转基因玉米花期抗旱性指标与综合评价

山西农业科学2012，40（4）：326-328Journal of Shanxi Agricultural Sciences

转基因玉米花期抗旱性指标与综合评价

贾俊香1，贾炜珑2

（1.山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801；2.山西省农业科学院旱地农业研究中心，山西太原030006）

摘要：采用盆栽法，以非转基因玉米为对照，在水分胁迫下，测定转干旱诱导表达启动子驱动的海藻糖合

酶基因（RT ）、果聚糖合酶基因（PK ）、Ubiquitin 启动子驱动的海藻糖合酶基因（H ）与甜菜碱醛脱氢酶基因（BC ）的玉米植株花期的相对含水量、保水力、叶水势、相对电导率、光合速率与蒸腾速率指标；并采用模糊隶属度对4类转基因材料进行抗旱性综合评价。结果表明，在玉米花期，所选指标均可用来筛选玉米的抗旱性能；转基因材料的抗旱性强于非转基因材料；4类转基因材料的抗旱强度为RT 最强，PK 与BC 居中，H 最弱。

关键词：转基因玉米；花期；抗旱性；评价中图分类号：S513.01

文献标识码：A

文章编号：1002-2481（2012）04-0326-03

Drought Resistance Indexes at Flowering Stage and

Compressive Evaluations in Transgenic Maize

JIA Jun-xiang 1，JIA Wei-long 2

（1.College of Resource &Environment Sciences ，

Shanxi Agricultural University ，Taigu 030801，China ；2.Research Center of Arid Farming ，Shanxi Academy of Agricultural Sciences ，Taiyuan 030006，China ）Abstract ：Non-transgenic maize was used as the control substance,a pot experiment was conducted to study the

drought-resistance of transgenic maize including trehalose synthase gene driven by drought induce （RT

）,fructosan synthase gene （PK ）,trehalose synthase gene driven by Ubiquitin （H ）,betaine aldehyde dehydrogenase （BC ）.Relative water contents,water-holding capacity,relative conductivity rate,photosynthesis rate and transpiration rate were all determined at maize flowering stage under water stress.Fuzzy membership was used to evaluate comprehensively the drought-resistance of four transgenic materials.The results showed that indexes selected were all used to estimate drought-resistance of maize.Drought-resistance of transgenic maize was greater than that of the no-transgenic ones.Drought resistance from RT was the strongest,that from BC and PK neatly equal,and H the weakest.

Key words ：transgenic maize;flowering stage;drought-resistance;evaluation

收稿日期：2011-12-30

基金项目：山西省科技攻关项目（021006）

作者简介：贾俊香（1974-），女，山西原平人，讲师，主要从事植物营养学教学与研究工作。

doi:10.3969/j.issn.1002-2481.2012.04.09

玉米是我国重要的粮食、饲料和工业原料作物[1-2]。我国每年约有50%以上的玉米栽培在干旱、半干旱地区[3]。干旱不仅是我国而且是世界范围内玉米生产的制约因素[4-6]。近些年，利用植物基因工程技术[7-11]，将耐旱基因转入到作物中，培育耐旱品种，以提高作物对干旱的耐受性已成为研

究的热点[12]。然而，

由于缺乏对作物抗旱性指标科学、简便、灵敏的评价方法[13-16]，严重限制了抗旱转基因作物在育种工作中的广泛应用。

本研究通过测定转基因玉米RT ，BC ，PK ，H 与非转基因玉米花期的相对含水量、保水力、叶水势、相对电导率、光合速率与蒸腾速率指标，比较各转基因材料的抗旱性能，旨在为转基因作物

抗旱育种提供科学的抗旱指标和综合评价方法。

1

材料和方法

1.1

供试材料

转基因玉米材料由山西省农业科学院旱地

农业研究中心种质资源实验室提供（表1

），供试材料的母株为综31，共35个。采用基因枪法转入4类不同的基因，即转干旱诱导表达启动子驱动的海藻糖合酶基因（RT ），转果聚糖合酶基因（PK ），转Ubiquitin 启动子驱动的海藻糖合酶基因（H ），转甜菜碱醛脱氢酶基因（BC ），以及非转

