植物抗旱基因工程的研究进展1
DREBs、bZIP转录因子与植物抗旱性研究进展
ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ） ，进 而参与 逆境 信号 的传递 ，调 控 下游 逆
境应答 基 因的表 达 ，提高 植物在 逆境条 件下 的适应 性 和耐受 能力 。
１ 植 物对 干旱信 号的感 知和传 导 植 物 抗 旱机 能 的实 现要 通 过对 水分 胁 迫感 知 、
胺 、无机离 子 （ 如Ｋ ） 等 ，以调 节植 物 细胞 内渗
题 ，全 球 干 旱 半 干 旱 地 区 约 占陆 地 面 积 的 ３ ５ ％， 遍 及世 界 ６ ０多个 国家 和地 区。 中 国是受 干 旱 影 响 严 重 的农 业 大国 ，据 水利 部 统 计 ， “ 十五”期 间， 全 国农 田受 旱 面 积年 均 达 ２ ５ ６ ７ 万 ｈ ｍ ，平 均 每年
关 键 词 ：Ｄ Ｒ Ｅ Ｂ ｓ ； ｂ Ｚ Ｉ Ｐ ；转 录 因 子 ； 植 物 抗 旱 性 中图 分 类 号 ：Ｓ ３ ３ ２ ． ４ 文献 标 志 码 ：Ａ 文 章编 号 ：０ ５ ２ ８ — ９ ０ １ ７ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ １ ． ０ ０ ９ ８ — ０ ５
水 资源短 缺 、干旱是 目前公认 的全球性 环境 问
表 现 出正 常蛋 白合成 受阻 ，诱 导合 成特 异蛋 白即逆 境蛋 白Ｅ ２ “ 。通 常 ，植 物许 多基 因的表 达需 要 通过 特定 的转 录 因子与特 定 的顺 式作用 元件 相互作 用调
透势 ；启动 抗氧化 防御 系统 ，提高超 氧化 物歧化 酶 （ Ｓ Ｏ Ｄ） 、过 氧 化 氢 酶 Ｃ Ａ Ｔ） 、 过 氧 化 物 酶 （ Ｐ Ｏ Ｄ） 等抗 氧 化 酶 活 性 及 Ｖ ｅ 、还 原 型 谷 胱 苷 肽
（ Ｇ Ｓ Ｈ） 等抗 氧化 物质 ，协 同抵抗 干旱 胁 迫诱 导 的
作物抗旱基因工程研究进展
作物抗旱基因工程研究进展摘要:主要就植物的抗旱基因包括渗透调节､保护酶体系､抗旱基因及遗传特性等方面对植物抗旱机理的研究进行了综述｡研究植物的抗旱性基因,有助于了解植物的抗旱机制,以期为我国节水抗旱农业的研究提供一些新的思路和手段｡关键词:作物;抗旱机理;水分胁迫;基因工程干旱已是世界性的问题,世界干旱,半干旱地区已占陆地面积的1/3以上,干旱对植物的影响在诸多自然逆境因素中占首位｡国外已经开始有转抗旱基因植物的研究,已有数十种植物被转化获得了抗旱转基因植株,并已在水稻上成功地进行了转抗旱基因水稻品系的培育｡本文对上述几方面的研究进行了综述,旨在总结植物抗旱的新机制,以利于更好的进行抗旱工作｡1 渗透调节物质对旱害的调控1.1 植物体内脯氨酸的合成1.1.1 脯氨酸合成酶研究现状编码脯氨酸合成酶基因的研究较为深入,至今已从水稻､黑麦､绿豆､大豆､拟南芥､蒺藜､苜蓿､榆钱､菠菜等植物中克隆出了多个与脯氨酸合成酶相关的基因,其中包括P5CS､PSCR､OAT和Pro｡鸟氨酸循环中6~OAT基因已在大豆､苜蓿､拟南芥等中得到克隆｡转运蛋白ProT基因在拟南芥､番茄､水稻､大麦等中得到克隆｡WU研究发现,在拟南芥中P5CS是由2个不同调节基因编码的｡该基因有19个内含子和20个外显子定位于2号染色体78.5位置上的AtP5CSl基因可以在大多数植物器官中表达,但在分裂细胞中沉默:定位于3号染色体101.3位置上的AtP5CS2基因转录产物,占植物组织中P5CSm-RNA总量的20~40%,并在分裂细胞中负责合成P5CSutRNA,AtPSCS转录产物的积累具有组织特异性｡同样在番茄的核基因组中,也发现有2个脯氨酸基因座(10ci):一个是特异性双功能tom Pro2基因座:另一个基因座为torn Pro1,该基因座编码一个多顺反子mRNA,指导7-GK和GSADH 2种多肽的合成｡P5CS基因广泛存在于单子叶和双子叶植物中;P5CR基因有7个外显子,6个内含子,其位于拟南芥的5号染色体上:6-OAT基因有10个外显子,9个内含子,该基因定位于拟南芥的5号染色体上:脯氨酸转运蛋白的基因有8个外显子,7个内含子,该基因定位于水稻的3号染色体上,在拟南芥中脯氨酸转运蛋白是2个不同调节基因编码的,该基因有7个内含子6个外显子,定位于2､3号染色体上｡1.1.2 脯氨酸在转基因植物中的表现将PSCS和6-OAT分别转入烟草植株中发现,在转基因烟草(Nicotianatabacum)中脯氨酸含量明显提高且与对照相比,耐盐性也有所提高,转入其他植物也得到同样的结论｡将从乌头叶豇豆中克隆的P5CS基因与CoMV35S启动子连接后转人烟草中｡发现转基因烟草的脯氨酸含量比对照高10~18倍｡在干旱胁迫下转基因烟草落叶少且迟｡将拟南芥的6-OAT基因导人烟草,使脯氨酸累积增加2倍,转基因的幼苗可在200mmol·LNaCl中正常生长:将此基因导人烟草,使脯氨酸累积增加2倍,转基因的幼苗可在200mmol·L-1NaCl中正常生长｡杨成民从豇豆中分离到的P5CS为目的基因,通过基因枪与选择标记bar基因共转化获得转基因黑麦草再生植株,Kishor等将P5CS 基因导人烟草,转基因植株脯氨酸含量比对照高10~18倍:在盐胁迫条件下,与对照相比转基因植株根的长度和干重增加,植株生物产量提高花发育得更好,果荚数目和每荚的种子数也增加,李燕等在皂角苗木对干旱胁迫的生理生化反应的研究中发现,在干旱胁迫下,皂角的脯氨酸含量先增后减,Bajin等发现滨藜中脯氨酸含量的增加在叶中较显著,对根没有显著影响｡也有研究发现,根的脯氨酸增加的幅度比茎叶中都大｡1.2 其他调节物质1.2.1 果聚糖合成酶基因有证据表明被子植物演化过程中果聚糖积累与一些植物耐旱(寒)能力相关,其中果聚糖蔗糖酶基因soeB)是较早克隆的基因｡张慧等1998年将ssacB转入烟草,经卡那霉素筛选的抗性芽能在含1%NaCl的MS培养基上正常生根,而未转化的芽则不能生根或根生长缓慢｡转基因小苗移栽后用含1%NaCl的营养液浇灌17d后,一些转基因植株生长良好,而未转化苗出现明显萎蔫,表明sacB基因能提高烟草的耐盐性｡1.2.2 甜菜碱合成有关的酶基因甜菜碱是一种重要的植物渗透调节物质,特别是藜科和禾本科植物,在受到水分胁迫时积累大量甜菜碱｡甜菜碱在植物中以胆碱为底物经两步合成,即胆碱加单氧酶(CMO)催化胆碱氧化成甜菜碱醛,然后,甜菜碱醛脱氢酶(BADH)催化甜菜碱醛形成甜菜碱｡1.2.3 甘露醇合成的相关基因植物抗性生理研究结果证实,糖醇与植物的抗旱耐盐能力有关,甘露醇是生物体内包含细菌､藻类､真菌和100多种高等植物中广泛分布的一种糖醇,在甘露醇合成过程中起关键作用的酶,在细菌中是甘露醇-1-磷酸脱氢酶,其编码基因为mtlD｡2 保护酶体系保护酶体系包括超氧化物歧化酶(SOD)､过氧化物酶(POD)､过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(ASP)等｡SOD可分为Cu/Zn-SOD､Mn-SOD和Fe-SOD 3种类型,Cu-SOD主要在叶绿体和细胞质中,Mn-SOD主要存在于线粒体中,Fe-SOD 则主要存在于叶绿体中,将烟草的Mn-SODcDNA导人苜蓿后,转基因苜蓿的抗旱性得到了提高,将Mn-SOD基因定位到烟草的叶绿体和线粒体上,发现也能表达其基因｡进一步研究发现,在叶绿体中Mn-SOD的过量表达使烟草受干旱所引起的氧化伤害程度比对照明显减轻,但线粒体中增加的Mn-SOD活性对烟草耐氧化胁迫能力没多大影响,另外,表达拟南芥Fe-SOD的转基因烟草､表达番茄Cu/Zn-SOD 的转基因烟草､过量表达豌豆Cu/Zn-SOD的转基因烟草均能增强抵抗干旱引起的氧化胁迫能力｡3 植物抗旱基因与遗传3.1 保护生物大分子及膜结构的蛋白质3.1.1 水通道蛋白(aquapofin) 水通道蛋白是指作为跨膜通道的主嵌入蛋白(MIP)家族中具有运输水分功能的一类蛋白质,能够促进和调节水分跨膜的被动交换,包括植物体内的跨细胞和胞内水分流动,是水分跨膜运输的重要途径之一｡3.1.2 调渗蛋白在高盐浓度下,培养的烟草细胞中多种蛋白质的含量发生了变化｡其中一种分子量为26KD的蛋白质的增加尤为显著,高达细胞总蛋白量的12%以上｡该蛋白的积累则要求氯化钠或低水势的存在｡除烟草外其他一些植物西红柿､马铃薯､胡萝卜､棉花､小米和大豆的培养细胞经ABA处理后也出现了同OSM起免疫交叉反应且分子量约为26KD的蛋白质｡这表明OSM可能是一种普遍存在于高等植物的蛋白质｡目前已得到由农杆菌介导将OSM的启动子和B-葡萄糖苷醛酶(GUS)报告基因嵌合在一起的转基因烟草｡