影响小麦遗传转化的因素及山菠菜BADH 基因导入研究

本研究在前人研究工作的基础上，以小麦转化系统的建立和完善为前提，将BADH基因导入小麦，获得外源BADH基因表达的小麦转基因植株。 （1）小麦不同基因型、不同外植体和不同器官对PPT或bialaphos选择的反应不同，两种试剂对小麦转化体的选择具有同样效果。轰击后的受体材料经过2-3天的恢复生长且植株分化时不用PPT选择可以提高转化效率。冀885-443和石90-4185两个品种对PPT敏感程度适中，具有较强的植株再生能力，得到的转基因植株数和转基因频率均较高。 （2）用pAHC25质粒转化冀885-443等小麦品种取得成功，获得转基因植株12株，平均转基因频率为0.4%。Southern杂交结果表明bar基因已经整合到小麦基因组中。根据研究结果认为，过快过高地提高PPT浓度是造成转基因频率低的主要原因。 （3）采用基因枪法成功地将山菠菜BADH基因（pABH9）导入到冀885-443等品种中。PCR检测和Southern杂交分析证实获得26株转基因植株，不同品种转化频率介于0.3-2.7%，外源BADH基因在转基因植株的叶片内表达。在胁迫条件下有15株转基因植株的BADH酶活力单位明显超过亲本;有6株的相对电导率显著比亲本低，说明这些植株在胁迫条件下细胞受到损伤比亲本低。 （4）采用花粉管通道法向小麦转化pAHC25，筛选出62株抗PPT，转化频率为3.97%。采用农杆菌介导转化冀885-443的成熟胚和幼胚愈伤组织，在转化愈伤组织中观察到gus基因的表达，也得到抗G418的愈伤组织，但没能得到再生植株。

BADH基因转化番茄提高耐盐性的研究

甜菜碱是植物在盐、干旱或其它胁迫下在细胞中迅速积累的一种相容性有机小分子化合物，它在细胞中的积累与植物抗盐性的提高密切相关。甜菜碱醛脱氢酶（BADH）催化甜菜碱醛转化为甜菜碱。我们将来源于耐盐植物山菠菜（Atriplx hortensis L.）的BADH基因通过农杆菌介导法导入‘百丽春’番茄(Lycopersicon esculentum L. ‘Bailichun’)中，并获得15株转化植株，PCR、Southern和Northern检测表明，其中的6株有外源BADH基因的整合，5株中BADH基因能够正常表达，但不同植株间BADH基因的表达水平和BADH酶活力有较大差异。对叶片电导率的测定表明，转基因植株比野生型的耐盐性有较大提高。T1代分析表明，检测的两个转基因株系后代遵循孟德尔分离规律，90mmol/L NaCl胁迫下种子发芽率提高了2~4倍，幼苗的苗高、根长和须根数三个指标均明显优于对照。部分T1代植株在水培条件下能够耐受180mmol/L NaCl胁迫。 植物耐盐的另一机理就是利用液泡膜上存在的转运蛋白将细胞内的有毒离子区域化。我们将已转入编码转运蛋白基因AtNHX1的番茄品种‘Moneymaker’（L. esculentum‘Moneymaker’）株系X1OEA1通过农杆菌介导法转入山菠菜BADH基因，以期获得转双基因耐盐番茄。目前已获得转基因植株，PCR结果证明部分抗性幼苗中已整合了BADH基因，其它各项分子检测正在进行中。

