转C4光合酶基因水稻株系的抗光氧化特性

用经转入磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）,丙酮酸磷酸二激酶（PPDK）,NADP－苹果酸酶（NADPME）,PEPC＋PPDK等酶的基因的水稻株系及原种为材料,研究了光氧化条件下的叶绿素荧光特性和膜脂过氧化,光氧化处理后,与原种相比,转C4光合酶基因特别是转PEPC和转PEPC＋PPKD基因水稻株系的PSⅡ原初光化学效率（Fv/Fm),PSⅡ在照光下的实际光化学效率（φPSⅡ)和光化学猝灭（qp)下孤的比原种少,而非光化学猝灭（qN)增加的比原种多,说明在光氧化条件下,转C4光合酶基因水稻株系吸收的光能中有较多的光能转化为化学能,过剩的光能通过热耗散而减轻光破坏,同时转C4光合酶基因水稻株系吸收的光能中有较多的光能转化为化学能,过剩的光能通过热耗散而减轻光破坏;同时转C4兴合酶基因水稻株系诱导产生的内源活性氧清除酶系超氧化物歧化酶（SOD）,过氧化氢酶（CAT）,过氧化物酶（POD）的活性比原种高,从而有效清除水稻叶片内的活性氧（O2^-,H2O2),使活性氧积累比原种少,因而膜脂过氧化产物丙二醛（MDA）产生较少,表明转C4光合酶基因特别是转PEPC和转PEPC＋PPDK基因水稻株系耐光氧化能力较强,在光氧化条件下,它们的叶绿素和蛋白质含量下降较少,表现出在耐光氧化特性,这些结果为应用生物技术创造耐光氧化种质提供了实验依据。     

超级杂交稻两优培九及其亲本的光氧化特性

通过比较超级杂交稻两优培九和其亲本的光能利用与活性氧代谢的差异,为培育耐光氧化的杂交稻提供选亲配组的生理依据．使用TPS-光合仪和FMS2荧光仪(Hansateeh,UK)分别测定了人工光氧化处理后水稻叶片的光合速率与叶绿素荧光,同时测定了叶绿素、蛋白质和丙二醛的含量。以及超氧化物歧化酶和过氧化物酶的活性．结果表明,两优培九的光合速率低于母本2．4％,高于父本23％;光氧化处理8d后,与母本相比。两优培九的叶绿素、蛋白质、原初光化学效率、超氧化物歧化酶和过氧化物酶分别高于母本33％、15％、30％、32％和100％;光化学猝灭系数和丙二醛分别低于母本9％和50％。与父本相比,则差异不大．超级杂交稻两优培九在光氧化条件下光能利用率较高,在耐光氧化特性上具有超亲的光合生理特性．     

在光氧化条件下不同类型高产稻的叶绿素荧光特性和膜脂过氧化特点

用不同类型高产稻(Oryza sativa L.)粳稻9516、具有粳型成分的两系法亚种间杂交稻培矮64/E32、两优培九(培矮64/9311)和籼型杂交稻X07S/紫恢100、冈优881、汕优63为材料,研究了孕穗期叶片在光氧化条件下的叶绿素荧光特性和膜脂过氧化表现.光氧化处理后,与籼型杂交稻比较,粳稻和具有粳型组分的亚种间杂交稻的PSⅡ原初光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ的线性电子传递的量子效率(ΦPSⅡ)和光化学猝灭系数(qP)下降的较少;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)诱导的活性较高,活性氧 (O(-)/()2、H2O2)和丙二醛(MDA)的产生积累较少,叶绿素和蛋白质含量下降较少,表现出耐光氧化特性,这与在自然条件下生育后期叶绿素含量变化相一致.相关分析表明它们的耐光氧化特性与结实率密切相关,说明耐光氧化品种抗早衰,有利籽粒充实.这些结果启示我们:从超高产育种出发,兼顾杂种优势利用和抗早衰两方面考虑,在母本不育系中引入粳型成分是一个值得重视的育种策略.     

