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土壤逆境如土壤盐渍化、重金属污染、养分亏缺是困扰我国农业生产的主要问题之一。近年来研究表明,通过提高植物抵御土壤逆境胁迫的能力,进而利用植物改良和治理逆境土壤是解决此问题的手段之一。此外,一些报道表明植物抗坏血酸过氧化物酶(APX)和它的活性调节因子14-3-3蛋白在调控植物抵御土壤逆境胁迫过程中可能扮演重要角色。因此,本文以野生型番茄、野生型拟南芥、转APX拟南芥、转TFT7拟南芥为材料,以盐害、锌毒、缺氮、缺磷、缺钾、缺铁胁迫为处理手段,以转基因手段、real-time RT-PCR、生理生化分析为技术平台,研究了土壤逆境胁迫下APX和14-3-3蛋白在植物体内的生理角色,为进一步的深入研究提供一些理论依据。取得的主要研究结果如下:
1)建立了筛选和培养转基因拟南芥T2代种子的新方法。和传统方法相比,新方法有以下优点:(a)新方法能在自然的条件下筛选转基因拟南芥株T2代种子,不必像传统方法那样需在无菌的条件下筛选,既省时又省力;(b)新方法为原位筛选方法,不必像传统方法那样需将抗性苗从无菌的生长环境转移到蛭石或其它生长环境,没有因驯化失败造成苗丢失的风险:(c)新方法筛选的抗性苗生长势好于传统方法,为较早获得转基因纯合系赢得了时间。
2)以过量表达HvAPXI(大麦的pAPX)拟南芥和野生型对照(Columbia)为材料,研究了植物的耐盐机制,结果表明:(a) pAPX在植物耐盐过程中扮演重要角色;(b) HvAPX1是利用转基因工程提高作物耐盐的候选基因之一。
3)以过量表达HvAPXl拟南芥和野生型对照(Columbia)为材料,研究了植物耐锌毒的机制,结果表明:(a) pAPX在植物耐锌毒过程中扮演重要角色;(b)HvAPXI可能是利用基因工程手段构建用于“植物修复”大生物量植物的候选基因之一。
4)以苗期番茄根为研究材料,应用real-time RT-PCR技术手段,研究了土壤逆境胁迫下(缺钾、缺铁、盐胁迫)14-3-3基因家族的表达谱。结果表明:(a)14-3-3在调控植物抵御盐害、缺钾和缺铁胁迫过程中扮演重要角色;(b)番茄体内14-3-3蛋白的表达形式和它的进化树的位置不尽一致;(c)番茄14-3-3基因家族成员表现出isoform-specificity特性;(d) TFT7(番茄14-3-3基因家族成员之一)可能是植物适应缺钾、缺铁、盐胁迫过程中信号通路。
5)以过量表达TFT7拟南芥和野生型对照(Columbia)为材料,研究了植物的耐盐机制,取得如下重要结果:(a)转TFT7拟南芥耐盐的机制可能与体内的离子稳态平衡无关;(b)转TFT7拟南芥耐盐的机制能被体内氧化胁迫伤害程度减轻所解释;(c) TFT7在调控植物耐盐过程中扮演重要角色,是利用转基因工程提高作物耐盐的候选基因之一。
6)初步研究结果表明,TFT7在植物耐缺磷胁迫过程中可能扮演重要角色。