SeNHX1和BADH基因提高植物耐盐性的研究

土壤的盐碱化问题已经严重影响到世界范围内许多重要作物的生产。培育耐盐作物是解决这一问题的最有效途经。利用耐盐相关基因的转化可以在不改变或很少改变植物其它性状的情况下提高植物的耐盐性，因此基因工程方法对于改良植物耐盐性及其机理的研究具有重要的意义。目前植物耐盐基因工程从调控渗透调节物质和盐离子区隔化两个方面开展了较多的研究。已经获得一些耐盐性提高的转基因植物。 本研究拟用耐盐性较强植物山菠菜中的甜菜碱合成关键基因BADH和盐生植物盐角草的液泡膜Na+/H+ anitiporter基因SeNHX1对模式植物烟草进行转化，以确定其各自在耐盐性方面所起的作用。同时，现有的研究表明植物的耐盐性是多基因控制的复杂性状，因此拟把SeNHX1和BADH 这两个涉及不同耐盐机理的基因构建到同一个植物表达载体上，以比较单基因转化和双基因转化在提高植物耐盐性方面的优劣。除此之外，并对已经转入BADH基因番茄的耐盐性和遗传稳定性分析进行了研究。 转BADH基因番茄已经稳定遗传到T4世代。通过对5个转BADH基因番茄株系在T0世代、T3世代和T4世代的分析，表明除了株系T4-3由T0世代的3个拷贝变为1个拷贝外，其余各株系拷贝数均没有发生变化。外源基因编码的酶活性和最终催化产物甜菜碱在盐分胁迫下都能较容易的检测到，说明外源基因在番茄基因组中的遗传是稳定的，没有发生丢失。在连续2个世代的耐盐性鉴定中，各转基因株系的耐盐性较为一致，均比野生型有了较大的提高。其中株系T4-5连续2年表现出了较低的减产率，株系T4-8也在连续的2年中表现出了最高的单株产量。盐分胁迫下转BADH基因各个株系比野生型有较高的K+和Ca2+含量，较低的Na+含量，转基因株系较野生型有较低的脐腐病果率。 通过SeNHX1、BADH单独转化以及构建双价载体共转化的方法获得了3种类型的转基因烟草。Southern和Northern 检测结果表明，外源基因已经整合到烟草基因组中，并得到了正确的表达。转BADH基因烟草在盐分胁迫下能检测到明显的BADH酶活性和甜菜碱含量。转基因烟草T0代对盐分胁迫、氧化胁迫的抗性均较野生型对照有较大的提高。转基因株系在200 mM NaCl胁迫下较野生型有较高的光合速度。百草枯处理过的野生型叶盘比转基因株系积累了更多的丙二醛，表明野生型受到了更大的氧化胁迫。 已经获得3种转不同基因烟草的T1代，且T1代具有较强的耐渗透胁迫能力。转基因烟草的T0种子均能在含100 mg/L 卡钠霉素培养基上发芽和正常生长，其中部分种子能够在含200 mM NaCl 培养基上发芽并能较好的生长，而野生型根本不能发芽。从200 mM甘露醇胁迫1周后，又转移到营养液中的生长1周的情况来看，转基因烟草能较快的恢复正常的生长，有新的叶子和根长出，而野生型却不能，同时转基因株系比野生型具有更大的单株鲜重。 转BADH基因番茄在遗传上是稳定的，并且其耐盐性有了较大的提高。双基因转化烟草的抗盐性要好于单基因转化，但SeNHX1基因转化要好于BADH基因转化。说明SeNHX1基因在提高植物耐盐性方面要比BADH基因有更强的功能，同时，也表明多基因转化在植物的耐盐改良方面可能是一个更为有效的方法。

抗盐、耐海水蔬菜的生物技术培育与海水无土栽培应用

本研究是以植物起源于海洋的系统进化理论和植物细胞的全能性理论为依据的。 对芹菜(Apium graveolensL．)、油菜(B. rapa, chinese group)、叶用甜菜(Beta vulgaris(L.)Koch, Cicla group)、甘蓝(B. oleraceae, acephala group)、豆瓣菜(A'asturtiumofficinale R．Br*.）、番杏（Tetragonla expansa Ait.)、菠菜(Spinacia oleracea　L．)等蔬菜种类进行大规模种质资源筛选和鉴定， 从芹菜、油菜、叶用甜菜等植物中筛选出20多种能够耐受l%NaCI或1/3海水盐度的蔬菜品系。在耐盐蔬菜品种资源筛选的基础上，为了证明用生物技术提高盐敏感蔬菜耐盐性的可行性，本研究以植物体外培养细胞体系为操作平台，对盐敏感的蔬菜一一豆瓣菜进行了生物技术改造。一方面，筛选豆瓣菜的耐盐细胞变异体并使得耐盐细胞再生植株，获得了耐1/3海水的豆瓣菜变异体;另一方面，通过将盐生植物山菠菜(Atriplex hortensisL)的耐盐相关基因，甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因转入豆瓣菜，使得BADH基因在豆瓣菜中过量表达和积累甜菜碱，提高了豆瓣菜的渗透调节能力，从而提高了豆瓣菜的耐盐性。同时，本研究还将所获得的多种抗盐、耐海水蔬菜材料以海水无土栽培的方式进行生产和应用， 取得了很好的效果。 本文的结果证明了在陆地淡水栽培的蔬菜和野生蔬菜资源中，存在着部分耐盐性较强的蔬菜种质;通过生物技术改造能够提高盐敏感蔬菜的耐盐性，并获得抗盐、耐海水的蔬菜新品系。对这些抗盐、耐海水蔬菜材料进行1/3海水无土栽培应用的成功结果表明，某些陆地蔬菜具有重新适应海洋生境的潜能。