3.1.3 胚胎后期发生丰富蛋白(LEA蛋白) 在种子后期发育过程当中,LEA蛋白随种子的脱水成熟其含量增加｡在胁迫条件下LEA蛋白在植物细胞中起保护作用,这种保护作用对于植物在极端压力条件下是必要的｡根据LEA的结构推测LEA蛋白可能有以下三方面的作用:①作为脱水保护剂,由于LEA蛋白在结构上富含不带电荷的亲水氨基酸,它们既能像脯氨酸那样,通过与细胞内的其他蛋白发生相互作用,使其结构保持稳定,又可能给细胞内的束缚水提供了一个结合的衬质,从而使细胞结构在脱水中不致遭受更大的破坏｡②作为一种调节蛋白而参与植物渗透调节｡③通过与核酸结合而调节细胞内其它基因的表达｡3.2 编码抗旱转录因子的调节基因DREB是目前研究较多的抗非生物胁迫的转录因子｡Xiong利用差示显示法从干旱处理的拟南芥中克隆了一批受干旱诱导的rd基因,对rd29A基因启动子进行分析揭示了一个与干旱､高盐及低温胁迫应答基因有关的DRE顺式作用元件,并克隆了3个与DRE元件结合的转录因子,用干旱或高盐处理10min,DREB2A和DREB2B被快速强烈诱导,并且不受外源ABA的诱导｡Hara利用CaMV35S启动子和逆境诱导特异启动子rd29A,将DREBIA的cDNA导入拟南芥,DREBlA的过量表达激活许多耐逆境功能基因的表达如rd29A､Kinl､Con5a､Cor6和P5CS等转基因植株耐旱性､耐盐性和耐冻性提高｡4 展望我国北方地区土壤干旱､盐渍化是影响农牧生产的重要因素｡通过筛选与植物的抗旱性､抗盐碱性相关的基因,研究其功能,揭示其相关因子的信号转导途径,采用现代生物技术手段进行转基因育种､获得耐旱和耐盐碱能力强的新品种已成为解决我国中西部干旱､半干旱地区农牧业发展种质资源矛盾的有效手段之一｡4.1 目前利用基因工程技术培育抗旱品种主要有两种策略1､增加植物渗透性代谢产物的合成能力,使植物在水分胁迫下能合成更多的渗透调节物质如脯氨酸,甘露醇､甜菜碱､海藻糖等,以提高植物的渗透调节能力,从而增强植物的抗旱性｡2)增强植物对活性氧自由基的清除能力,使植物在水分胁迫下过量表达一些酶(如SOD,POD,CAT等),以有效地排除有害的活性氧自由基,从而提高细胞耐脱水的能力｡4.2 在通过基因工程方法进行抗旱分子育种的过程中发现存在一些问题由于人们对植物抗旱的分子机制缺乏了解,抗旱分子育种还有很大的盲目性:采用单基因策略提高植物的抗旱性对有的基因和植物有效,对有的基因和植物却无效:利用35S启动子与抗旱基因组合在提高植物抗旱性的同时也造成植物畸形发育;外源基因表达水平不稳定｡尽管目前抗旱分子育种面临不少的问题,但随着抗旱分子生物学研究的深人和生物技术的进步,相信不久的将来会有大量的抗旱基因作物应用到生产实践中来｡。
抗旱基因 新见解-概述说明以及解释
抗旱基因新见解-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分是文章引言的一部分，它主要介绍文章的主题和背景，提供读者对文章内容的整体了解。
在本文中，我们将探讨抗旱基因这一新领域的研究进展和意义。
随着全球气候变化的影响，干旱成为世界范围内一个日益严峻的问题。
干旱灾害不仅对农作物的生长和粮食安全产生了巨大的威胁，还对生态系统的平衡和可持续发展带来了挑战。
抗旱基因作为应对干旱的一种重要途径，在近年来备受关注。
通过研究植物中的抗旱基因，科学家们希望能够揭示其调控机制以及在植物抵御干旱逆境过程中的作用。
这些基因的发现和研究对于提高作物的耐旱性和抗逆性具有重要意义。
它们有望为农业生产提供新思路和新方法，帮助降低干旱对农作物的影响，保障粮食安全。
随着研究技术的不断进步，抗旱基因的发现和研究也取得了一系列重要的进展。
科学家们通过基因工程技术和高通量测序等手段，鉴定和筛选出一系列与抗旱相关的基因。
这些基因的功能研究不仅有助于解析植物抵御干旱的分子机制，还为抗旱育种提供了理论基础和新的遗传资源。
本文将首先介绍抗旱基因的重要性，并对其在农作物抗旱育种中的应用前景进行展望。
随后，我们将梳理抗旱基因的发现与研究进展，包括基因筛选技术、基因功能鉴定及调控网络的解析等方面。
最后，我们将总结抗旱基因研究的意义和前景展望，并讨论其在实际应用中面临的潜力和挑战。
通过对抗旱基因这一新领域的深入了解和探索，我们有望为未来的抗旱育种和生态环境保护提供新的思路和方法。
因此，本文对于读者进一步了解抗旱基因研究的意义和意义以及其应用潜力具有重要的参考价值。
文章结构部分的内容可以写成下面这样：1.2 文章结构本文将按照以下结构展开讨论抗旱基因的新见解。
首先，将在引言部分概述本文所要讨论的内容。
接着，正文部分将分为两个主要部分来探讨抗旱基因的重要性以及其发现与研究进展。
在重要性部分，将详细介绍抗旱基因在植物生长发育中的重要作用，以及它们对植物干旱逆境的适应机制。
植物抗旱机理及抗旱性鉴定方法研究进展
植物抗旱机理及抗旱性鉴定方法研究进展植物的抗旱机理是指植物在干旱环境中如何调节水分平衡，以维持正常的生长和发育。
随着全球气候变暖，干旱问题日益严重，研究植物的抗旱机理和鉴定抗旱性的方法对于农业生产和生态恢复具有重要意义。
本文将介绍植物抗旱机理的研究进展和抗旱性鉴定方法。
植物的抗旱机理主要包括：减少蒸腾损失、增加水分吸收能力、调节植物生长和发育等方面。
在减少蒸腾损失方面，植物通过改变气孔的开闭来控制蒸腾速率。
一些植物能够在干旱条件下调节其气孔的开合，降低蒸腾速率，减少水分流失。
同时，植物根系的生长和分布也对抗旱起着重要作用。
植物根系的发达程度和分布范围影响着植物吸收水分和养分的能力，从而影响植物的抗旱性。
另外，植物还通过产生一些抗旱物质来调节自身的生理代谢，如抗氧化物质、谷胱甘肽等，以抵抗干旱引起的氧化应激。
目前，研究人员采用了多种方法来鉴定植物的抗旱性。
一种常用的方法是通过测定植物的生理指标来评估其抗旱性。
例如，测定植物的相对水分含量、叶绿素含量、脯氨酸含量等指标，可以反映植物在干旱条件下的水分状态和生理代谢水平。
另外，测定植物的根系性状也是评估抗旱性的重要指标。
根系的发育程度和分布范围可以反映植物的水分吸收能力和适应干旱的能力。
此外，还可以通过评估植物的生长和发育状况来判断其抗旱性。
例如，测定植物的生物量、叶面积指数、根冠比等指标，可以反映植物在干旱条件下的生长状况。
近年来，研究人员还采用了分子生物学和基因工程等方法来研究植物的抗旱机理和鉴定抗旱性。
例如，通过研究与植物抗旱相关的基因，可以揭示植物在干旱条件下的分子调控机制。
同时，通过转基因技术来提高植物的抗旱性也是研究的热点之一、通过引入抗旱相关基因或调控植物内源基因的表达，可以提高植物的抗旱能力，从而增加农作物的产量和耐旱性。
综上所述，植物的抗旱机理及抗旱性鉴定方法研究已经取得了一些进展。
随着研究的深入和技术的进步，相信将会有更多的抗旱机理被揭示，也将有更多的有效方法用于评估和提高植物的抗旱性。
基因工程技术在农业生产中的应用与进展
基因工程技术在农业生产中的应用与进展作者：李彪来源：《学习与科普》2019年第22期摘要：基因工程（Genetic Engineering）是简易的基因拼接技术和DNA重組技术。
基因工程可以阐述为是在分子水平上或是利用分子技术对基因进行改造和编辑，通过微观操作，按照人们的意愿定向的改造和优化动植物的应用和实用价值的技术。
利用体外重组技术将外源基因导入拟选定的受体细胞内，使目标基因能在靶细胞内按照人们的意愿进行表达和修饰的操作。
基因工程在医学、农学、生物学等各个领域已得到广泛的应用和快速发展，比如在改善珍贵的粮食作物，增强植物抗性、适应性等遗传育种等方面的使用越来越重要。
基因工程技术在植物、动物和微生物中应用都非常广泛。
然而目前的国内外现状很大程度上显示基因工程在农业方面的应用越来越重要，发展也相当迅速。
因此，特此基因工程在农业方面的的应用现状及研究进展。
本综述旨在阐述基因工程技术在农业生产中尤其对植物生物活性物质产生受基因工程技术的修饰和改造方面的研究。
简述了在植物育种中应用基因工程进行改良农作物或如何提高植物药用价值和农作物产量等的应用。
关键词：农业;植物;农作物;微生物1引言中国是世界上主要的粮食作物生产国之一，并且是世界上人口最多的大国。
不仅是中国人对粮食的需求巨大，世界各国对粮食的需求都特别大，粮食直接决定人的生死，目前在非洲很多国家的人民还饱受饥饿之苦，因此如何提高粮食产量，如何在艰苦的环境中也能生产粮食，是过去和目前全世界都面临的难题[1]。
基因工程技术产生近百年以来在多个领域，如医学、农学方面取得巨大突破。
然而，该技术如何提高粮食作物产量和给人类带来良好收益呢？该技术如何应用于农学生产和人们的生活中呢，这也是我们应该思考的问题。
