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干旱是影响小麦生产的主要逆境因子之一,提高抗旱性是一直是小麦育种的重要目标。海藻糖(Trehalose)是一种对细胞失水具有重要保护作用的低聚糖,在自然界中,一些耐旱植物的抗旱特性与其细胞中可诱导积累大量海藻糖密切相关,因此,提高植物中海藻糖的合成能力已成为培育耐旱材料的重要研究方向之一。课题组在前期的研究中,克隆构建了海藻糖-6-磷酸合成酶和海藻糖-6-磷酸磷酸酶融合基因TPSP,并获得转TPSP基因的小麦材料。在此基础上,本研究对转TPSP融合基因的T3代小麦株系进行跟踪鉴定,获得了20个纯合转基因株系,并系统分析了转基因株系的耐旱相关特性,为转基因小麦材料在抗旱育种中的进一步应用奠定了重要基础。论文的主要研究内容如下:
1、通过RT-PCR技术克隆了小麦海藻糖合成酶基因TPS1,序列分析表明该基因编码蛋白质与拟南芥的TPS具有很高的同源性。
2、模拟干旱胁迫条件下,对转TPSP基因小麦T4代株系的抗性分析显示,胁迫48h时转基因株系和非转基因对照的叶片萎蔫症状表现出显著差异,转基因株系抗旱性明显。胁迫100h时,转基因株系和对照叶片均严重萎蔫,根系失水萎缩,变为黄褐色。复水24h后转基因株系4-9-1、4-4-4和30-1-2的叶片黄化率分别为25.2％、23.3和27.6％,显著低于非转基因对照(48.8％)。脯氨酸含量测定显示,干旱胁迫过程中小麦叶片中脯氨酸含量呈“S”型曲线增长,且3个转基因株系叶片中脯氨酸的积累速度和积累量均显著高于非转基因对照；叶绿素荧光参数测定显示,3个转基因株系的Fv/Fm值在胁迫过程中均略高于非转基因对照,转基因株系4-4-4的Fv/Fo值显著高于非转基因对照,表明转基因株系在水分胁迫条件下光合系统Ⅱ(PSⅡ)的光合效率有所增强。
3、在自然干旱条件下对转基因株系抗旱特性进行了鉴定,并测定了开花期、灌浆中期、灌浆后期的田间土壤含水量、叶片含水量和荧光动力学参数。结果显示,在20个转基因株系中有10个株系的叶片含水量显著高于对照,6个株系的Fv/Fo和Fv/Fm优于对照。
4、对转基因株系的农艺性状进行分析显示,转基因株系的有不同程度的差别,包括株高、分蘖数、总穗数、主茎穗粒数、分蘖穗粒数、主茎穗长、分蘖穗长、千粒重、产量等。其中各个株系的株高变化不明显,HT4-7、HT4-8的千粒重变化明显,麦粒长度较对照增加了1.23倍。HT4-5的总穗数与对照相比增加13.8％,理论产量增加显著,这表明转基因株系改变了农艺性状,部分形状得到了改善。