药蒲公英(Taraxacum officinale Weber)体外再生体系的建立、耐盐愈伤组织筛选和抗盐基因转化

药蒲公英(Taraxacum officinale Weber)是菊科蒲公英属的模式种，主要分布于欧洲和北美，在我国新疆也有少量分布。与Taraxacum mongolicum Hand-Mazz(我国中药市场的主流种和主要自然分布种)相比，药蒲公英的生物量更大，作为营养保健蔬菜具有更大的市场价值。药蒲公英的组织培养工作是开展基础研究的有力工具，本工作中，药蒲公英叶片外植体在含0.2mg/L IAA和1.0mg/L TDZ的MS培养基中培养2周后便产生大量的丛生芽，在含有0.5mg/L 2,4-D和2mg/L6-BA的MS培养基中培养30天后，形成明显的愈伤组织，愈伤组织块在含1.0mg/L 6-BA的MS培养基中成功再生。 体细胞无性系变异是植物愈伤组织培养中的普遍现象，我们将继代6次的愈伤组织接种于含盐培养基，得到了能够耐受1.0%NaCl的细胞系。耐盐细胞系在含盐培养基中的相对生长率和细胞活力明显高于对照（非耐盐细胞系接种于含盐培养基），由耐盐细胞系在含盐培养基中获得再生植株的工作正在进行。 直接不定芽再生途径对遗传物质具有高度保真性，是遗传转化的理想体系。我们利用此再生系统，将来源于耐盐植物山菠菜(Atriplex hortensis L.)BADH基因通过农杆菌介导的叶盘转化法导入药蒲公英，获得了PCR检测成阳性的转基因植株5株，从而建立了药蒲公英的转化体系。转基因植株的其他分子检测和耐盐性鉴定工作正在进行。

农杆菌介导的双价抗盐基因转化番茄的研究

近年来，植物耐盐生物技术研究取得了可喜的进展，特别是通过抗盐基因转化在一定程度上使植物的耐盐性得到了提高。然而，植物的耐盐性是一个多基因控制的复杂性状，依赖于多个基因之间的相互作用。因此，只是将单个基因导入植物获得的抗逆性还是远不能达到满意的效果。一般认为，将多个与耐盐相关的基因转入到同一个植物（即所谓的“复合基因转化”）将会大大提高转基因植物的耐盐能力。 渗透调节是植物抵御盐胁迫的主要方式。植物渗透调节的方式分为两类：一是在细胞中吸收和积累无机盐，如通过离子通道、Na+/H+逆向运输蛋白和ATP酶/H+泵;二是在细胞中合成有机溶质，如脯氨酸和甘氨酸甜菜碱。 我们通过农杆菌介导法向转AtNHX1（拟南芥Na+/H+逆向运输蛋白编码基因）的番茄（Lycopersicum esculentum L. ‘Moneymaker’）株系X1OEA1自交二代植株（T2）中转入山菠菜甜菜碱醛脱氢酶基因（BADH）。PCR、Southern、RT-PCR和甜菜碱含量分析结果证明，BADH已经整合到目标植物基因组，并在转基因植株中转录和翻译表达。叶绿素荧光（Fv/Fm）、相对电导率（Rc/Rc’）、叶绿素含量（Chla+b）、叶绿素a/b比（Chla/b）和光合速率（Pn）测定结果表明，在200 mM NaCl 胁迫下，二次转化的番茄植株各项生理指标均优于转单基因AtNHX1的番茄。初步证明“复合基因转化”有助于进一步提高植物的耐盐性。同时对番茄的转化系统进行了优化，结果表明使用抗生素‘特美汀’作为抑制农杆菌的抗生素的转化效率明显高于使用头孢霉素。