基因工程技术能在很大程度上提高农作物品质，通过基因工程技术能改良植物品种，如提高植物的抗逆境、抗虫、抗病害等都有很大的作用。
从环保方面和生物方面解决了很多社会面临的问题 [2]。
植物对干旱胁迫的响应研究进展
植物对干旱胁迫的响应研究进展一、本文概述干旱胁迫是全球气候变化背景下植物经常面临的一种环境压力，它不仅影响植物的生长和发育，还可能对植物的生存造成威胁。
因此，深入了解植物对干旱胁迫的响应机制，对于提高植物的抗逆性、优化农业生产和保护生态环境具有重要意义。
本文旨在综述近年来植物对干旱胁迫响应的研究进展，包括植物在干旱胁迫下的生理生化变化、分子生物学机制以及抗旱性改良等方面的研究成果，以期为未来的植物抗旱性研究提供参考和借鉴。
本文将概述干旱胁迫对植物生长发育的影响，包括水分亏缺对植物形态结构、生理功能和代谢过程的影响。
我们将重点介绍植物在干旱胁迫下的响应机制，包括植物激素、转录因子、基因表达调控以及信号转导等方面的研究进展。
我们还将综述植物抗旱性改良的研究现状，包括传统育种、基因工程和组学技术在抗旱性改良中的应用。
我们将对植物抗旱性研究的前景进行展望，探讨未来研究方向和挑战。
通过本文的综述，我们期望能够为读者提供一个全面的视角，以了解植物对干旱胁迫响应的研究现状和发展趋势，为植物抗旱性研究和实践提供有益的参考和启示。
二、植物干旱胁迫的生理生态响应植物在面对干旱胁迫时，会表现出一系列的生理生态响应。
这些响应旨在最大限度地减少水分损失，提高水分利用效率，以及维持生命活动的正常进行。
在形态学方面，植物会通过减少叶片数量和大小，降低叶面积指数，以及增加叶片厚度和角质层等方式，来减少水分蒸发和蒸腾作用。
根系也会发生适应性变化，如增加根长、根表面积和根毛数量，以扩大水分吸收的范围和效率。
在生理方面，植物会通过调整气孔开闭，降低蒸腾拉力，以减少水分流失。
同时，植物还会提高叶片细胞液的浓度，如增加脯氨酸等溶质的含量，以降低渗透势，增强保水能力。
植物还会通过调节光合作用的速率和途径，以及调整呼吸作用等，以适应干旱环境下的能量代谢需求。
在分子层面，植物会表达一系列与干旱胁迫相关的基因，编码如转录因子、蛋白激酶、水解酶等抗旱相关蛋白，以调节和响应干旱胁迫。
基因工程在农业领域的应用研究
基因工程在农业领域的应用研究概述：基因工程是一种通过改变生物体的基因组来改善其性状的技术，它在农业领域的应用为改善植物和动物的生长、产量、抗病能力和品质提供了新的途径。
本文将探讨基因工程在农业领域的应用以及带来的挑战和潜在的风险。
1. 作物品种改良：利用基因工程技术，农业科学家能够快速、准确地改良作物品种。
例如，通过转基因技术，可以将耐旱、耐盐、耐虫害等抗性基因导入作物，使其具备更强的抗逆性能。
这样，农作物能够更好地适应不良环境条件，提高产量和质量，从而增加农民的收入。
2. 病虫害防控：基因工程还可以用于病虫害的防控。
传统的农业防治方法往往依赖于农药的使用，但这些化学农药会对环境和人类健康产生负面影响。
而基因工程可以通过转基因技术，使作物具备抗病虫害的能力，减少对农药的依赖。
这不仅可以保护环境，还可以减少病虫害对农作物的破坏，提高农作物的产量和质量。
3. 营养改良：利用基因工程技术，科学家能够改良作物的营养性能。
例如，在稻谷中导入维生素A合成基因，可以增加稻谷中维生素A的含量，从而减少贫困地区人口中维生素A缺乏症的发生率。
类似地，通过转基因技术还可以增加作物中的铁、锌等微量元素的含量，提高食物的营养价值。
4. 逆境环境适应：基因工程技术还可以帮助作物适应不良的环境条件。
例如，转基因玉米、大豆等作物可以通过增加抗旱或耐盐基因的表达来提高对干旱或盐碱土壤的适应能力。
这对于农业生产在干旱或盐碱地区具有重要意义。
尽管基因工程在农业方面的应用带来了许多潜在的好处，但也存在一些挑战和风险需要面对。
1. 公众接受度：基因工程食品对消费者来说是一个较为敏感和争议的话题。
一些消费者对转基因食品产生了担忧，担心其对健康和环境的潜在风险。
因此，提高公众对基因工程食品的认知以及对其安全性的信任是一个重要的任务。
2. 生态风险：基因工程作物在环境中引入新的基因可能对生态系统产生不可预测的影响。
例如，转基因植物可能影响到其他植物的生长，或者影响到有关生态系统的其他关键物种。
作物抗旱的作用机制及其基因工程改良研究进展
摘
要 ： 胜不同靶标基 因为啻 ， ４ 分不 同作 用机 制 （ 如渗透 调节、 除氧 自由基、 Ａ蛋 白、 清 ｕ二 水通道 蛋 白、 水 脱
素 和气孔 关闭等） 简要舟绍 了近 １ 来凡们利用转基 因技 术 改 良作物抗 旱性 的研 究进展 ， ， ０年 以期 为我 国农 业的抗
旱性 研 究提 供 一 些 思路 ：
抗 旱 品种 。植 物抗 旱分子 机制 研究 的不 断深入 和转
较差。通常积累的代谢物包括脯氨酸 、 甜菜碱、 甘露
糖醇 、 山梨 醇 、 藻糖 、 聚 糖等 。如 在 正 常情 况下 海 果 游离 脯氨 酸 含 量仅 为 ０ ２ ．ｍｇｇ干重 ， ． ～０ ６ ／ 占总 游 离氨基 酸 的 百 分之 几 。而 在干 旱 条 件 下 它 可 成 １ ０ 倍地 增加 ， 相对量 可达 到 ３ ％以上 。 由此 通过 转基 Ｏ 因技术 能使 作物本 身 在干旱 条件下 产 生更 多的渗透 调 节 保 护 物 质 ， 而 可 大 大 提 高 作 物 的 抗 旱 性。 从 Ｔ ｒｚｎｋ 等 【 次 报 道 了抗 旱 转基 因植 物 的 研 ａｃｙ ｓｉ １首 究 ， 功地 将甘露 醇 一１ 成 一磷 酰脱 氢 酶 ＭＩ 基 因整 ｔ ｄ 台进 烟草基 因组 中 ， 证 实 了转基 因烟草 中 的甘 露 并 糖 醇含 量显著 高 于对照 ． 而 增加 渗透 调节 能 力 ， 从 增 加 了抗 旱能 力 。Ｋｉ ｏ 等 ０ 使 用 Ｃ ＭＶ３ Ｓ启动 子 ｓ ｒ ｈ ａ ５ 启动乌 头叶豇 豆 中的 △ 一吡 咯啉 一５ 】 一羧 基 合 成酶 （ 酶 是 脯 氨 酸 生 物 台 成 最 后 一 步 的 关 键 酶 ） ５ｓ 该 Ｐｃ
土壤 沙化 是影响 农业 生产 与生态 环境 的重要 因
植物抗旱性生理生化机制的研究进展
植物抗旱性研究及应对摘要：本文通过对植物的干旱类型、抗旱类型和特征以及在干旱逆境条件下的生理、生化上的变化进行总结,并对其研究前景进行了展望,以期为选育植物抗逆品种的研究提供参考，旨在促进植物抗旱机理方面的研究工作。
关键词:抗旱机理前景引言：干旱、低温、高温、盐渍等不良环境是影响植物生长的重要因子,其作用于植物会引起植物体内一系列生理、生化和分子生物学上的变化,主要包括生物膜结构与组成的改变,许多特异性蛋白、糖、渗透调节物质(甜菜碱和脯氨酸等)的增加,和一些酶活性的变化等[1-2]。
植物体表现为生长和代谢受到抑制,严重时甚至引起不可逆伤害,最终导致植株死亡[3-4]。
在全世界，干旱和半干旱地区的总面积约占陆地面积的30%以上。
在中国，干旱和半干旱地区约占国土面积的50%左右，大部分分布在北方和西北地区[5]。
1 植物的旱害及抗旱性1.1 干旱的类型及其危害干旱是一种因长期无雨或少雨使土壤水分缺乏、空气干燥的气候现象。
干旱在气象学上有两种含义：一是干旱气候，即干旱和半干旱地区气候的基本情况；二是气候异常，某段时间降水量大大少于多年平均值。
作物的水分状况取决于吸收和蒸腾两个方面，吸水减少或蒸腾过多都可引起水分亏缺。
因此，在抗旱生理研究中，根据干旱发生的场所和产生的原因，可分为三种：土壤干旱、大气干旱以及生理干旱[10]。
1.1.1 土壤干旱土壤干旱是指土壤可利用水缺乏。
当土壤干旱时，根系吸水满足不了叶片蒸腾失水的需要，植物发生水分亏缺，不能维持正常的生理活动，而受到伤害。
土壤干旱时将引起植物的永久萎蔫。
永久萎蔫指由于土壤水分缺乏引起的萎蔫，这种萎蔫，经过夜晩（停止蒸腾）也不能解除。
要解除萎蔫，必须给土壤补充水分。
1.1.2 大气干旱大气干旱指大气湿度过低、空气干燥。
大气干旱往往伴随着高温，使蒸腾过快，大大超过植物的吸水速率，破坏水分平衡，发生水分亏缺，对植物产生伤害。
大气干旱往往引起植物的暂时萎蔫。
植物抗旱基因及其功能研究进展
二、植物抗旱基因的研究进展
二、植物抗旱基因的研究进展
近年来，随着植物基因组学和功能基因组学的发展，越来越多的植物抗旱基 因被鉴定出来。这些基因主要涉及渗透调节、抗氧化、转录因子和信号传导等方 面。
二、植物抗旱基因的研究进展
