轉(zhuǎn)rolB基因棉花抗旱性研究

曹燕燕，廖平安，葛昌斌，沈向磊，楊業(yè)華

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科技學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 漯河 462300）

棉花是中國(guó)主要經(jīng)濟(jì)作物之一，隨著水資源的日益匱乏，旱地棉田所占的比重越來(lái)越大，棉花的抗旱育種顯得尤為重要。棉花耐旱性評(píng)價(jià)指標(biāo)通常包括形態(tài)學(xué)指標(biāo)和生理生化指標(biāo)，棉花的耐旱能力主要表現(xiàn)在植株通過(guò)某些特異形態(tài)結(jié)構(gòu)和體內(nèi)的生理生化變化來(lái)控制或減輕、抑制干旱脅迫。

發(fā)根農(nóng)桿菌（Agribacterium rhizogens）Ri 質(zhì)粒上含有誘發(fā)毛根形成的rol（rooting loci，rol）基因[1-3]，將Ri 質(zhì)粒上單個(gè)或多個(gè)rol 基因?qū)胫参锘蚪M均能提高植物的生根能力[4]。劉海燕等[5]已成功將源于發(fā)根農(nóng)桿菌的人工重組生根基因（rolB 基因）轉(zhuǎn)移到陸地棉栽培品種中，并獲得了具有較強(qiáng)生根能力的轉(zhuǎn)基因植株。筆者以前期獲得的rolB 轉(zhuǎn)基因棉花植株為材料，對(duì)各個(gè)轉(zhuǎn)基因系進(jìn)行了抗旱性的研究。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料為轉(zhuǎn)rolB 基因的棉花品種7342、7343、7346、7351，以華抗棉1 號(hào)（4105）作為對(duì)照。

1.2 方 法

1.2.1 苗期抗旱性的鑒定 采用反復(fù)干旱法，計(jì)算成苗率，進(jìn)行苗期抗旱性鑒定。在盆底部鋪10～15 cm 無(wú)菌沙壤土，播后澆水，苗出齊定苗。每個(gè)處理重復(fù)3 次，每次重復(fù)設(shè)1 個(gè)對(duì)照，隨機(jī)排列。在3 葉期進(jìn)行干旱處理，當(dāng)50%幼苗達(dá)到永久萎蔫時(shí)，澆水使苗恢復(fù)，再干旱處理使之萎蔫。重復(fù)3 次，計(jì)算各處理的成苗率，以最后存活苗的百分率評(píng)價(jià)品種苗期抗旱性。

1.2.2 新葉大小的測(cè)定 間隔1 周分2 次定株5棵測(cè)量第1 新葉寬，進(jìn)行新葉大小的差異性分析。

1.2.3 盛花期葉水勢(shì)和脯氨酸累積含量的測(cè)定在干旱條件下，盛花期時(shí)進(jìn)行葉水勢(shì)和脯氨酸累積含量的測(cè)定。葉片水勢(shì)的測(cè)定：小液流法；脯氨酸含量的測(cè)定：磺基水楊酸法。

1.2.4 棉花莖粗、根/冠比的測(cè)定 用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)行不同品種棉花莖粗、根/冠比的差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 苗期抗旱性的鑒定

如表1 所示，轉(zhuǎn)rolB 基因的棉花品種7342、7343、7346、7351 苗期成苗率平均值在55.56%～69.90%之間，屬于耐旱類型；而對(duì)照4105 的苗期成苗率平均值為45%，屬于不耐旱類型。

表1 苗期抗旱性的鑒定

2.2 新葉大小的測(cè)定

如表2 所示，F(xiàn)=0.534 9

表2 新葉大小的差異分析

2.3 盛花期葉水勢(shì)和脯氨酸累積含量的測(cè)定

對(duì)表3 中數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，得到F=1.001 0

表3 葉水勢(shì)的差異分析

2.4 棉花莖粗、根/冠比的測(cè)定

表4 脯氨酸累計(jì)含量差異分析

如表5 所示，棉花品種7343 與對(duì)照華抗棉1號(hào)（4105）的莖粗沒(méi)有明顯差異，但7343 的莖粗顯著大于另外3 個(gè)轉(zhuǎn)基因品種，7346 則明顯大于7351 和7342，而7342 和7351 之間沒(méi)有差異。

表5 莖粗的差異分析

如表6 所示，棉花品種7343、7342、7351 的根/冠比顯著大于對(duì)照4105 和7346。這表明rolB 轉(zhuǎn)基因系的棉花根系發(fā)育比對(duì)照4105 的根系發(fā)育強(qiáng)大。

表6 棉花根/冠比的差異分析

3 結(jié)論和討論

轉(zhuǎn)基因棉株的抗旱性研究結(jié)果表明：在苗期抗旱性鑒定結(jié)果中，4 種轉(zhuǎn)基因材料苗期成苗率均值在55.56%～69.90%之間，屬于耐旱類型，而對(duì)照4105 的苗期成苗率平均值為45%，屬于不耐旱類型；在莖粗的調(diào)查分析中，7343 與對(duì)照4105 的莖粗沒(méi)有明顯差異，但7343 的莖粗顯著大于另外3 個(gè)轉(zhuǎn)基因品種，7346 則明顯大于7351 和7342，而7342 和7351 之間沒(méi)有差異；根/冠比的調(diào)查分析結(jié)果表明，7343、7342、7351 的根/冠比顯著大于對(duì)照4105 和7346。

耐旱型與不耐旱型的棉花品種的主要差異在根系系統(tǒng)上。耐旱型棉花品種的根系發(fā)達(dá)，主根入土深，各級(jí)側(cè)根發(fā)達(dá)，總根長(zhǎng)度長(zhǎng)，確保了棉花在干旱脅迫下保持吸收較多的水分和養(yǎng)分，滿足棉花生長(zhǎng)發(fā)育的要求。耐旱型棉花品種的根系重量與生物學(xué)產(chǎn)量、子棉、皮棉呈極顯著正相關(guān)，一級(jí)側(cè)根數(shù)、側(cè)根總長(zhǎng)、根系總長(zhǎng)與耐旱性呈顯著或極顯著正相關(guān)?？梢杂妹藁ㄖ鞲鶈挝婚L(zhǎng)度內(nèi)一級(jí)側(cè)根數(shù)反映根系著生密度。在棉花育種應(yīng)用中，可以用根/冠比作為棉花品種耐旱性鑒定和選育指標(biāo)。通過(guò)根/冠比的調(diào)查分析可知，rolB 轉(zhuǎn)基因系的棉花根系發(fā)育均比對(duì)照4105 的根系發(fā)育強(qiáng)大。

在形態(tài)特征方面，轉(zhuǎn)rol 基因棉花表現(xiàn)出與對(duì)照棉花極大的差異，與己有的轉(zhuǎn)rol 基因植物表現(xiàn)既有類似也有差異?？赡苁莚ol 基因的表達(dá)減弱，導(dǎo)致差異減弱，這有待進(jìn)一步觀測(cè)研究轉(zhuǎn)基因?qū)γ藁I(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的影響。

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