基因玉米（CK

）。转基因材料经分子生物学检测表明，RT ，PK 与BC 类材料各9个，H 为8个。

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贾俊香等：转基因玉米花期抗旱性指标与综合评价

1.2试验方法

试验于2002年3—10月在山西省农业科学院旱地农业研究中心抗旱棚中进行。于2002年3月15日，将供试材料播种于装有15kg培养土的塑料盆钵（高为60cm，直径为40cm）中，播前按田间持水量的75%进行浇水。作物生长过程中用时域反射仪（TDR）测定并控制盆钵中土壤水分的变化（采样及其测定指标尽可能在相同的气温条件下进行）。当玉米生长到花期时进行水分胁迫，胁迫的土壤含水量控制在7.8%。胁迫处理5d，在第6天早晨采样测定叶片的光合速率和蒸腾速率（10：00—14：00）、相对含水量、保水力、相对电导率及叶水势。

1.3指标测定

叶片相对含水量采用烘干法测定[16]，24h后保水力采用大气干旱法测定[16]，叶水势采用折射仪法测定[16]，相对电导率采用DDS-11C型电导仪进行测定[16]，光合速率与蒸腾速率采用美国CI-301PS型便携式光合仪测定。

2结果与分析

2.1花期水分胁迫下叶片相对含水量、保水力与叶水势的变化

从表2可以看出，花期水分胁迫下，RT的相对含水量最大，达到59.8%，PK与CK的相对含水量最小，均为51.4%。RT，BC与H转基因玉米材料的相对含水量显著大于PK与CK，而PK与CK间未表现出显著差异。表明，花期时RT，BC 与H转基因玉米材料的保水力强于CK。保水力是指示作物抗脱水的能力。表2显示，RT，H，BC，PK的保水力均显著高于对照，其中，RT最高，达到34.6%；H最低，为18.8%；转基因材料是非转基因材料对照的1.5～2.7倍。花期水分胁迫，RT，PK，BC，H这4类转基因材料的叶水势均显著高于对照，而转基因材料间叶水势无显著差异。2.2花期水分胁迫下相对电导率、光合速率与蒸腾速率的变化

从表3可以看出，RT，PK，BC与H的相对电导率均显著小于对照，分别比对照小44.3%，40.3%，11.9%与9.0%，表明转基因材料的细胞膜受伤害程度轻于对照，转基因材料抵御干旱的能力强于对照。同时，RT与PK，BC与H材料间的相对电导率均无显著差异。RT，PK，BC与H的光合速率范围为2.5～8.3μmol/（m2·s），显著高于对照，表明干旱胁迫下水分亏缺对转基因材料的光合速率影响小于对照。水分胁迫下蒸腾速率的变化与花期光合速率相反，转基因材料的蒸腾速率均显著小于对照，比对照小24.2%～57.6%。转基因材料3个指标与非转基因材料之间均表现出显著差异，同时，4类转基因材料间也表现出不同程度的差异。