在光氧化条件下不同类型高产稻的叶绿素荧光特性和膜脂过氧化特点

用不同类型高产稻 (OryzasativaL .)粳稻 95 16、具有粳型成分的两系法亚种间杂交稻培矮 6 4/E32、两优培九(培矮 6 4/ 9311)和籼型杂交稻X0 7S/紫恢 10 0、冈优 881、汕优 6 3为材料 ,研究了孕穗期叶片在光氧化条件下的叶绿素荧光特性和膜脂过氧化表现。光氧化处理后 ,与籼型杂交稻比较 ,粳稻和具有粳型组分的亚种间杂交稻的PSⅡ原初光化学效率 (Fv/Fm)、PSⅡ的线性电子传递的量子效率 (ΦPSⅡ)和光化学猝灭系数 (qP)下降的较少 ;超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化氢酶 (CAT)、过氧化物酶 (POD)诱导的活性较高 ,活性氧 (O-·2 、H2 O2 )和丙二醛 (MDA)的产生积累较少 ,叶绿素和蛋白质含量下降较少 ,表现出耐光氧化特性 ,这与在自然条件下生育后期叶绿素含量变化相一致。相关分析表明它们的耐光氧化特性与结实率密切相关 ,说明耐光氧化品种抗早衰 ,有利籽粒充实。这些结果启示我们 :从超高产育种出发 ,兼顾杂种优势利用和抗早衰两方面考虑 ,在母本不育系中引入粳型成分是一个值得重视的育种策略。     

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     

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.     

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.     

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(OryzasativaL.subsp.japonicaKitaake)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。     

转PEPC基因水稻的光合生理特性

用转PEPC、PPDK、NADP－ME、PEPC＋PPKD双基因水稻（Oryza sativa L.）及原种为材料,以光合酶活性、饱和光合速率及PSⅡ光化学效率（Fv/Fm）为指标,研究了转PEPC基因水稻的光合生理特征。结果如下：转PEPC基因水稻EPC活性比原种提高20倍;饱和光合速率比原种高55％;用高光强或人工光氧化剂甲基紫精（MV）处理后,与原种相比,转PEPC基因水稻光化学效率下降较少,证明其耐光抑制、耐光氧化能力增强,测定其兴合日变化看出：在1d中不同时间,转PEPC基因水稻的光合速率均高于原种,且与PEPC活性的日变化有相似的趋势,上述结果为转PEPC基因水稻的生理机制和种研究提供了依据和途径。     

自然条件下不同高产稻生育后期剑叶叶绿素荧光和膜脂过氧化的表现

以籼型(Oryza sativa L.)杂交组合汕优63为对照,以中粳9516、两系亚种间杂交组合培矮64S/E32、培矮64S/9311、亚种间三系杂交稻冈优881和两系杂交组合X07S/紫恢100为材料,研究其在生育后期(抽穗-成熟)自然条件下剑叶的叶绿素衰减、CO2交换、叶绿素荧光参数和膜脂过氧化表现.结果表明: 水稻在生育后期伴随叶绿素衰减,其叶内的原初光化学效率Fv/Fm、PSⅡ非环式电子传递效率ΦPSⅡ、电子流传递速率ETR都有相应地下降,这种光能转化的障碍使多余的光能传递给PSⅡ的还原侧,产生O(-)/(*)2累积,发生膜脂过氧化和MDA的积累,引起光合色素及光合膜的破坏,发生光氧化早衰.这种现象在品种间有明显差异,耐光氧化的粳稻9516,其叶内的 Fv/Fm、ΦPSⅡ、ETR、qP下降较少,具有较稳定的光能转化能力,不易早衰,具有较高的结实率;而对光氧化敏感的籼稻汕优63其叶内的Fv/Fm、ΦPSⅡ、ETR,光化学猝灭参数qP下降较多,易发生膜脂过氧化,导致叶片早衰,影响水稻灌浆结实和产量;而二系的和三系的杂交稻的耐光氧化特性和早衰表现居于中间.从水稻超高产育种的角度出发,在目前株型良好的基础上,兼顾杂种优势和防止早衰两方面考虑,在母本中利用粳型或带有粳型基因的不育系是育种上一个值得重视的策略.     

