，他引：5
为了明确磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)过量表达能否提高水稻的光合速率,测定了42个表达不同PEPC水平的转玉米PEPC基因水稻株系及对照(受体亲本中花8号)开花期和灌浆期的光合速率。结果表明,在水田条件下,转基因株系光合速率与未转基因对照相比没有明显差异;而在旱地条件下,转基因水稻的光合速率显著高于对照(27%和24%)。随机选取2个PEPC相对活性分别为10倍和25倍的转基因株系进行网室精确控水盆栽实验得到相似的结果。说明单纯导入PEPC并不能提高水稻的光合速率,而干旱胁迫下转基因水稻的光合优势可能是由于PEPC参与水稻的抗旱反应而减轻了干旱胁迫对光合作用的抑制作用。 相似文献
6.
为了阐明转玉米PEPC基因水稻高光效的结构基础,以转玉米PEPC基因水稻和未转基因原种为试验材料,在水稻的三叶期,施以100 min,1 000μmol/(m2.s)的高光强处理,以200μmol/(m2.s)下的水稻为对照,运用透射电镜观察叶肉细胞、维管束鞘以及叶绿体内类囊体片层结构。结果发现,与对照材料相比,转玉米PEPC基因水稻材料经高光强处理后,叶片叶绿体的排列更加紧密,叶绿体中类囊体片层堆垛整齐,有序片层较厚,排列更加致密,类囊体结构更加完整,而且叶绿体周围的线粒体数量明显增多;而未转基因原种的叶片经高光强处理后,叶绿体内类囊体片层松散,结构混乱,部分甚至解体,表现出受到损伤的迹象,叶绿体基质中淀粉大颗粒的含量明显增多。转玉米PEPC基因水稻叶片光合器官在高光强下结构稳定以及线粒体的有序排列有利于其利用较高的光能,从而提高其光合生产力,为阐明转C4光合基因水稻高光效的理论提供了证据。 相似文献
7.
8.
《华北农学报》2021,36(4)
为了揭示DNA甲基化在高表达转C_4-PEPC基因水稻植株对干旱耐性的作用,以高表达转玉米C_4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因(C_4-PEPC)水稻(PC)和受体Kitaake(WT)为材料,通过发芽、水培和盆栽试验,研究了施用不同浓度的DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷(5-azaC)联合干旱处理下,水稻芽期、苗期和生育后期,种子发芽率,苗期叶片的相对含水量、丙二醛、脯氨酸、总可溶性糖及其组分及总可溶性蛋白含量、PEPC酶活性以及C_4-PEPC、与蔗糖非发酵1(SNF1)相关蛋白激酶(SNF1-related protein kinase 1s, SnRK1s)基因以及甲基转移酶基因表达的变化、剑叶的光合参数,并最后考察产量构成因子的变化,结果表明:5-azaC对水稻芽期和苗期干旱胁迫作用浓度呈现剂量效应,即低浓度促进,而高浓度抑制,其中作用浓度:芽期苗期;而对芽期和苗期有促进和抑制的2个浓度外施于水稻生育后期的水稻植株后,则出现恶化的效应,表现为矮化、剑叶的净光合速率和单株产量下降。在缓解干旱抑制的浓度下,PC苗期的缓解效果好于WT,这种差异的表现与其内源蔗糖、SnRK1s基因以及OsMET1b的表达差异同步,而且PC叶片C_4-PEPC表达对不同浓度的5-azaC处理也呈现剂量效应。综上,DNA甲基化参与了水稻干旱响应,但不同生育期表现不同,其中糖信号在调节DNA甲基化增强PC干旱耐性起重要作用。 相似文献
9.