渗透调节是植物抗旱的重要机制之一，它包括离子运输、渗透剂合成和细胞 水平调节等方面的基因。抗氧化基因主要涉及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化 物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）等，它们可以清除植物体内的活性氧自由基， 减轻氧化损伤。转录因子和信号传导相关基因在植物抗旱适应性反应中也起到关 键作用，它们可以调控其他基因的表达，提高植物的抗旱能力。
植物抗旱基因及其功能研究进 展
目录
01 一、植物抗旱基因的 背景和意义
02
二、植物抗旱基因的 研究进展
03 三、植物抗旱基因存 在的问题和挑战
04 四、展望植物抗旱基 因的未来发展方向
05 参考内容
内容摘要
随着全球气候变化的加剧，植物抗旱性研究变得越来越重要。植物抗旱基因 是研究植物抗旱性的基础，对于提高植物耐旱性具有重要意义。本次演示将综述 植物抗旱基因的研究进展，分析存在的问题和挑战，并展望未来发展方向。
二、植物抗旱性鉴定评价方法
二、植物抗旱性鉴定评价方法
1、形态指标法：通过观察植物的形态特征，如叶片颜色、叶片厚度、根系发 达程度等，来评价植物的抗旱性。该方法简单易行，但有些形态指标与植物抗旱 性之间缺乏直接的因果关系。 2.生理指标法：通过测量植物的生理指标，如叶 绿素含量、脯氨酸含量、保护酶活性等，来评价植物的抗旱性。这些指标能够反 映植物在干旱条件下的生理状态，具有较好的客观性和准确性。
一、引言
一、引言
植物抗病基因的结构、功能及其进化机制是植物病理学领域研究的热点之一。 植物抗病基因的多样性、复杂性及其进化机制的多样性，使得这一领域的研究具 有深远的意义。对于植物抗病基因的研究，不仅可以揭示植物与病原菌之间的相 互作用机制，还可以为抗病基因工程提供理论基础，以培育抗病性更强的农作物 新品种。
植物对干旱胁迫的生理生态响应及其研究进展
植物对干旱胁迫的生理生态响应及其研究进展一、本文概述Overview of this article随着全球气候变化的影响日益显著，干旱成为影响植物生长和分布的主要环境胁迫之一。
植物对干旱胁迫的生理生态响应及其机制一直是植物生物学和环境科学研究的热点领域。
本文旨在综述植物在干旱胁迫下的生理生化变化、形态结构调整以及分子机制等方面的研究进展，以期深入理解植物耐旱性的本质，并为提高植物抗旱性和农业可持续发展提供理论依据和实践指导。
With the increasingly significant impact of global climate change, drought has become one of the main environmental stresses affecting plant growth and distribution. The physiological and ecological responses of plants to drought stress and their mechanisms have always been a hot research area in plant biology and environmental science. This article aims to review the research progress on physiological and biochemical changes, morphological and structural adjustments, and molecular mechanisms of plants under drought stress, inorder to gain a deeper understanding of the essence of plant drought resistance and provide theoretical basis and practical guidance for improving plant drought resistance and sustainable agricultural development.文章首先介绍了干旱胁迫对植物生长的负面影响，包括水分亏缺引起的光合作用下降、细胞膜透性增加、酶活性改变等。
内生菌提高植物抗旱性和耐盐性分子机制研究进展
第32卷 第1期V o l .32 No .1草 地 学 报A C T A A G R E S T I A S I N I C A2024年 1月J a n . 2024d o i :10.11733/j.i s s n .1007-0435.2024.01.002引用格式:宋 雪,付楚涵,李家红,等.内生菌提高植物抗旱性和耐盐性分子机制研究进展[J ].草地学报,2024,32(1):13-24S O N G X u e ,F U C h u -h a n ,L I J i a -h o n g ,e t a l .R e s e a r c hP r o g r e s so n M o l e c u l a rM e c h a n i s mo fE n d o p h y t e s I m p r o v i n gt h e D r o u g h tR e s i s t a n c e a n dS a l tT o l e r a n c e o fP l a n t [J ].A c t aA gr e s t i aS i n i c a ,2024,32(1):13-24内生菌提高植物抗旱性和耐盐性分子机制研究进展宋 雪,付楚涵,李家红,孙雪铜,韦银珠,肖汇川,李韦瑶,秦立刚*(东北农业大学动物科学技术学院,黑龙江哈尔滨150030)摘要:植物-内生菌共生体在缓解植物的非生物和生物胁迫方面发挥着重要作用㊂在干旱和盐胁迫下,内生菌可以通过调控植物光合作用㊁激素浓度㊁渗透调节物质含量㊁抗氧化酶活性以及相关基因表达等来保证植物正常生长和发育,从而增强植物抗逆性㊂近年来,植物促生菌(P l a n t g r o w t h p r o m o t i n g b a c t e r i a ,P G P B )接种剂也被广泛研究应用㊂本文综述了植物内生菌的多样性㊁共生内生菌和P G P B 在干旱和盐胁迫下对植物基因的调控,为内生菌提高植物耐旱性和耐盐性的分子机制的深入研究提供参考㊂关键词:植物内生菌;干旱胁迫;盐碱胁迫;基因调控;P G P B中图分类号:Q 945.78 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2024)01-0013-12R e s e a r c hP r o g r e s s o n M o l e c u l a rM e c h a n i s mo fE n d o p h y t e s I m p r o v i n gt h eD r o u gh tR e s i s t a n c e a n dS a l t T o l e r a n c e o fP l a n t S O N G X u e ,F U C h u -h a n ,L I J i a -h o n g ,S U N X u e -t o n g,W E IY i n -z h u ,X I A O H u i -c h u a n ,L IW e i -y a o ,Q I N L i -g a n g*(C o l l e g e o fA n i m a l S c i e n c e ,N o r t h e a s tA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y ,H a r b i n ,H e i l o n g j i a n g Pr o v i n c e 150030,C h i n a )A b s t r a c t :P l a n t -e n d o p h y t es y m b i o s e s p l a y a ni m p o r t a n tr o l ei na l l e v i a t i n g a b i o t i ca n db i o t i cs t r e s s e st o p l a n t s .U n d e rd r o u g h ta n ds a l ts t r e s s e s ,e n d o p h yt i cb a c t e r i ac a ne n h a n c et h er e s i s t a n c eo f p l a n tt ot h e s t r e s s e sb y r e g u l a t i n