Photosynthetic Characteristics of Transgenic Rice Plants Overexpressing Maize Phosphoenopyruvate Carboxylase

转PEPC基因水稻的光合生理特性 迟伟¹焦德茂^1* 黄雪清¹ 李霞¹ 匡廷云² Ku S..B.MAURICE ³     

过量表达水稻细胞质型OsAPXs基因提高转基因烟草的耐盐性

为了验证水稻(Oryza sativa L.)细胞质型APXs与细胞耐盐性的关系,实验分别将OsAPXa和OsAPXb（基因登录号：D45423、AB053297）转化到烟草(Nictiana tabacum,N.plum)植株中。Southern结果表明,二基因分别整合到烟草的基因组;Northern分析表明,外源基因在转基因烟草中得到高效表达;在碳酸盐逆境下,T2代转基因植株与野生型对照相比,其APX活性呈现显著的提高,T₂代品系的H₂O₂含量和叶片受害程度显著低于野生型;T₂代品系分别在含有10 mmol·L^-1 NaHCO₃、5 mmol·L^-1 Na₂CO₃的MS培养基上生长,根的生长受到抑制,叶片产生黄化;野生型烟草则难以存活。水稻细胞质型OsAPXs基因的过量表达提高了转基因烟草的耐盐性,揭示出OsAPXa和OsAPXb在碳酸盐逆境应答过程中发挥着重要的作用。     

水稻光合功能相关性状QTL分析

利用粳稻Kinmaze／籼稻DV85杂交后代单粒传衍生的81个F11家系所组成的重组自交系（Recombinant Inbred Lines,RILs）群体,研究水稻光合功能相关性状的数量性状基因座（QTL）。在水稻抽穗后7d测定叶片全氮含量（TLN）、叶绿素a／b比值（Chl．a：b）和叶绿素含量（Chl）。共检测到6个QTL,各QTL的LOD值为2．66～4．81,贡献率为11．2％-29．6％,其中,在第1、2和11染色体上检测到3个与全氮含量相关的QTL,相应贡献率为17．3％、15．3％、13．7％;在第3和4染色体检测到2个与叶绿素a／b比值相关的QTL,贡献率为13．8％和29．6％;在第1染色体检测到1个与叶绿素含量相关的QTL,贡献率为11．2％。4个QTL为本研究新检测的基因座。有趣的是,控制叶绿素含量的qCC-1位于第1染色体上RFLP标记C122附近,与已报道的NADH-谷氨酸合成酶基因位置一致,而叶绿素合成始于谷氨酸,暗示该基因座与水稻光合功能关系极为密切。然而,对抽穗后30d叶绿素含量进行QTL分析,结果未检测到与其相关的QTL,表明控制叶绿素含量qCC-1效应随水稻叶片的衰老而降低。     

A Novel Two T-DNA Binary Vector Allows Efficient Generation of Marker-free Transgenic Plants in Three Elite Cultivars of Rice (Oryza sativa L.)

A pilot binary vector was constructed to assess the potential of the 2 T-DNA system for generating selectable marker-free progeny plants in three elite rice cultivars (ZhongZuo321, Ariete and Khao Dawk Mali 105) known to exhibit contrasting amenabilities to transformation. The first T-DNA of the vector, delimited by Agrobacterium tumefaciens borders, contains the hygromycin phosphotransferase (hpt) selectable gene and the green fluorescent protein (gfp) reporter gene while the second T-DNA, delimited by Agrobacterium rhizogenes borders, bears the phosphinothricin acetyl transferase (bar) gene, featuring the gene of interest. 82-90% of the hygromycin-resistant primary transformants exhibited tolerance to ammonium glufosinate mediated by the bar gene suggesting very high co-transformation frequency in the three cultivars. All of the regenerated plants were analyzed by Southern blot which confirmed co-integration of the T-DNAs at frequencies consistent with those of co-expression and allowed determination of copy number for each gene as well as detection of two different vector backbone fragments extending between the two T-DNAs. Hygromycin susceptible, ammonium glufosinate tolerant phenotypes represented 14.4, 17.4 and 14.3% of the plants in T1 progenies of ZZ321, Ariete and KDML105 primary transformants, respectively. We developed a statistical model for deducing from the observed copy number of each T-DNA in T0 plants and phenotypic segregations in T1 progenies the most likely constitution and linkage of the T-DNA integration locus. Statistical analysis identified in 40 out of 42 lines a most likely linkage configuration theoretically allowing genetic separation of the two T-DNA types and out segregation of the T-DNA bearing the bar gene. Overall, though improvements of the technology would be beneficial, the 2 T-DNA system appeared to be a useful approach to generate selectable marker-free rice plants with a consistent frequency among cultivars.     