《分子植物育种》2017,(3)
为了明确玉米C_4型pepc(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因)、ppdk(丙酮酸磷酸双激酶基因)、nadp-me(NADP-苹果酸酶基因)基因对拟南芥光合特性的影响效应,以PC(转Zm pepc基因)、PK(转Zm ppdk基因)、ME(转Zm nadp-me基因)、PCK(转Zm pepc+ppdk基因)、PKM(转Zm ppdk+nadp-me基因)5种转基因拟南芥和野生型WT为材料,鉴定了5种转基因拟南芥株系的外源基因表达量,测定了250μmol·m~(-2)·s~(-1)、800μmol·m~(-2)·s~(-1)、1 400μmol·m~(-2)·s~(-1)3种光照强度处理下转基因拟南芥株系相应的光合酶活性、光合速率。结果表明,5种转基因拟南芥在转录、翻译水平上均高表达了导入的外源基因。250μmol·m~(-2)·s~(-1)光强下,转基因拟南芥材料PC、PK、ME、PCK、PKM的PEPC酶活性较WT分别提高14.4%、9.1%、4.4%、21.6%、3.5%;PPDK酶活性较WT分别提高5.2%、33.2%、14.8%、24.9%、8.1%;NADP-ME酶活性较WT分别提高12.8%、42.0%、126.4%、31.9%、64.6%;净光合速率较WT分别提高26.6%、26.4%、5.4%、43.1%、14.1%,其中PC、PCK的C_4光合酶活性和净光合速率表现最为突出。随着光强胁迫的增加,转基因拟南芥上述测定指标较WT高出的幅度增加,较250μmol·m~(-2)·s~(-1)光强下降低的幅度小于WT,说明转基因拟南芥耐强光胁迫能力更强。转基因拟南芥酶活特性、光合速率存在基因型差异,单基因材料PCPKME,双基因材料PCKPKM,且PCK为本研究所有基因型中最优的材料。 相似文献
10.
转ppc基因水稻苗期抗旱特性研究 总被引：7，自引：3，他引：4
通过C4转基因技术改善C3作物光合作用, 以期提高作物产量是国内外研究的热点之一。然而, 目前关于转磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因对水稻的光合作用、产量和抗旱性的影响及其调节机理仍不很清楚。本研究以T4代转ppc基因水稻为材料, 进行产量和苗期抗旱性研究。结果表明, 在旱作栽培条件下, 两个转ppc基因株系(T1, T2)单株产量分别比未转基因的对照(WT)增产28%和42%, 分蘖增加27%和40%; T1和T2可维持较高的光合速率、气孔导度和水分利用效率; 干旱胁迫使超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量增加, T1和T2 SOD活性增幅(+25%)都显著高于WT(+9%), 而MDA含量增幅显著低于WT, 表明转ppc基因水稻具有较强的抗氧化能力; T1和T2比WT具有较高的脯氨酸含量和渗透势下降幅度, 说明转PEPC基因水稻的渗透调节能力高于对照。PEG-6000处理下, 得到的结果相似。 相似文献
11.
紫外和干旱胁迫对转基因水稻生理和抗氧化酶的影响 总被引：3，自引：0，他引：3
以携带谷胱甘肽转移酶(GST)和过氧化氢酶(CAT1)的转基因水稻和非转基因水稻(Oryza sativaL.中花11)的地上部分为材料,比较分析了二者在不同强度紫外胁迫及紫外和干旱复合胁迫下生理和抗氧化酶活性的变化.结果表明,单一紫外和紫外+干旱复合胁迫条件下,转基因水稻的株高、相对含水量、叶绿素含量、光合效率及GST、CAT、SOD和APX的活性都高于非转基因水稻;而转基因水稻MDA的积累量则低于非转基因水稻;说明转基因水稻对紫外和干旱胁迫的抵抗能力有所提高.此外,本实验条件下,紫外+干旱复合胁迫比单一紫外胁迫(尤其在强辐射组)对植株的伤害轻,说明干旱对紫外胁迫有一定的缓解作用,这种缓解作用对转基因水稻更加明显. 相似文献
12.
转C4光合基因水稻及其在育种中的应用 总被引：18，自引：1，他引：17
按光合作用途径可将植物分为C3植物、C4植物和CAM植物,由于C4植物在高光强、高温和高氧分压的条件下,比C3植物具有较高的光合效率,作物生理和育种学家就试图用C4光合途径改造C3作物,以提高主要农作物如稻、麦和大豆等光合生产力,但通过常规杂交的方法难以奏效。近年来,随着分子生物学的兴起和植物转基因技术的快速发展,许多与C4光合作用途径相关的关键酶PEPC、NADP-苹果酸(NADP—ME)和PPDK等一系列基因已从玉米、高粱和苋菜等C4植物中被克隆,对这些基因启动子序列分离、重组、转化及表达的研究,发现它们可以在C3植物中驱动外源基因并进行组织特异性表达,而且一系列C4型光合基因导入C3植物的成功报道。特别是获得高表达的转C4光合基因水稻,表现光合能力和种子产量显著提高,而且在光逆境的条件下,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活性提高,从而有效地清除活性氧分子,表现耐光抑制(氧化)等。目前利用转C4光合基因水稻的育种研究也取得了重要进展,培育出携带C4光合基因的高光效水稻株系,在遗传上证明了常规育种和生物技术结合可以将转C4光合基因水稻中高表达的C4光合基因遗传给后代,获得高光效的超级稻,最后提出了本研究中尚需深入研究的问题。 相似文献
13.