gp l a n t p h o t o s y n t h e s i s ,c o n c e n t r a t i o no fh o r m o n e s ,c o n t e n to fo s m o r e g u l a t o r y su b -s t a n c e s ,a c t i v i t y o f a n t i o x i d a n t e n z y m e ,a n d e x p r e s s i o n o f g e n e s t o e n s u r e a n o r m a l g r o w t h a n d d e v e l o pm e n t o f p l a n t .I n r e c e n t y e a r s ,p l a n t g r o w t h -p r o m o t i n g b a c t e r i a (P G P B )i n o c u l a n t s h a v e a l s ob e e nw i d e l y st u d -i e d a n da p p l i e d .I nt h i s p a p e r ,w er e v i e w e dt h ed i v e r s i t y o fe n d o p h y t i cb a c t e r i a ,t h er e gu l a t i o no f p l a n t g e n e s b yp l a n t s y m b i o t i c e n d o p h y t e s a n dP G P Bu n d e rd r o u gh t a n ds a l t s t r e s s e s ,a n d p r o v i d e da r e f e r e n c e f o r t h e i n -d e p t hs t u d y o f t h em o l e c u l a rm e c h a n i s mo f e n d o p h y t i c b a c t e r i a t o i m p r o v e t h e t o l e r a n c e o f p l a n t t od r o u gh t a n d s a l t s t r e s s e s .K e y w o r d s :P l a n t e n d o p h y t e s ;D r o u g h t s t r e s s ;S a l i n i t y s t r e s s ;G e n e r e g u l a t i o n ;P G P B 收稿日期:2023-05-17;修回日期:2023-09-15基金项目:国家自然科学基金(32271770);黑龙江省优秀青年基金(Y Q 2023C 013)资助作者简介:宋雪(2000-),女,满族,辽宁本溪人,硕士研究生,主要从事草地植物资源利用研究,E -m a i l :s o n gx u e 2023@163.c o m ;*通信作者A u t h o r f o r c o r r e s p o n d e n c e ,E -m a i l :q i n l i g a n g@n e a u .e d u .c n 植物内生菌是指在植物生命周期内存在于植物体中的非致病性的微生物[1],最早发现于1898年[2]㊂目前已被发现的内生菌有200多个属,约100多万个种[3-4]㊂从图1中可以看出,内生菌不会对宿主产生不利影响,在植物病害控制㊁次生代谢物合成㊁植物生长调节和抗逆性等方面发挥着重要作用[5]㊂内生菌与宿主植物存在长期的共生关系㊂一方面,内生菌通过吸收水分养分[6-9],诱导产生激素㊁铁载体[10]和抗菌次生代谢物[11],调节脯氨酸含量,提高抗氧化酶活性[12-14]等一系列措施促进植物生长,提高植物抗逆性和抗病性;另一方面,植物通过木质化影响内生细菌和真菌的发育过程和多样性并改变内生菌的代谢功能[15],加速内生菌在宿主植物体内定植[16]㊂此外,内生菌及其代谢物也可作为生物活性化合物的来源,用于新型抗生素的发明㊁抗癌药物和替代药物的研究[17]㊂草地学报第32卷图1内生菌在植物中的作用[10] F i g.1 R o l e s o f e n d o p h y t e s i n p l a n t s[10]干旱和盐碱是影响植物生长发育的重要环境因素,影响植物渗透调节水平和信号转导,造成植物氧化损伤和膜质过氧化,进而产生毒害作用[18-20]㊂用育种和基因工程等技术培育耐旱耐盐植物是应对干旱和盐碱问题的主要手段之一,但缺点是耗时费力,且容易受到多种因素限制㊂利用内生菌提高植物耐旱性和耐盐性也是有效解决手段之一,且利于生态和农业可持续发展[21]㊂植物促生菌(P l a n t g r o w t h p r o m o t i n g b a c t e r i a,P G P B)接种也可以在环境胁迫下通过刺激植物分泌生长调节物质或诱导激素合成进而提高抗逆性[22-23]㊂因此,合理利用内生菌来提高植物的生产力和抗性前景非常广阔,可作为应对气候变化和粮食生产带来的挑战的一种新策略㊂在此背景下,了解干旱和盐胁迫下内生菌与植物的相互作用的分子机制至关重要㊂本文概述了植物内生菌多样性,干旱和盐碱胁迫下内生菌对植物基因的调控研究,以期为内生菌分子机制研究提供参考㊂1植物内生菌多样性1.1种类多样性植物内生菌种类繁多,主要分属于细菌㊁真菌㊁古菌和卵菌[24]㊂表1中列出了文献中提到的部分内生菌㊂植物内生细菌主要存在于植物根系,通过植物促进[25]㊁生物施肥[26]和生物控制[27]三种相互关联的机制促进植物发育㊂芽孢杆菌(B a c i l l u s)㊁肠杆菌(E n t e r o b a c t e r)㊁节杆菌(A r t h r o b a c t e r)㊁偶氮杆菌(A z o t o b a c t e r)㊁异肽菌(I s o l p t e r i c o l a)㊁链霉菌(S t r e p t o m y c e s)和假单胞菌(P s e u d o m o n a s)等属的细菌可以提高植物对高温㊁干旱和盐碱的抗逆性[28-29]㊂植物内生真菌主要是存在于宿主植物的茎和叶内,是生物活性代谢物的天然来源[30],主要包括子囊菌㊁担子菌㊁接合菌㊁卵菌㊁有丝分裂孢子真菌及其无孢菌类等多个真菌类群[31]㊂其中镰刀菌属(F u s a r i u m)是最主要的内生真菌之一,约有70种㊂镰刀菌属在遗传学上存在较大差异,是次生代谢物的丰富来源,能产生100多种具抗菌㊁抗氧化㊁抗寄生虫和免疫调节等多种生物活性的有着特殊结构的化合物[32]㊂植物内生古菌主要存在植物根和根际,根和根际可以提供缺氧的微生态位[33],内生古菌与宿主植物的关系比细菌更近,代表了生命的第三个领域,是分子生物学与生物技术应用的宝贵的模型系统和来源[34]㊂目前,研究已经发现的27个古菌门中,广古菌门(E u r y a r c h a e o t a)㊁德潘超门(D p a n n s u p e r p h y l u m)㊁泉古菌门(C r e n a r c h a e o t a)㊁奇古菌门(T h a u m a r c h a e o t a)㊁深古菌门(B a t h y a r c h a e o t a)㊁阿斯加德超门(A s g a r d s u p e r p h y l u m)这6种具有培养代表性[35],已经建立遗传系统的古菌有产甲烷菌[36]㊁嗜盐菌㊁嗜热欧古菌和嗜热古菌[37]㊂植物内生卵菌是植物内生菌中的一类植物病原菌,寄生在植物体各个部位,会导致作物损产失收[38]㊂目前已41第1期宋雪等:内生菌提高植物抗旱性和耐盐性分子机制研究进展经在植物上发现了近30种卵菌亚种,常见的物种有苎麻疫霉(P h y t o p h t h o r a b o e h m e r i a e),烟草疫霉菌(P h y t o p h t h o r an i c o t i a n a e)和终极腐霉(P y t h i u m u l t i m u m)[39]㊂表1文献中部分内生菌种类及名称T a b l e1 S p e c i e s a n dn a m e s o f s o m e e n d o p h y t e s r e p o r t e d i n l i t e r a t u r e种类S p e c i e s拉丁名L a t i nn a m