2.3测定指标的隶属度及抗旱性综合评价

本研究中，引用各项指标模糊隶属度将每个转基因玉米各项指标测定值进行定量转换，取其平均值作为抗旱性综合鉴定评价的标准。

隶属度计算公式：

U ij＝（X ij－X i min）/（X i max－X i min）（1）

式中，U

ij

为某种基因对于第i项指标的隶属

度；X

ij

为某种基因对于第i项指标的测定值；X

i min 为全部基因第i项指标的最小值；X

i m ax

为全部基因第i项指标的最大值；i为某项指标；j为某个基因。

如果某一指标与抗旱性为负相关，可以用反隶属函数计算其抗旱隶属度值：

表1供试材料

RT

RT0003 RT0022 RT0043①RT0090-1 RT0090-2 RT0090-3 RT0076①-2 RT0076②-1 RT0076②-2

PK

PK0311

PK0317

PK0080②

PK0094②

PK0274②

PK0358②

PK122-1

PK58-1

PK294-1

BC

BC0026

BC0153

BC0152

BC0148

BC0146

BC0268

BC374②-1

BC10-1

BC0006③

H

q4

q14

H33

H49

H29

H397

H38①

H16①

表2花期水分胁迫下叶片相对含水量、

保水力与叶水势的变化

试验材料

RT

PK

BC

H

CK

相对含水量/%

59.8a

51.4c

57.7a

54.7b

51.4c

保水力/%

34.6a

30.0b

28.0b

18.8c

12.9d

叶水势/MPa

-3.1945a

-3.1952a

-3.1946a

-3.1953a

-3.1989b

表3花期水分胁迫下相对电导率、光合速率

与蒸腾速率的变化

试验材料

RT

PK

BC

H

CK

相对电

导率/%

14.4c

15.4c

22.7b

23.5b

25.8a

光合速率/

（μmol/（m2·s））

8.3a

2.5b

2.8b

2.7b

1.1c

蒸腾速率/

（mmol/（m2·s））

1.4c

2.1b

2.5b

1.5c

3.3a

327

··

U ij（反）＝1－（X ij－X i min）/（X i max－X i min）（2）将不同转基因材料所有指标的隶属度值累

加，求其平均隶属度值：X i＝1

n

n

j＝1

ΣX ij（3）

平均隶属度值越大，表明其抗旱性越强。

叶片相对含水量、保水力、叶水势和光合速率与玉米抗旱性呈正相关，根据隶属度计算公式（1）计算其平均隶属度值；相对电导率和蒸腾速率与玉米抗旱性呈负相关，根据隶属度计算公式（2）计算其平均隶属度值，最后根据公式（3）统计出最终的隶属度值（表4）。

从表4可以看出，在所选指标下，RT，BC，PK，H的平均隶属度值分别为1.00，0.56，0.56与0.48，4类转基因材料的隶属度值均大于对照，表明，通过转基因可以提高玉米花期的抗旱性，但不同转基因材料的抗旱性不同，根据平均隶属度值越大，抗旱性越强，得出在玉米花期，转RT基因材料的玉米抗旱性最强；转PK，BC基因材料的玉米抗旱性居中；转H基因材料的玉米抗旱性较弱。说明抗旱性最强的为转干旱诱导表达启动子驱动的海藻糖合酶基因材料。

表4抗旱指标的模糊隶属度

H 0.39 0.27 0.82 0.22 0.20 0.95 0.48 3CK 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 4

指标

相对含水量保水力叶水势相对电导率光合速率蒸腾速率平均值

位次RT

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1

PK

0.00

0.79

0.84

0.19

0.91

0.63

0.56

2

BC

0.75

0.70

0.98

0.24

0.27

0.42

0.56

2

3结论与讨论

玉米是需水量较大的作物，花期又是玉米营养生长、生殖生长并进的旺盛生长期，水分亏缺会严重影响其生长。与苗期水分胁迫下相似[4]，本研究中不同转基因材料在不同指标间表现出不一致的抗旱能力。转PK基因材料的玉米花期水分胁迫下，相对含水量与对照无显著差异，而在保水力指标中不仅显著高于对照，而且还高于转H基因材料的玉米。本研究采用模糊隶属度方法[12]综合评价玉米花期转基因材料的抗旱性，结果表明，转基因玉米的抗旱性均不同程度高于非转基因玉米，且抗旱性大小为：RT最强，PK与BC居中，H最弱。所选指标相对含水量、保水力、叶水势、相对电导率、光合速率、蒸腾速率均可以应用到转基因材料抗旱品种的筛选中。

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山西农业科学2012年第40卷第4期328

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