不同温光条件下籼粳稻叶片的光抑制和光氧化表现

不同温光条件（4d)下,以粳稻（Dryza sativaL.sp.japonica)“9516”和籼稻（O.sativaL.sp.indica)“汕优63”为材料,测定了与PSⅡ光能转化效率（Fv/Fm)和膜脂过氧化作用有关的生理指标。结果表明：适温、中等光强下两品种Fv/Fm和膜脂过氧化作用的产物（MDA）无变化,未见光抑制和光氧化表现;适温、强化下籼稻“汕优63”的Fv/Fm明显下降,MDA未见变化,有光抑制无光氧化表现;低温、强光下两品种有光抑制和光氧化表现。低温、强光下结合抑制剂实验证明,与粳稻相比,籼稻的D1蛋白量和SOD活性下降较多,叶黄素循环和非光化学猝灭（qN)受抑制程度较大,膜脂过氧化产物MDA含量较高,因而光抑制和光氧化现象较明显。实验提出：光能转化效率和膜脂过氧化表现是预测光氧化的关键指标。     

转PEPC基因水稻具有初级CO2浓缩机制生理特点

以原种粳稻Kitaake为对照, 研究了转玉米PEPC基因水稻的PEPC的高表达和碳同化特性的关系. 结果显示: 与原种相比, 转PEPC基因水稻气孔导度和光合速率显著增加, 经统计分析, 气孔导度的增加与光合速率的增加并无相关性. 而在高光强 下, 与CO₂浓缩有关的PEPC, CA酶蛋白的表达显著增加. 因此在大气CO₂浓度下可显著增加光合能力(50%); 无CO₂条件下, 可减少叶内CO₂释放量, 从而降低了CO₂补偿点. 用专一的抑制剂DCDP处理, 证明转PEPC基因水稻叶内PEPC的高表达与碳同化能力的提高和Fv/Fm的稳定性有关. 用14C示踪20 s, 转PEPC基因水稻14C较多的分配在C4光合原初产物天冬氨酸中, 意味着叶内存在着一定的C4光合代谢途径. 上述结果说明, 用代谢工程可以在叶内构建初级的CO₂浓缩机制, 为转基因的高光效育种技术提供了生理依据.     

Physiological characteristics of the primitive CO2 concentrating mechanism in PEPC transgenic rice

C4 plants such as maize have CO2 concentrating mechanism and higher photosynthetic efficiency than C3 plants, especially under high light intensity, high temperature and drought conditions. In recent years, due to the rapid development of transgenic technique, different transgenic rice plants with high-level expression of C4 genes have been created by the successful introduction of genes encoding the key C4 photosynthetic path enzymes PEPC, PPDK and NADP-ME through agrobacteria-mediated…     

转C4光合酶基因水稻的CO2交换和荧光特性

用转PEPC、PPDK、NADP-ME、PEPC+PPDK酶基因水稻(Oryza sativa L.)及原种为材料 ,研究了光合作用对光照、温度、CO2的响应和光抑制条件下的叶绿素荧光特性,结果如下: 1.转C4光合酶基因水稻的饱和光合速率比原种高,其中转PEPC、PEPC+PPDK双基因水稻的光饱和点比原种高200 μmol*m-2*s-1,饱和光合速率比原种分别高51.6%和 58.5%;转PEPC基因水稻的羧化效率比原种高49.3%,CO2补偿点降低26.2%;在高温(35 ℃)下,转PEPC基因水稻的光合速率比原种高17.5%.2.经光抑制处理8 d后,转PEPC、PEPC +PPDK酶基因水稻的PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)和光化学猝灭(qP)下降20%- 30%,非光化学猝灭(qN)增加了约30%;但原种的Fv/Fm和qP下降了5 0%多,qN变化不明显,表明转C4光合基因水稻耐光抑制能力增强.这些结果为用生物技术提高水稻光合效率研究提供了新的依据和途径.     

超高产杂交稻光合特性的研究

比较了超高产杂交稻(Oryza sativa L.)X07S/紫恢100和两优培九与多年来大面积推广的杂交稻汕优63的光合功能和抗光胁迫能力.结果表明,超高产杂交稻X07S/紫恢100和两优培九的净光合速率(Pn)分别比汕优63高9.1%和11.9%,而其蒸腾速率(Tr)分别比汕优63低37.46%和31.42%,此外,其水分利用效率(WUE)分别比汕优63高出74.2%和63.5%;经强光(2 000μmol photons@m-2@s-1)处理2 h之后,X07S/紫恢100和两优培九的光系统Ⅱ光化学量子效率分别上升28.3%和37.0%,荧光光化学猝灭系数分别升高46.2%和18.0%,而汕优63的这两项参数值却变化很小;同时,X07S/紫恢100和两优培九的非光化学猝灭系数均下降50%左右,而汕优63则上升近50%,表明超高产杂交稻较高的光合能力、水分利用效率以及较强的抗光抑制能力可能是其高产的生理基础.     