e中文名称C h i n e s en a m e参考文献R e f e r e n c e 内生细菌E n d o p h y t i c b a c t e r i a B a c i l l u s a l t i t u d i n i s高地芽孢杆菌[40-41]B a c i l l u s c e r e u s蜡样芽孢杆菌/仙人掌杆菌[24,42-45]B a c i l l u sm e g a t e r i u m巨大芽孢杆菌[22,24,43,46]B a c i l l u s p a r a l i c h e n i f o r m i s副地衣芽胞杆菌[41]B a c i l l u s s a f e n s i s沙福芽胞杆菌[41,47-48]B a c i l l u s t h u r i n g i e n s i s苏云金杆菌[49]B r e v i b a c t e r i u m f r i g o r i t o l e r a n s耐寒短杆菌[48]E n t e r o b a c t e r l u d w i g i i路氏肠杆菌[44,50]E n t e r o b a c t e r t a b a c i烟草肠杆菌[44]H e r b a s p i r i l l u ms e r o p e d i c a e织片草螺菌[51-54]M i c r o c o c c u s l u t e u s藤黄微球菌[55]M i c r o c o c c u s y u n n a n e n s i s云南微球菌[44,55-56]R a l s t o n i a s o l a n a c e a r u m青枯菌[25]S e r r a t i a u r e i l y t i c a解脲沙雷氏菌[54]S t r e p t o m y c e s a l b i d o f l a v u s微白黄链霉菌[57]内生真菌E n d o p h y t i c f u n g i A l t e r n a r i a a l t e r n a t a链格孢菌[1,14,58]B o t r y o s p h a e r i a d o t h i d e a葡萄座腔菌[58]E p i c h l oёt y p h i n a内生柱香菌[59-60]F u s a r i u ms o l a n i腐皮镰孢[58,61]P e n i c i l l i u mb r e v i c o m p a c t u m短密青霉[62-63]P e n i c i l l i u mc h r y s o g e n u m产黄青霉[29,62-63]P i r i f o r m o s p o r a i n d i c a印度梨形孢[64]R h i z o p h a g u s i r r e g u l a r i s异形根孢囊霉[65]S e r e n d i p i t a i n d i c a印度梨形孢[66]T r i c h o d e r m a l o n g i b r a c h i a t u m长枝木霉[43]古菌A r c h a e b a c t e r i a A r c h a e o g l o b u s p r o f u n d u s深处古生球菌[37]C a n d i d a t u s S y n t r o p h o a r c h a e u m嗜热丁烷氧化古菌[35]H a l o f e r a x v o l c a n i i沃氏嗜盐富饶菌[34]I g n i c o c c u s h o s p i t a l i s泉古菌适宜火球古菌[35,37]K o r a r c h a e u mc r y p t o f i l u m隐丝念珠菌[35]M e t h a n o c o c c u s j a n n a s c h i i詹氏甲烷球菌[37]N a n o a r c h a e u me q u i t a n s骑行纳古菌[35]S u l f o l o b u s t o k o d a i i头寇岱硫化叶菌[37]T h a u m a r c h a e o t a奇古菌[67-68]1.2分布多样性内生菌广泛存在于水陆以及藻类各种植物中,具有群落多样性㊂不同植物共生内生菌种也各有不同[69]㊂担子菌目(B a b a c i n a l e s)印度梨形孢(P i r i-f o r m o s p o r a i n d i c a)可与蕨类植物㊁苔藓植物㊁裸子植物㊁被子植物等各种植物建立共生关系[64],泛菌属(P a n t o e a)主要共生在水稻(O r y z a s a t i v a L.)种子中,提高宿主耐盐碱能力[70]㊂芦苇(P h r a g m i t e s a u s t r a l i s)和虎尾草(C h l o r i s v i r g a t a)中内生菌的优势菌为变形杆菌(P r o t e o b a c t e r i a)㊁放线菌(A c t i-n o b a c t e r i a)㊁厚壁菌(F i r m i c u t e s)㊁拟杆菌(B a c t e-r o i d e t e s)和柔膜菌(T e n e r i c u t e s)[43]㊂新西兰菠菜(T e t r a g o n i a t e t r a g o n i o i d e s(P a l l.)K u n t z e)叶子和根部存在农杆菌(A g r o b a c t e r i u m)㊁寡养单胞菌(S t e n o t r o p h o m o n a s)㊁芽孢杆菌㊁短杆菌(B r e v i b a c-t e r i u m)㊁假单胞菌㊁链霉菌㊁假杆菌(P s e u d a r-t h r o b a c t e r)㊁拉乌尔菌(R a o u l t e l l a)㊁短小杆菌(C u r-t o b a c t e r i u m)和泛菌[61]㊂香柱菌属真菌内生菌E p i c h l oёc o e n o p h i a l a常共生在高羊茅(F e s t u c a a r u n d i n a c e a S c h r e b.)中[71],黑麦草中能分离出E p i c h l oёf e s t u c a e v a r.l o l i i[72]㊂豆科植物中也会共生许多根瘤菌[50],如豌豆根瘤菌(R h i z o b i u ml e g u m i n o-s a r u m)[73]㊁羽扇豆慢生根瘤菌(B r a d y r h i z o b i u m l u p i-n i)㊁锦鸡儿中慢生根瘤菌(M e s o r h i z o b i u mc a r a g a-n a e)㊁百脉根中慢生根瘤菌(M e s o r h i z o b i u ml o t i)等㊂鹰嘴豆(C i c e r a r i e t i n u m L.)根中内生菌包括变形菌51草地学报第32卷门㊁厚壁菌门和放线菌门[74]㊂内生真菌P h o m o p s i s L i q u i d a m b a r i s可与花生㊁水稻和拟南芥建立共生关系,并促进这些植物生长[75-76]㊂同一植物不同组织中内生菌群落也具有多样性[55]㊂内生菌在植物的根㊁叶㊁茎㊁花及种子等组织中均有存在[51],丰度和多样性由其生态位决定㊂植物根部内生细菌多样性要高于其他器官组织,内生真菌多样性则在叶片,尤其是老叶中最高[77]㊂内生菌分布还与植物的株龄有关[78],如黄管秦艽(G e n t i a n a o f f i c i n a-l i s H.S m i t h)不同年份根系样品的优势细菌门为变形杆菌,相对丰度为50.76%~72.32%,一年龄根系样本的优势属是原小单孢菌属(P r o m i c r o m o n o s p o r a),三年龄根样本的优势属是假单胞菌属,五年龄根样本的优势属是分枝杆菌属(M y c o b a c t e r i u m)[79]㊂1.3传播途径多样性内生菌的传播途径主要是水平传播和垂直传播㊂水平传播途径是指从土壤到根的转移㊂内生菌先通过根表皮进入根内部,然后在根毛和侧根分布[80]㊂也有些内生菌如重氮营养葡糖酸醋杆菌(G l u c o n a c e-t o b a c t e r d i a z o t r