干旱胁迫下PEPC过表达增强水稻的耐强光能力 总被引：1，自引：0，他引：1
以过表达磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)的水稻为材料,研究了不同程度干旱胁迫下开花期剑叶光合作用的光响应过程、叶绿素荧光参数、色素含量和活性氧代谢。结果表明,在干旱特别是重度干旱胁迫下,野生型水稻在强光下净光合速率迅速下降,而转Zmppc基因水稻没有明显的下降现象; 而且表示光化学活性的叶绿素荧光参数Fv/Fm、ΦPSⅡ和qP下降程度低,说明PEPC增强了干旱胁迫下水稻抵御强光胁迫的能力。这可能是因为干旱胁迫下转Zmppc基因水稻玉米黄质含量高,光系统对过剩光能的耗散能力强,能够保护光系统免受过剩光能的伤害,从而减小O2?产生速率; 同时干旱胁迫下转PEPC基因水稻抗氧化酶SOD、POD和CAT活性高,能有效清除活性氧,减轻膜质过氧化。 相似文献
14.
《作物学报》2021,(10)
为揭示可变剪接机制参与植物耐旱性的内在机制,以高表达转玉米C_4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC)基因(C_4-PEPC)水稻(PC)和受体"Kitaake"(WT)为材料,通过盆栽和水培试验,研究外施可变剪接抑制剂大环内酯类(pladienolide B, PB)联合干旱处理下,功能叶片的光合参数、总可溶性糖及其组分、主要抗氧化酶活性以及抗氧化物质含量、Ca~(2+)、NO、H_2O_2、ABA含量、与蔗糖非发酵1 (sucrose nonfermenting-1,SNF1)相关蛋白激酶(SNF1-related protein kinase 3s, SnRK3s)以及剪接因子基因表达的变化。结果表明:在盆栽试验中,与单独自然干旱处理(drought stress, DS)相比,在孕穗期外施0.5μmol L~(–1)PB联合干旱处理(DS+PB),显著下降了供试水稻的产量及其构成因子的数值,其中,在DS+PB处理下, PC的株高、穗数、每穗实粒重和单株产量均显著高于WT。在水培试验中,与10%PEG-6000模拟干旱处理(PEG)相比,外施0.5μmol L~(–1) PB和10%PEG-6000模拟干旱处理(PEG+PB),均显著降低了供试水稻功能叶片的净光合速率(Pn)、相对含水量、总可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD酶活性、POD酶活性、CAT酶活性、PEPC酶活性、糖组分(蔗糖、葡萄糖、果糖含量)、Ca~(2+)、NO和H_2O_2的含量,其中, PC中3个糖组分以及钙离子含量始终高于WT。与PEG处理相比, PEG+PB处理也导致水稻叶片内糖信号SnRK2s基因(SAPK8和SAPK9)和3个SnRK1基因表达量下降,其中PC的SAPK8、SAPK10、OsK1a和OsK24表达均高于WT;进一步10mmolL~(–1)EGTA钙离子螯合剂引入实验证明,钙离子通过调节剪接因子相关基因的表达参与水稻干旱响应。相关性分析也表明,PC中钙离子含量分别与叶片可溶性蛋白含量、ABA含量以及剪接因子RS33的表达水平呈显著或极显著相关。综上,可变剪接参与水稻干旱响应,水稻可通过叶内糖信号SnRK1s和SnRK2s基因以及钙离子,参与调节剪接因子相关基因的表达,对水稻耐旱起积极的作用。与WT相比, PC的增益效果更强,这与其内源高钙离子和糖组分含量密切相关。 相似文献
15.
16.