菠菜甜菜碱醛脱氢酶的研究

本实验以菠菜叶片为材料，分离并纯化了甜菜碱醛脱氢酶（BADH，EC 1.2.1.8），并对其某些性质进行了研究。此外，还提取并纯化了poly (A)+RNA，并对其完整性进行了分析，主要结果如下： 1.菠菜甜菜碱醛脱氢酶存在于60％硫酸铵沉淀部分，70％硫酸铵沉淀部分未检出其活性。用层析法纯化该酶，使纯化倍数达到405.3倍。菠菜甜菜碱醛脱氢酶有两个同工酶。 2.菠菜甜菜碱醛脱氢酶主要定位于胞液中。其中，在过氧化物酶体及微粒体中有一定量活性存在，但在叶绿体中未检出其活性。 3.菠菜甜菜碱醛脱氢酶活性有较广的pH值范围，其最适pH范围为9.5左右。该酶以NAD作为特异性辅酶，其Km值为8.0×10-6M, Vmax为0.143nmol/min。该酶以甜菜碱醛作为特异性底物，其Km值为1.82×10-4M，Vmax为0.182nmol/min。该酶活性为0.125～1M的NaCl、KCl和脯氨酸所抑制，但0.125～1M的蔗糖及甜菜碱对其活性没有影响。 4.PCMB和Mersalyl抑制该酶的活性，DTT可逐步恢复被抑制的活性。稀土元素LaCl3对该酶活性没有影响，但CeCl则使其完全失活。另外，Mn2+和Mo6+离子对其活性没有影响，Mg2+离子可增加其活性。 5.菠菜叶片中有菠菜甜菜碱醛脱氢酶的抑制因子存在，该因子可能是一种小分子化合物。 6.应用酚-氯仿方法分离了菠菜叶片的poly (A)+RNA，并在-80℃低温下长期贮存。

甜菜碱提高植物光合作用对逆境抗性机理的研究

从菠菜中克隆甜菜碱醛脱氢酶( betaine aldehyde dehydrogenase，BADH)基因并转化烟草， 研究转基因烟草光合作用对高温和盐胁迫等环境胁迫的抗性机理，利用外源甜菜碱研究在正常条件下对植物光合作用的影响以及在盐胁迫下外源甜菜碱对玉米幼曲光合作刚的保护机理。主要结果如下： 转BADH基因烟草中能合成甘氨酸甜菜碱，合成的甜菜碱主要积累于叶绿体中。转BADH 基因烟草提高了对高温胁迫的抗性，在中度高温胁迫下，转基冈烟草生长利光合作用对高温 的抗性增强。中度高温胁迫下，转基冈烟草光合作用的维持是由于甜菜碱对Rubisco活化酶的保护作用。在中度高温胁迫下甜菜碱通过维持Rubisco活化酶的活化态以及阻止Rubisco 活化酶山可溶性问质向类囊体的聚集，从而维持了Rubisco活化酶的活性，进而维持了C02 的同化。在严重高温胁迫下，烟草光系统II受到影响，转BADH基冈烟草通过提高体内抗氧化酶系统的功能，减轻了高温胁迫对光合机构造成的活性氧伤害，高温胁迫下转基因烟草体内抗氧化酶如SOD、APX、GR等酶活性明显高于野生型。在高温胁迫下，证明了甜菜碱对光系统II的保护作用主要在氧化侧，严重高温胁迫下，转基因烟草维持较高的PSII活性。 转BADH基因烟草提高了对盐胁迫的抗性，盐胁迫下转基因烟草光合作用的维持与盐胁迫下转基因烟草较高的气孔导度和抗氧化酶活性的提高有关。 外源甜菜碱在正常的非胁迫条件下对植物的生长有促进作用，而这一作用与光合速率的提高有关。通过对气孔导度、光合碳同化关键酶以及叶绿素荧光分析证明，甜菜碱对光合作用的促进与气孔导度的提高有关，同时甜菜碱提高了光系统ll的实际光化学效率。 外源甜菜碱提高了盐胁迫条件下植物的抗性，抗盐性的提高与盐胁迫下甜菜碱对气孔导度的提高以及维持较高的光系统II光化学活性有关。

Expressão gênica diferencial em palmitos de cana-de-açúcar submetida a diferentes períodos de estresse hídrico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)