o p h i c u s)可通过叶序层入侵植物[52]㊂垂直传播(即种子介导的遗传力)是指内生菌在种子萌发的过程中定植到植物内部,再到发育器官中,实现跨代传播[53,81]㊂在加拿大野黑麦(E l y m u s c a n a-d e n s i s)中,内生真菌E p i c h l oёc a n a d e n s i s能垂直传播并发生稳定的遗传变异[82]㊂E p i c h l oёc o e n o p h i a l a通过高羊茅的花序原基和卵母细胞垂直传播,其高度表达的相关应激基因还可能具有促进垂直传播的作用,因为内生菌转录组的转移开始于宿主早期花发育[59]㊂靠种子传播的内生菌同时具有影响种子萌发和幼苗生长的潜力[56,83]㊂2内生菌提高植物抗旱性分子机制干旱胁迫会影响植物生长过程和耐旱相关的基因表达,内生菌也通过调节根系生长㊁植物激素㊁代谢过程和抗旱相关基因的表达来增强宿主植物对干旱胁迫的耐受性[8,84]㊂内生菌通过调节植物细胞渗透㊁代谢水平及光合作用等相关基因的表达,影响植物生理生化水平,提高植物的耐旱性㊂而P G P B接种剂则通过影响植物内源激素和代谢产物的产生及抗氧化剂的积累相关的基因表达,进而提高植物的抗旱性(图2)㊂图2内生菌在干旱胁迫下对植物基因的调控F i g.2 R e g u l a t i o no f p l a n t g e n e sb y e n d o p h y t e su n d e r d r o u g h t s t r e s s61第1期宋雪等:内生菌提高植物抗旱性和耐盐性分子机制研究进展2.1植物共生内生菌响应干旱的基因表达干旱条件下内生菌群落会发生变化,但不受植物宿主的耐旱水平的影响[91]㊂E p i c h l oё属是一种共生在冷季型禾草中的常见内生真菌㊂E p i c h l oё属及其寄主植物通过协调胁迫反应或单独激活胁迫反应机制,共同作用实现植物-内生菌互相保护[92-93]㊂E p i c h l oё能显著提高宿主植物的光合速率和生物量,使抗旱基因c51525.g r a p h _c1,c47798.g r a p h_c0和c64087.g r a p h_c0表达水平上调[62]㊂研究发现,种子传播的内生真菌E p i c h l oёc o e n o p h i a l a通过提高与干旱胁迫耐受性相关的代谢产物含量和编码脱水蛋白和热休克蛋白/蛋白伴侣的基因表达[90],上调参与氧化应激反应㊁氧自由基解毒㊁碳水化合物代谢㊁热休克和细胞转运途径的基因表达来响应应激,进而提高冷季型草坪草高羊茅的耐旱性[60]㊂产黄青霉(P e n i c i l l i u mc h r y s o g e n u m)和短密青霉(P e n i c i l l i u mb r e v i c o m p a c t u m)是南漆姑(C o l o-b a n t h u s q u i t e n s i s)根中的优势内生真菌,它们可以调控扩展蛋白基因表达,使扩展蛋白表面产生一个开放的凹槽,从而降低干旱胁迫下南漆姑的氧化应激水平㊁提高糖和脯氨酸含量㊁增强C q N C E D1, C q A B C G25和C q R D22等耐旱基因的表达[85,94]㊂许多研究发现内生细菌通过调节宿主植物体内渗透调节物质含量和抗氧化能力来帮助植物抵御干旱条件㊂比如,根际内生细菌O c h r o b a c t r u m s p.E B-165,M i c r o b a c t e r i u m s p.E B-65,E n t e r o b a c t-e r s p.E B-14和E n t e r o b a c t e r c l o a c a es t r a i n E B-48可以提高脯氨酸积累㊁细胞渗透调节㊁相对含水量和细胞膜稳定性指数,同时促进干旱响应基因s b P5C S2和s b P5C S1的上调[67],进而促进植物生长[87]㊂2.2体外培养内生菌响应干旱的基因表达P G P B接种剂会影响根系内生细菌群落,提高干旱胁迫下植物产量和光合能力[95]㊂芽孢杆菌属(B a c i l l u s)是一种常见的植物促生细菌,分布广泛且种类繁多,被广泛用于工业㊁农业㊁医学等领域,可以通过调节植物的渗透作用㊁植物激素水平及代谢以提高植物耐旱性㊂研究发现,珍珠粟(P e n n i s e t u m g l a u c u m L.)内最普遍的耐渗透性内生菌是B a c i l l u s[96]㊂B a c i l l u s s u b t i l i s D c l1具有耐旱性,基因组测序表明I A A,H2S㊁乙酰丙酮㊁丁二醇㊁鞭毛和铁载体产生的基因与B a c i l l u s s u b t i l i s D c l1的磷酸盐溶解和生物膜形成有关㊂此外,甘氨酸甜菜碱㊁谷氨酸和海藻糖基因的鉴定进一步证明B a c i l l u s s u b t i l i s D c l1具有耐旱特性[97]㊂内生枯草芽孢杆菌(B a c i l l u s s u b t i l i s)可以提高小麦(T r i t i c-u ma e s t i v u m L.)幼苗中T a C T R1基因的表达水平[98],促进小麦内源水杨酸(S a l i c y l i ca c i d,S A)积累,增加S A依赖性防御途径的标记P R-1基因转录物的相对表达水平,改善植物生长并增强耐旱性[99]㊂短小芽孢杆菌(B a c i l l u s p u m i l u s)会影响乌拉尔甘草(G l y c y r r h i z au r a l e n s i s F i s c h.)代谢,提高其根中总黄酮㊁总多糖和甘草酸的含量,增加甘草酸合成关键酶基因HM G R,S Q S和β-A S的表达,通过调节抗氧化剂的积累来改善干旱胁迫下的乌拉尔甘草生长[100]㊂也有研究发现B a c i l l u s属菌在干旱下会影响植物的抗氧化能力以抵御干旱㊂解淀粉芽孢杆菌(B a c i l l u s a m y l o l i q u e f a c i e n s)在干旱㊁盐碱和重金属胁迫下可以提高辣椒中叶绿素㊁水杨酸㊁糖㊁氨基酸和脯氨酸含量,降低脂质代谢㊁脱落酸㊁蛋白质㊁过氧化氢含量和抗氧化酶活性,还会导致X TH基因表达增强,降低WR K Y2,B I-1,P T I1和重链结合蛋白(h e a v y-c h a i nb i n d i n gp r o t e i n,B i P)基因的表达来维持辣椒生长[88]㊂芥菜(B r a s s i c a j u n-c e a L.)接种芽孢杆菌后转录因子D R E B2和D R E B1-2的表达显著上调,淀粉积累减少㊁H2O2酶活性增强㊁脂质过氧化降低[49]㊂P G P B种类繁多,除B a c i l l u s外,类芽孢杆菌属(P a e n i b a c i l l u s)㊁节杆菌属(A r t h r o b a c t e r)等细菌也可以用作提高植物耐旱性的接种剂㊂P a e n i b a c i l l u s s p.s t r a i nB2和A r t h r o b a c t e r s p p.s t r a i nA A通过上调小麦防御和细胞渗透㊁活性氧㊁茉莉酸㊁苯基丙酸和植物抗毒素等基因表达,提高小麦的抗病性和耐旱性[101]㊂干旱胁迫下接种内生菌腐败希瓦氏菌(S h e w a n e l l a p u t r e f a c i e n s)和都柏林克洛诺斯杆菌(C r o n o b a c t e rd u b l i n e n s i s)使珍珠粟内I A A,A B A 和G A含量显著升高,植物激素生物合成基因S b N C E D,S b G A20o X和S b Y U C及编码干旱响应基因S b A P2,S b N A C1和P g D R E B2A的表达水平增强,提高了珍珠粟的抗旱性[102]㊂此外,接种青霉菌属(P e n i c i l i u m)㊁拟盾壳霉属(P a r a c o n i o t h y r i u m)等真菌和链霉菌属(S t r e p t o m y-c e s)等放线菌也能在干旱条件下促进植物生长㊂干旱胁迫下在豌豆(P i s u ms a t i v u m L.)