转基因水稻胚乳中表达铁结合蛋白提高稻米铁含量

为提高我国稻米的铁含量,通过农杆菌介导将自行克隆的菜豆(Phaseolus limensis)铁结合蛋白(Ferritin)基因导入了一个高产粳稻(Oryaz sativa L.ssp．japonuica)品种中,获得17个独立的转基因水稻株系。分子检测证明,外源基因在多数转基因水稻植株基因组中有1～3个整合位点,并可稳定遗传。在水稻种子贮存蛋白谷蛋白基因GluB-1启动子的控制下,铁结合蛋白基因可在转基因水稻的种子中高效特异地表达,不同转化子中的表达量有明显不同。在转基因水稻种子中表达铁结合蛋白后对提高精米中的铁含量有明显的效果,相对于未转化对照最多可提高64％,而锌的含量并无明显变化。     

水稻(Oryza sativa L.)苹果酸酶(OsNADP-ME3)基因在逆境下的表达特性研究

水稻苹果酸酶（NADP-ME）是多基因家族,由3个胞质型NADP-ME和1个质体型NADP-ME构成。本研究针对水稻胞质型成员（命名为NADP-ME3）（NM₀01061367）进行初步的功能解析。克隆获得的NADP-ME3基因的cDNA序列全长为2240bp,其中5’非翻译区为151bp,3’非翻译区为376bp,开放读码框（ORF）长1713bp,编码570个氨基酸。为研究NADP-ME3在逆境胁迫下的表达量变化,Northern blot检测结果显示,在NaCl、NaHCO3和PEG胁迫条件下,NADP-ME3随胁迫处理时间的不同表达量呈现不同程度的变化,推断NADP-ME3可能与非生物胁迫有应答关系,将NADP-ME3转入拟南芥中并通过观察转基因拟南芥在非生物胁迫下表型变化,发现NADP-ME3能够在一定程度上提高植物对非生物胁迫的耐受性。     

Co-expression of a Modified Maize Ribosome-inactivating Protein and a Rice Basic Chitinase Gene in Transgenic Rice Plants Confers Enhanced Resistance to Sheath Blight

Chitinases, -1,3-glucanases, and ribosome-inactivating proteins are reported to have antifungal activity in plants. With the aim of producing fungus-resistant transgenic plants, we co-expressed a modified maize ribosome-inactivating protein gene, MOD1, and a rice basic chitinase gene, RCH10, in transgenic rice plants. A construct containing MOD1 and RCH10 under the control of the rice rbcS and Act1 promoters, respectively, was co-transformed with a plasmid containing the herbicide-resistance gene bar as a selection marker into rice by particle bombardment. Several transformants analyzed by genomic Southern-blot hybridization demonstrated integration of multiple copies of the foreign gene into rice chromosomes. Immunoblot experiments showed that MOD1 formed approximately 0.5% of the total soluble protein in transgenic leaves. RCH10 expression was examined using the native polyacrylamide-overlay gel method, and high RCH10 activity was observed in leaf tissues where endogenous RCH10 is not expressed. R₁ plants were analyzed in a similar way, and the Southern-blot patterns and levels of transgene expression remained the same as in the parental line. Analysis of the response of R₂ plants to three fungal pathogens of rice, Rhizoctonia solani, Bipolaris oryzae, and Magnaporthe grisea, indicated statistically significant symptom reduction only in the case of R. solani (sheath blight). The increased resistance co-segregated with herbicide tolerance, reflecting a correlation between the resistance phenotype and transgene expression.