转玉米PEPC基因水稻中有限的C4光合微循环及其生理作用

用转PEPC基因水稻(Oryza sativa L. subsp.japonica Kitaake)和原种水稻Kitaake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.通过测定与光合C4途径有关的关键酶,如磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、NADP -苹果酸酶(NADP -ME)、NADP -苹果酸脱氢酶(NADP -MDH)和丙酮酸磷酸双激酶(PPDK),说明原种水稻叶片中具有完整的C4光合酶体系;用外源OAA或MA饲喂叶切片或叶绿体后明显增加光合速率,证明原种水稻中具有一个有限的光合C4微循环.将玉米的PEPC基因导入原种水稻后,可大幅度提高光合C4微循环的速率.测定不同基因型的CO2交换速率,看出水稻中C4光合微循环的增强有提高净光合速率(Pn)和降低光呼吸速率/净光合速率(Pr/Pn)比值的作用.叶绿素荧光特性分析表明,C4光合微循环的增强伴随着PSⅡ电子传递效率(Fv/Fm)和光化学猝灭(qP)的增加以及非光化学猝灭(qN)的降低;这些结果为通过基因工程手段提高作物光合效率的遗传育种提供了科学根据.     

Flaveria属C_3_-C4中间型植物的光温-光合特性的遗传传递

利用Flaveria属C_3-C_4中间型的偏C_4型F.brownii和偏C_3型的F.floridana杂交,或再用亲本之一进行回交,结果是用编C_4型F.brownii作父本杂交的F_1和F_2代具有类似C_4型的光温光合特性。如果父本为偏C_3型或含有偏C_3基因,则F_1和F_2表现出类似C_3的光温光合特性。     

转PEPC基因水稻具有初级CO2浓缩机制的生理特点

以原种粳稻Kitaake为对照, 研究了转玉米PEPC基因水稻的PEPC的高表达和碳同化特性的关系. 结果显示: 与原种相比, 转PEPC基因水稻气孔导度和光合速率显著增加, 经统计分析, 气孔导度的增加与光合速率的增加并无相关性. 而在高光强下, 与CO2浓缩有关的PEPC, CA酶蛋白的表达显著增加. 因此在大气CO2浓度下可显著增加光合能力(50%); 无CO2条件下, 可减少叶内CO2释放量, 从而降低了CO2补偿点. 用专一的抑制剂DCDP处理, 证明转PEPC基因水稻叶内PEPC的高表达与碳同化能力的提高和Fv/Fm的稳定性有关. 用14C示踪20 s, 转PEPC基因水稻14C较多的分配在C4光合原初产物天冬氨酸中, 意味着叶内存在着一定的C4光合代谢途径. 上述结果说明, 用代谢工程可以在叶内构建初级的CO2浓缩机制, 为转基因的高光效育种技术提供了生理依据.     

转C4光合酶基因水稻的CO2交换和荧光特性

用转PEPC、PPDK、NADP_ME、PEPC PPDK酶基因水稻 (OryzasativaL .)及原种为材料 ,研究了光合作用对光照、温度、CO2 的响应和光抑制条件下的叶绿素荧光特性 ,结果如下 :1.转C4 光合酶基因水稻的饱和光合速率比原种高 ,其中转PEPC、PEPC PPDK双基因水稻的光饱和点比原种高 2 0 0 μmol·m-2 ·s-1,饱和光合速率比原种分别高5 1.6 %和 5 8.5 % ;转PEPC基因水稻的羧化效率比原种高 49.3% ,CO2 补偿点降低 2 6 .2 % ;在高温 (35℃ )下 ,转PEPC基因水稻的光合速率比原种高 17.5 %。 2 .经光抑制处理 8d后 ,转PEPC、PEPC PPDK酶基因水稻的PSⅡ光化学效率 (Fv/Fm)和光化学猝灭 (qP)下降 2 0 % - 30 % ,非光化学猝灭 (qN)增加了约 30 % ;但原种的Fv/Fm 和qP下降了 5 0 %多 ,qN变化不明显 ,表明转C4 光合基因水稻耐光抑制能力增强。这些结果为用生物技术提高水稻光合效率研究提供了新的依据和途径