干旱胁迫对分蘖期转基因水稻抗旱性生理生化指标的影响

安徽农业科学。 J o u na r l o f A n h u i A g n.S c i . 2 0 1 3。 4 1 ( 1 1 ): 4 7 4 7—4 7 4 9, 4 7 9 6

责任编辑

朱琼琼

责任校对

卢瑶

干旱胁迫对分蘖期转基因水稻抗旱性生理生化指标的影响 尉荣蓉,隋亚珍,许萌萌,刘杨,赵昕 (首都师范大学生命科学学院,北京1 0 0 0 4 8 ) 摘要[目的]通过比较野生型日本晴株系水稻 wT和 O s C A S基因过表达株系水稻 7 7 7在分蘖期的抗旱性生理生化指标,分析 O s C A S基因高表达株系水稻的抗旱能力。[方法]用1 0%和 1 5%的 P E G模拟干旱胁迫,测定 2种株系水稻的 C A T、 P O D和 S O D活性及 MD A和 P r o含量。[结果]在1 0%P E G处理下, wT和 7 7 7的 3种保护酶活性均有增加;在1 5%P E G处理下,硎 T的 3种保护酶活性明显降低, 7 7 7 的 3种保护酶却能够保持相对较高的活性;此外, 和7 7 7的 M D A和 P r o含量都随干旱胁迫程度的加深而增加,在同一胁迫条件下 WT的 MD A和 P ro含量要明显高于 7 7 7的。[结论] O s C A S基因高表达株系7 7 7在分蘖期较 WT对干旱有较强的抗性,特别是在严重干 旱胁迫 ( 1 5%P E G)时优势尤为明显。

关键词干旱胁迫; O s C A S基因;水稻;生理生化指标中图分类号 S 1 8 8 文献标识码 A 文章编号 0 5 1 7— 6 6 1 1 ( 2 0 1 3 ) 1 1— 0 4 7 4 7— 0 3 Ef fe c t s o f Dr o u g ht S t r e s s O i l Phy s i o l o g i c al a n d Bi o c h e mi c a l I nd i c e s o f Dr o ug h t - r e s i s t a n c e i n Ge n e ic f ̄l y Mo di ie f d Ri c e Ti l l e r i n g St a g e

WEI Ro n g - r o n g e t a l ( C o l l e g e o f L i f e a n d S c i e n c e,C a p i t a l N o r ma l U n i v e r s i t y, B e i j i n g 1 0 0 0 4 8 )

A b s t r a c t [ O b j e c t i v e] T

o s t u d y t h e d r o u g h t r e s i s t a n c e o f 7 7 7( a k i n d o f r i c e w i t h O s C A S g e n e o v e r e x p r e s s i o n ), w e c o m p a r e d t h e p h y s i o l o g i e a l a n d b i o c h e mi c a l i n d i c e s o f d r o u g h t— r e s i s t nc a e b e t w e e n t h e WT ( a k i n d o f w i l d i r c e, N i p p o n b a r e ic r e )a n d 7 7 7 .1 Me t h o d l T w o d i f f e r e n t d r o u g h t r e s i s t a n t v a r i e t i e s w e r e t r e a t e d b y 1 0% a n d 1 5%P E G.T h e i r C A T, S 0D a n d P O D a c t i v i t y a n d P r o a n d MDA c o n t e n t s we r e me a s u r e d .1 R e s u l t l Th e r e s ul t s i n d i c a t e d t h a t u nd e r 1 0% PEG t r e a t me n t,t h e CAT.S 0D a n d P OD a c t i v i t y we r e i n e r e a s e d i n b o t h W T a n d 7 7 7. Un d e r 1 5% P EG t r e a t me n t。t he CAT.S OD a n d POD a c t i v i t y d e c r e a s e d i n W T b u t ma i n t a i n e d r e l a t i v e l y hi g h e r l e v e l i n 7 7 7. I n t h e t wo d i f f e r e n t v a r i e t i e s,t h e MDA a n d P r o c o n t e n t a ug me n t e d wi t h P EG c o n c e n t r a t i o n i n c r e a s i n g .T he r e we r e mo r e ro P nd a MDA i n WT t ha n 7 7 7 u n d e r t h e s a me d r o u

g h t

s t r e s s .[ C o n c l u s i o n] I n i f l l e i t n g s t a g e, t h e 7 7 7 h a s a s t r o n g e r a b i l i t y t o r e s i s t nt a t h e d r o u ht g s t r e s s t h a n t h e W T, e s p e c i a l l y u n d e r s e r i o u s d r o u g h t s t r e s s( 1 5% P EG ) .

