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大豆是我国重要的粮食和油料作物。但大豆生产往往会受到许多生物和非生物胁迫的影响。虽然常规育种技术在优良大豆品种选育中发挥了重要作用，但受物种间杂交不亲和性及与不良性状连锁等因素影响难以广泛利用。因此，大豆基因工程技术越来越受到人们的重视，也是近年来研究的热点之一。众所周知，大豆是基因工程中最难转化的作物之一，目前尚没有高效、稳定的大豆转化体系。本研究建立并优化了以农杆菌Ri质粒和Ti质粒为载体的两套高效、稳定的大豆遗传转化体系，成功地运用这两套体系转化了拟南芥紫色酸性磷酸酶基因，并对其功能进行了分析。主要研究结果如下：
⑴建立和优化了发根农杆菌介导的大豆下胚轴涂抹转化和子叶侵染转化两种转化方法。首次通过下胚轴涂抹转化方法在无菌条件下成功地利用大豆转化常用的筛选标记除草剂获得大豆“复合植株”，并且研究结果表明，筛选剂浓度是影响大豆“复合植株”阳性率的重要因素。发根农杆菌侵染后，采用筛选前期使用较高的筛选压(5.0 mg/L)，后期将筛选压浓度降低(2.5 mg/L)的筛选方法，不仅能够增加每个大豆外植体诱导出的转基因毛状根数量，而且能够显著提高毛状根的转化频率和生长状态。本研究也通过子叶侵染转化方法成功地利用除草剂筛选标记获得大豆毛状根，并且发现，大豆发根农杆菌的子叶侵染转化方法是一种毛状根诱导周期短，转化率高的转化方法。但仍然存在较大的基因型差异。供试品种中，HC—3毛状根诱导能力最强，YCO3—3次之，Throne是整株转化中表现较稳定的基因型，但无法诱导出毛状根。
⑵建立和优化了根癌农杆菌介导的大豆子叶节转化体系。并从种子灭菌时间，不同抑菌剂种类和浓度配比、基因型等方面，研究了其对大豆农杆菌介导的子叶节转化再生率和转化率的影响。结果表明，采用干燥表面消毒法灭菌种子时间以13.5小时最佳；抑菌剂种类及浓度配比采用100 mg/L特美汀+200 mg/L头孢霉素或500 mg/L羧苄青霉素+100 mg/L头孢霉素均能有效地抑制农杆菌的过度生长：综合再生率，污染情况和转化率，抑菌剂配比选用100 mg/L特美汀+200 mg/L头孢霉素更为适宜；在条件相同的情况下，HN37的再生率和转化率都高于BD2。
⑶本试验对华南农业大学根系生物学研究中心育成的10个大豆品种子叶节转化的再生性能进行了评价。结果发现，大豆再生存在明显的基因型差异，供试品种中YC03—3、HC—1、HC—3、YX03—4和YX03—5具有较强的再生能力。
⑷本研究成功的利用发根农杆菌介导的子叶侵染转化方法，将拟南芥紫色酸性磷酸酶基因(AtPAP15/)转入大豆根系，PCR及GUS染色结果显示基因已转入大豆毛状根。酸性磷酸酶活性测定结果表明，转AtPAP15的毛状根中酸性磷酸酶活性比转K599的对照毛状根增加了1.5倍。酸性磷酸酶活性染色结果也表明转基因毛状根中酸性磷酸酶分泌量增加。本研究同时利用根癌农杆菌介导的子叶节转化方法，以YC03—3和HC—3为外植体，成功地将AtPAP15转入大豆植株，转基因株系T0和T1代的PCR、除草剂抗性检测和Southern杂交检测结果均证明该基因已整合到大豆基因组中。此外研究发现，大豆平均转化率具有明显的基因型差异，YC03—3为2.0％，HC—3为0.05％，YC03—3单次最高转化率达6.3％；RT-PCR结果显示在转基因植株中AtPAP15能稳定地表达；Western杂交分析结果显示转基因植株中AtPAP15在蛋白水平上得到了表达。转基因株系叶片的酸性磷酸酶活性测定结果表明，在正常供磷条件下，与非转基因大豆相比，酸性磷酸酶活性最高的株系提高了166％。
⑸根据以上结果选取了四个转基因株系进行培养基栽培试验和砂培试验，研究转基因植株在不同栽培条件下对植酸磷的吸收和利用能力。培养基栽培试验结果表明，用植酸磷作为单一磷源时，转基因大豆植株叶部酸性磷酸酶的活性明显高于野生型。砂培试验结果也表明，AtPAP15的过量表达提高了大豆获取砂培中植酸磷的能力和体内有机磷的再利用能力，进而增加了转基因大豆的生物量和磷吸收量。而水培植株根分泌物中植酸酶活性测定结果进一步说明，AtPAP15具有植酸酶活性，并且来自于胡萝卜的信号肽能引导AtPAP15翻译产物植酸酶分泌至根际，且分泌的植酸酶具有较强的水解植酸磷的能力。