玉米高親和鉀轉(zhuǎn)運(yùn)體基因zmhak1的遺傳轉(zhuǎn)化及耐低鉀特性研究

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1、玉米高親和鉀轉(zhuǎn)運(yùn)體基因ZmHAK1的遺傳轉(zhuǎn)化及耐低鉀特性研究TheGeneticTransformationoftheHigh-affinityPotassiumTransporterGeneZmHAK1inMaizeandResistancetotheStressfromaLowAmountofPotasssium作者姓名：張婷婷專業(yè)名稱：植物營養(yǎng)學(xué)指導(dǎo)教師：鞠會(huì)艷學(xué)位類別：農(nóng)學(xué)碩士答辯日期：2015年6月7日中文摘要玉米高親和鉀轉(zhuǎn)運(yùn)體基因ZmHAK1的遺傳轉(zhuǎn)化及耐低鉀特性研究玉米作為最重要的糧食作物之一，在我國乃至全世界的糧食生產(chǎn)中都占有重要地位。而鉀作為植物必需

2、的營養(yǎng)元素，對玉米的生長發(fā)育以及產(chǎn)量有著不可替代的作用。但目前，我國耕地土壤普遍缺鉀，同時(shí)，鉀肥資源匱乏，嚴(yán)重依賴進(jìn)口，因此鉀素不足已經(jīng)成了玉米品質(zhì)和產(chǎn)量提高的一種限制性因子。為了有效緩解這一矛盾，有學(xué)者提出可以利用植物對環(huán)境的遺傳多樣性,充分發(fā)掘玉米優(yōu)良基因型,通過基因工程等技術(shù)手段改良創(chuàng)制鉀高效利用的玉米新種質(zhì),提高玉米對鉀的吸收和利用效率,解決土壤缺鉀與植株需鉀這一尖銳矛盾。本研究將構(gòu)建好的攜帶玉米高親和鉀轉(zhuǎn)運(yùn)體基因ZmHAK1的pCambia1301-ZmHAK1表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌EHA105后，利用花粉管通道法將目的基因轉(zhuǎn)化到對低鉀脅迫較敏感的玉米自交系中。

3、在三葉期對轉(zhuǎn)化植株進(jìn)行Basta篩選，篩選后對存活的的抗性植株分別進(jìn)行BAR基因和目的基因的PCR檢測,檢測結(jié)果表明已經(jīng)獲得了轉(zhuǎn)ZmHAK1基因的玉米陽性植株。對繁育獲得的T2代轉(zhuǎn)化玉米植株分別進(jìn)行BAR基因和目的基因的跟蹤檢測，以檢測得到的T2代轉(zhuǎn)化玉米陽性植株為材料進(jìn)行RT-PCR和qRT-PCR實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，目的基因在轉(zhuǎn)化玉米植株體內(nèi)能夠轉(zhuǎn)錄。通過對ZmHAK1基因在轉(zhuǎn)化玉米植株體內(nèi)表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)該基因在根和莖中表達(dá)量較高，并且受一定低鉀脅迫水平的誘導(dǎo)表達(dá)。對轉(zhuǎn)化玉米根中ZmHAK1基因在不同時(shí)間低鉀脅迫處理下的表達(dá)進(jìn)行分析，結(jié)果表明根中ZmHAK1基因在72

4、h的表達(dá)量達(dá)到最高。利用水培試驗(yàn)對轉(zhuǎn)化玉米植株和自交系對照進(jìn)行低鉀脅迫處理，結(jié)果表明轉(zhuǎn)化玉米植株的吸鉀量、鉀利用指數(shù)及根形態(tài)等多個(gè)指標(biāo)數(shù)值均高于自交系對照，表現(xiàn)出一定的耐低鉀特性。通過對體現(xiàn)植株抗逆程度和受傷害程度的一系列生理指標(biāo)如SOD活性、MDA含量及脯氨酸含量等測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化玉米陽性植株在低鉀脅迫環(huán)境中，細(xì)胞受傷害程度明顯低于自交系對照，進(jìn)一步說明轉(zhuǎn)化玉米耐低鉀脅迫能力較自交系對照有所提高，能夠?qū)Φ外浢{迫產(chǎn)生響應(yīng)。I關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)化玉米，花粉管通道法，高親和鉀轉(zhuǎn)運(yùn)體基因，鉀素IIAbstractTheGeneticTransformationoftheHigh-

5、affinityPotassiumTransporterGeneZmHAK1inMaizeandResistancetotheStressfromaLowAmountofPotasssiumThemaizeasthemostimportantfoodcrops,playsanimportantroleinbothour+countryandthewholeworld.Kisanessentialmacronutrientrequiredbyplantstocompletetheirlifecycle.Itfulfillsirreplaceablefunctionsan

6、dpotashiswidelyusedasafertilizertoincreasecropproduction.However,potassiumisseverelydeficientincultivatedsoilwhilepotashresourcesarescarce.So,potassiumfertilizerisheavilydependentonimports.Thereforepotassiumdeficiencyhasbecomealimitingfactortoincreasethequalityandyieldofmaize.Inordertoe

7、ffectivelyresolvethisconflict,somescholarssuggestedweshouldtakeadvantageofthegeneticdiversityofplantsinnature,toexploitthesuperiorgenotypesofmaizeandmodifymaizetocreateefficientpotassium-uptakebreedbygeneticengineeringtechnologytoimprovetheefficiencyofmaizetoabsorbandutilizepot