类受体激酶基因Os SIK1具有通过激活抗氧化系统,增强水稻对于干旱和盐胁迫抗性的作用。为了丰富可利用的作物抗旱基因,获得具有较高抗旱水平的玉米新种质,通过超声波辅助花粉介导法,将水稻类受体激酶基因Os SIK1导入玉米自交系郑58中,并对转化株进行卡那霉素筛选及T1、T2、T3的PCR及Southern Blotting杂交等分子检测,获得转化植株并在T3获得转基因纯合株系。对T3转基因玉米和非转基因玉米对照以16.1%的PEG模拟水分胁迫进行抗旱性分析。结果表明,与对照相比,在水分胁迫处理下,转基因玉米株系叶片相对含水量提高了7.4%~19.8%,叶绿素含量提高了11.3%~106.9%,SOD活性上升45.8%~93.4%,而转基因玉米叶片的相对电导率下降了35.4%~58.1%,MDA含量下降了25.7%~50.4%,说明转Os SIK1基因玉米植株抗旱性得到提高,其中,5个转化株系与对照在抗旱性方面有显著差异,且生长状况明显优于对照。综上所述,研究最终获得5个转Os SIK1基因玉米株系,并证明导入水稻Os SIK1基因可以提高玉米植株的抗旱性。 相似文献
17.
稗草(Echinochloa crusgalli)根型ppc基因对水稻的遗传转化及其对光合速率的调节效应 总被引：1，自引：0，他引：1
稗草(Echinochloa crusgalli)是稻田中的C4光合型杂草,为了探索稗草ppc基因(Eppc)对水稻遗传转化的可行性及其对光合速率的调节效应,首次将含有稗草根型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)基因ppc c DNA的2个植物表达载体p Ubi-Eppc、p Rbc S-Eppc通过农杆菌介导法对水稻进行了遗传转化。对分化植株进行的PCR、RT-PCR、克隆测序和Western杂交等结果均表明稗草ppc基因已经整合到了水稻基因组中,并且在转录和翻译水平都得到了表达。转基因水稻PEPC活性和气体交换参数测定结果表明T0代多数植株的PEPC活性高于对照,最高达到了对照的5.85倍;T0代大多数转基因植株叶片的净光合速率(Pn)比对照提高了20.00%,最大地提高了47.16%,同时叶片水分利用效率(WUE)也得到增强;T6代大部分转化植株的PEPC活性及Pn仍保持高于对照,本研究表明C3根型ppc基因过量表达也可以提高水稻的Pn,且证明稗草PEPC对光合作用具有较强的调节作用。 相似文献
18.
玉米ppc基因过表达对转基因水稻光合速率的影响 总被引：6，自引：1，他引：6
通过转基因技术将外源ppc基因导入水稻以期增加产量是国内外的重要研究领域。然而,关于ppc基因过表达能否提高转基因水稻的光合速率至今尚无定论。本研究将玉米ppc基因导入水稻中花8号,获得大量转基因水稻植株。经PCR筛选、PEPC活性测定、Southern和Western杂交分析,表明玉米ppc基因已经整合到受体水稻基因组中,并得到了正确和高效的表达。测定了温室内种植的T1代6个PEPC活性不同的转基因水稻植株的光合速率,只有活性最高的株系的光合速率显著增加,增加的幅度为27.3%。在旱作栽培条件下测定了T3代33个转基因株系的光合速率,结果表明在高温、高光强下,绝大多数转基因水稻的光合速率增加,最大提高了68.8%。比较6个转基因株系的T1和T3代看到,逆境胁迫条件下转基因水稻光合速率明显提高。以上结果表明水稻中导入ppc基因可以提高其光合速率,特别是逆境条件下的光合速率。 相似文献
19.
高温干旱复合胁迫对刺槐幼苗生理生化性能的影响 总被引：1，自引：1，他引：1
干旱与温度升高是未来全球气候变化情景的2种主要表现形式,对植物生长与分布影响显著。通过不同温度和水分梯度控制,模拟高温与干旱复合胁迫对刺槐幼苗光合性能指标与抗氧化酶活性的影响,结果表明：干旱抑制刺槐幼苗生长,而短期高温则对其生长具有一定促进作用;株高、叶片数量、光合性能、POD、CAT活性受温度、水分、温度×水分因素影响显著;高温干旱不仅使刺槐幼苗抗氧化酶活性升高,同时促进刺槐幼苗体内氮磷积累,但过度高温干旱抑制磷积累。 相似文献