韩彦莎，鲁彦君，于瑞，等

农业大学学报

胡杨PeXTH基因的克隆及其转基因烟草的抗镉性分析

韩彦莎，鲁彦君，于瑞，等

目的：木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶（xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase，XTH）是植物细胞壁重构过程中的关键酶，能够调控细胞壁的松弛和伸展，进而影响外界金属离子的进入。本文从具有干旱盐碱抗性的胡杨（Populus euphratica）中克隆了一个木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶基因PeXTH，并研究该基因与植物抗Cd2+性之间的关系。方法：采用反转录聚合酶链式反应（RT-PCR）技术，从取自新疆的胡杨叶片cDNA中克隆木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶基因PeXTH；采用Bioedit Sequence Alignment Editor V7.0软件，通过Clustal W方法对PeXTH及其他5种同源蛋白进行多重氨基酸序列比对分析；将PeXTH基因的全长cDNA克隆到植物表达载体pGreen0029上，并通过农杆菌介导法，将重组表达载体转入烟草；分别采用基因组PCR和实时荧光定量PCR（Real-time PCR）方法，检测T0代和T1代烟草中PeXTH基因的表达水平，从而确定转基因阳性株系。在此基础上，通过比较100 μmol/L Cd2＋胁迫处理15 d对转基因烟草阳性株系和野生型株系的生长表型、叶片细胞膜透性、根和叶组织中Cd2＋含量、叶片营养元素含量以及抗氧化酶活性的影响，来综合评价转PeXTH基因烟草的抗Cd2＋能力，阐明PeXTH基因在植物抗Cd2＋中的贡献。结果：克隆获得了胡杨木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶基因PeXTH。PeXTH基因的开放阅读框（ORF）长867 bp，含ATG起始密码子和TAG终止密码子，编码一个由288个氨基酸组成的蛋白；多重氨基酸序列比对结果显示，PeXTH蛋白含有木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶（XTHs）的保守催化活性域DEIDFEFLG和N-糖基化位点NL（V/M）SG，其与来自杂交山杨、玉米、拟南芥、小麦和蓖麻5种植物中的XTH蛋白的同源性在68%～99%。Real-Time PCR检测结果表明，PeXTH基因已经成功在2个T1代转基因烟草株系（L6和L14）中过表达；Cd2＋胁迫后，野生型烟草的生长受到明显抑制，而转基因烟草的根和叶均没有明显的受损症状；与野生型烟草相比，Cd2＋胁迫后转基因烟草的根长约是野生型烟草的1.5倍，根和叶组织的干质量也显著高于野生型；此外，转基因烟草根组织中积累的Cd2＋含量是野生型烟草的2.34倍，而叶组织中积累的Cd2＋含量则为野生型烟草的71%；Cd2＋胁迫下，转基因烟草叶片的相对电导率显著低于野生型，但抗氧化酶（SOD、CAT、APX）活性、营养元素（K＋、Ca2＋、Mg2＋）含量、叶片净光合速率和蒸腾速率等生理指标均明显高于野生型。结论：PeXTH蛋白含有木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶的保守活性域DEIDFEFLG和N-糖基化位点NLSG，这预示着PeXTH很可能具有XTH蛋白的酶活性质。转PeXTH基因烟草的抗Cd2＋性明显高于野生型烟草，Cd2＋胁迫下，转PeXTH基因烟草根部积累的Cd2＋含量显著高于野生型，暗示转PeXTH基因烟草很可能通过增加根组织细胞壁对Cd2+的区隔能力而将大量的Cd2＋积累在根部，避免过多Cd2+向地上转运，从而保证烟草地上部分营养元素吸收、氧化平衡维持以及光合蒸腾作用等各项生理机能的正常运行。