Ke y wo r d s Dr o u ht g s t r e s s; C H. s g e n e:R i c e;P h y s i o l o g i c l a a n d b i o c h e mi c a l i n d i c e s

世界上干旱半干旱地区约占总土地面积的 3 6%,占总耕地面积的 4 2 . 9%E 1]。在农业生产中,经常会出现频率高、分

系的抗旱性。 在干旱胁迫条件下,植物会产生一系列的生理变化,其中生物活性氧的积累会导致脂膜过氧化作用,造成膜系统的

布地域广、延续时间长的干旱,对粮食生产造成不可估量的损失。全世界每年因此而造成的粮食生产损失几乎等于其他所有环境因子造成损失的总和,因此作物抗旱一直是人们研究的热点问题。c a 2 是植物细胞的第二信使,调节多种生理生化过程,外源 c a处理能提高植物的抗旱性。近 年来,在拟南芥中发现了一种外源 C a“的敏感受体蛋白—— c A S ( c a l c i u m—s e n s i n g r e c e p t o r )蛋白。该蛋白大小为

损伤,脂膜过氧化的最终产物丙二醛(M D A)可与细胞膜上的蛋白质、酶等结合、交联而使之失活,从而破坏生物膜的结构与功能,而细胞内存在一些清除活性氧的保护酶系 统( S O D、 C A T、 P O D),它们的协调作用可清除过剩的氧自由基,防止细胞受到伤害“ 。遭受胁迫的植物细胞内表现为大量积累脯氨酸性的重要生理指标。 1材料与方法 1 . 1材料实验水稻品种为:野生型日本晴株系 WT和转 O s C A S基因株系 7 7 7,均种植在杭州水稻种植基地,于自然条

,因此有学者将脯氨酸作为抗胁迫

4 0 k D,位于叶绿体

的类囊体膜上,能够感受外源 c a的浓度变化并引起胞质中 c a 2 的瞬间振荡,并与气孔的关闭有着密 切的联系。在序列分析中发现 C A S蛋白中含有一个类似于硫氰酸酶的结构域,该结构域在一些抗逆反应中具有 一

定的作用

。用拟南芥 C A S基因序列在 G e n e B a n k中比

件下培养进行生长。

对,在水稻中发现了与之相似性很高的序列,采用同源克隆的策略,在水稻中克隆得到了 O s C A S基因,分析发现 O s C A S 基因序列中也包含类似硫氰酸酶的结构域,且O s C A S基因的

1 . 2干旱胁迫处理

待幼苗长至分蘖期时,选取长势相同

的植株移至 H o a g l a n d完全培养液中培育缓苗。待植株适应水培后,对植株进行 P E G干旱处理。P E G用 H o a g l a n d完全培养液配制成用于试验处理的原液。中度干旱胁迫为 1 0% P E G处理,严重干旱胁迫为 1 5%P E G处理,对照为不含 P E G 的培养液。处理 7 2 h后取样测量各项生理生化指标。材料的培养主要在相对湿度为 7 0%~7 5%、光照时间 1 2 h/ d,温

表达对水稻的生长发育非常重要,当该基因的表达受到抑制 时,植株表现出长势弱、抽穗晚、抗逆(盐)性降低等现象。笔者所在实验室还利用农杆菌转化的方法,将该基因转入水稻,建立了能够稳定遗传的 O s C A S高表达株系 7 7 7 J。在文中,笔者通过检测野生型株系 ( wT )和转基因株

度为 2 8℃的培养室中进行。 1 . 3生理生化指标的测定植物体内的保护酶 S O D、 P O D、 C A T活力的测定均使用南京建成试剂盒完成,试验操作按试

系( 7 7 7 )的抗旱性生理生化指标来研究

s基因过表达株

基金项目 国家自然科学家基金青年基金项目( 3 0 9 0 0 7 7 1 );北京市自 剂盒对应的说明书进行;丙二醛 ( MD A)含量的测定采用硫代然科学基金面上项目( 5 1 0 2 0 0 6 )。 作者简介尉荣蓉( 1 9 8 7一),女,山东烟台人,硕士,从事植物抗逆性研巴比妥酸法… ;叶片脯氨酸含量的测定采用酸性茚三酮比 收稿日期 究, E- ma i l: w e i r o n g r o

n g s mi l e@1 6 3 . c o n。}通讯作者。 r 2 0 1 3 - 0 3 - 1 7

色法。

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