来源出版物：西北农林科技大学学报自然科学版, 2014,42(1): 37-45

入选年份：2014

氮高效水稻品种的光合生理特性

安久海，刘晓龙，徐晨，等

摘要：目的：随着我国人口的日益增长，稻米的供给已难以满足人们的需求。为了解决这一问题，氮肥的使用便成为水稻丰产的一项有效措施，但由于氮肥的长期使用不仅降低了水稻对氮肥的利用效率，而且易造成环境污染，因此，国内外许多研究人员开展了对水稻种质资源自身吸收利用氮素的研究。本文在不同氮水平下，测定比较了氮素利用效率不同的水稻品种在生理指标、光合生理特性、生物量和生长量方面的差异，以便为氮高效水稻品种的选育及新品种的研发提供参考。方法：采用水培法对前期参试的119个水稻品种进行培养，苗龄达2叶期时，改用低氮（1/15N）水稻营养液（营养液配方除NH4NO3的浓度有变化外，其他均参照国际水稻研究所水稻水培标准培养液配方配制）处理，苗龄达4叶期时采样，用天平称量水稻单株干物质质量，根据单株干物质质量划分等级，从中筛选出氮高效与氮低效水稻品种各4个；采用水培法对筛选的氮高效水稻品种和氮低效水稻品种进行培养，在苗龄达2叶期时将其移栽并固定于桶中，改用正常供氮（1N）和低氮（1/12N）营养液进行处理，于抽穗后10 d，取剑叶鲜样用分光光度计测定叶绿素含量、活体法测定硝酸还原酶活性、考马斯亮兰法测定可溶性蛋白质含量，同时采用Li-6400型光合仪测定光合生理特性，并用直尺测定根系长度及植株高度、用天平测定植株质量。结果：低氮水平下，氮高效水稻品种叶片中叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、硝酸还原酶活性分别为2.58 mg/g、0.260 mg/g和10.28 μg/(g·h)，氮低效水稻品种对应分别为1.77 mg/g、0.217 mg/g和6.88 μg/(g·h)，前者各指标值显著高于后者；与正常供氮水平相比，氮高效与氮低效水稻品种上述生理指标均下降；正常供氮水平下，氮高效与氮低效水稻品种间上述生理指标无显著性差异。低氮水平下，氮高效与氮低效水稻品种叶片的表观叶肉导度（AMC）、胞间CO2浓度（Ci）、水分利用效率（WUE）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）及净光合速率（Pn）均较正常供氮水平下低，但气孔限制百分率（Ls）则偏高；低氮水平下，氮高效水稻品种的净光合速率（Pn）、表观叶肉导度（AMC）、水分利用效率（WUE）分别较氮低效水稻品种高39.4%、38.5%和28.5%，且差异显著，而两者的其他光合生理指标无显著差异；正常供氮水平下，氮高效与氮低效水稻品种间上述光合生理指标均无显著差异。低氮水平下，氮高效水稻品种地上部分鲜质量、干质量分别比氮低效水稻品种高37.1%和28.1%，根系鲜质量、干质量分别比氮低效水稻品种高37.6%和25.7%；正常供氮水平下，只有根系鲜质量及干质量表现出氮高效水稻品种较高，两者的地上部分鲜质量、干质量则无显著差异，且两者的上述指标较低氮水平下的高。低氮水平下，氮高效水稻品种株高、根长分别为49.2 cm和56.3 cm，均显著高于氮低效水稻品种的43.3 cm和51.3 cm；正常供平下，氮高效与氮低效水稻品种的株高比低氮水平下高，但根系长度明显偏短，且氮高效与氮低效水稻品种间株高、根长无显著差异。结论：氮高效与氮低效水稻品种除了气孔限制百分率及根长随供氮水平的增加而降低外，其他指标均增加，并且在低氮水平下更能体现出氮高效与氮低效水稻品种在生理、农艺性状及光合特性方面的差异性；低氮水平下，净光合速率（Pn）的下降并非来自气孔限制因素，可能与RuBP-Case活性的下降有关。

来源出版物：西北农林科技大学学报（自然科学版）,2014, 42(12): 29-38

入选年份：2014