种子中接种P e n i-c i l i u m S M C D2206,P a r a c o n i o t h y r i u m S M C D2210和S t r e p t o m y c e s s p.S M C D2215可以促进种子萌发㊁降71草 地 学 报第32卷低植物根部R O S 积累水平并下调叶片中脯氨酸㊁超氧化物歧化酶(S O D )和锰超氧化物歧化酶(M n S O D )基因表达[42]㊂3 内生菌提高植物耐盐性分子机制盐胁迫会限制植物生长发育,影响作物生产和产量[65]㊂光合作用㊁气孔导度和激素平衡等植物生理参数的变化可以作为盐胁迫对植物影响的衡量指标㊂植物-内生菌共生提高了植物的光合速率㊁光系统I I 量子效率和RW C ,使编码参与根中N a +/K +稳态的膜转运蛋白的基因上调[103]㊂P G P B 也可以缓解盐分对植物的危害[43,103]㊂植物共生内生菌能影响植物代谢水平㊁光合作用㊁抗氧化酶活性㊁信号转导等基因表达,提高植物对盐胁迫的耐受性㊂接种P G P B 可以影响植物生物合成㊁内源激素㊁光合作用㊁抗氧化酶活性及渗透等相关基因表达,从而减轻盐胁迫对植物的影响(图3)㊂图3 内生菌在盐胁迫下对植物基因的调控F i g .3 R e g u l a t i o no f p l a n t g e n e sb y e n d o p h y t e su n d e r s a l i n i t y st r e s s 3.1 植物共生内生菌响应盐分的基因表达内生菌能显著提高水稻幼苗的耐盐碱性,通过影响生物合成㊁能量代谢㊁酶活性㊁光合作用㊁R O S 清除系统和激素信号传导等促进其生长[58]㊂内生真菌在盐胁迫阶段能有效提高植物对盐胁迫逆境耐受能力㊂E pi c h l o ё内生真菌与醉马草共生体研究是我国禾草内生真菌研究领域的一个重要方向㊂E p i c h l o ёga n s u e n s i s 作为种子内生真菌,可以与醉马草建立共生关系并赋予其耐盐性,在基因水平上通过影响根中的基因表达调节氨基酸代谢㊁碳水化合物代谢㊁T C A 循环㊁二次代谢和脂质代谢的多种途径;在转录水平上影响了醉马草根中胞吐㊁糖酵解㊁果糖代谢和钾离子转运等生物过程,并改变了磷酸肌醇代谢㊁半乳糖代谢㊁淀粉和蔗糖代谢等代谢途径[40,93]㊂F u s a r i u m 菌属是生产上较难防治的一种病害菌属,可以侵染多种植物,但研究发现F u s a r i u m 菌属可以促进水稻在盐胁迫下的生长,调控参与非生物和生物胁迫耐受㊁参与信号感知的富含亮氨酸的重复蛋白㊁受体样激酶等和转导过程中C a2+和钙调素结合蛋白㊁转录因子㊁二次代谢和氧化应激清除的蛋白质有关基因的编码㊂基因O s I F R ,O s WR K Y 1,O s C AM ,O s b H L H 和O s O R D 的转录水平在无内生菌处理的幼苗的根中下调,但在盐胁迫和镰刀菌的存在下上调[57]㊂B a c i l l u s 具有优良的耐盐特性,可缓解盐胁迫对植物造成的损伤㊂B a c i l l u s 属可以调控植物根中参与细胞运动㊁N a 1转运和固氮及磷酸盐溶解等促生长功能基因的表达从而提高植物耐盐性[107]㊂高地芽孢杆菌(B a c i l l u s a l t i t u d i n i s )WR 10具有高耐81第1期宋雪等:内生菌提高植物抗旱性和耐盐性分子机制研究进展盐性,可以上调H+-A T P酶基因表达,减少盐胁迫植物中N a+的积累,并提高K+,P和C a2+的摄取,在转录水平上提高小麦根中与谷胱甘肽(G l u t a t h i-o n e,G S H)生物合成相关的L-抗坏血酸过氧化物酶(A s c o r b a t e p e r o x i d a s e,A P X)㊁G S H合成酶活性,上调苯丙醇生物合成基因C Y P73A,4C L和C A D 及脯氨酸脱氢酶基因,下调G S H代谢基因以增加A P X活性和G S H水平,降低脯氨酸含量和H2O2水平[68]㊂诺卡氏菌(N o c a r d o s i s)和E n t e r o b a c t e r常用于临床研究,但也有研究表明这两种细菌可以提高植物耐盐性㊂A r t h r o b a c t e r和N o c a r d o s i s在盐胁迫下可以上调编码叶绿素a还原酶㊁肽蛋氨酸(R)-S-氧化物还原酶和K+摄取的基因,参与类胡萝卜素生物合成㊁苯丙氨酸代谢㊁苯丙烷类生物合成㊁甘油脂代谢和氮代谢等途径从而提高植物耐盐性[105]㊂E n t e r o b a c t e r s p.S A187与拟南芥在盐胁迫下相互作用,改变细菌的碳与能量代谢,上调各种营养物质和代谢产物转运蛋白以及整个硫途径的基因,抑制盐诱导的活性氧物质积累以及L S U突变体的超敏反应,减轻盐胁迫对植物的不良影响[48]㊂3.2体外培养内生菌响应盐分的基因表达植物根际促生菌(P l a n t g r o w t h-p r o m o t i n g r h i-z o b a c t e r i a,P G P R)是一类已被证明能促进植物生长和产量的微生物,被广泛用于多种农业作物以促进植物生长并保护其免受各种胁迫条件的影响[54,108-109]㊂B a c i l l u s通过调节离子平衡及渗透调节物质㊁植物激素和光合色素含量和代谢水平缓解盐胁迫对植物的影响㊂巨大芽孢杆菌(B a c i l l u sm e g a t e r i u m) Z S-3菌株改善了在重度盐胁迫下拟南芥的生长情况,显著提高拟南芥的生物量㊁叶绿素含量和类胡萝卜素含量,调节盐胁迫下植物体内渗透物质的含量,上调NHX1和A V P1基因的表达来分离囊泡中的N a+,同时通过下调HK T1基因表达来限制N a+的摄取,激活水杨酸相关基因N P R1和P R1及茉莉酸/乙烯信号通路关键基因A O S,L O X2,P D F1.2和E R F1,从而诱导植物的耐盐性[66]㊂研究发现,沙福芽胞杆菌(B a c i l l u s s a f e n s i s)B T L5㊁海内氏芽孢杆菌(B a c i l l u s h a y n e s i i)G T R8㊁副地衣芽胞杆菌(B a c i l l u s p a r a l i c h e n i f o r m i s)G T R11和B a c i l l u s a l t i t u d i n i s G T S16可以降低番茄细胞程序性死亡㊁增加叶绿素含量㊁减少活性氧(R O S)积累,调节L K T1,NHX1,S O S1,L e P I P2,S l E R F16和S l-WR K Y39等非生物胁迫响应基因的表达进而调节N a+/K+平衡和水稳态,减轻盐胁迫对番茄的影响[45]㊂此外,耐寒短杆菌(B r e v i b a c t e r i u m f r i g o r i-t o l e r a n s)W19和B a c i l l u ss a f e n s i s B T L5上调S O D1,C A T a,NHX1和P A L1这四个耐盐基因的表达,改善了植物在盐胁迫下的生长和发育[86]㊂盐胁迫下,蜡状芽孢杆菌(B a c i l l u s c e r e u s)显著增加了乌拉尔甘草幼苗的根长和侧根数㊁上调苯丙醇的生物合成和MV A途径相关的HM G R,β-A S,C H S, L U S,U G A T,C Y P72A154,C Y P88D6和S E基因的表达水平,增加了甘草酸和甘草次酸的含量[63]㊂关于接种其他内生细菌提高植物耐盐性的研究也有很多,例如,从盐生植物地中海滨藜(A t r i p l e x h a l i m u s L.)和灰绿针草(L y g e u ms p a r t u m L.)分离出的内生细菌接种到番茄中会影响与渗透感应㊁渗透调节和渗透保护的互补机制相关的基因和多种酶抗氧化过程潜在相关的各种基因的表达,减少盐诱导的R O S过度产生,降低盐胁迫对番茄植株的影响[46]㊂原发节杆菌(A r t h r o b a c t e r p r o t o p h o r m i a e, S A3)和纳氏双球菌(D i e t z i an a t r o n o l i n a e a,S T R1)可以提高小麦I A A含量㊁降低A B A/A C C㊁调节乙烯信号通路的调节成分C T R1和D RE B2转录因子的表达,改善小麦作物耐盐性[98]㊂在盐胁迫下,接种微白黄链霉菌(S t r e p t o m y c e s a l b i d o f l a v u s)O s-i L f-可以降低水稻植株内源A B A含量,增加G S H 和脯氨酸和可溶性糖含量,提高光合作用效率和S O D,P O D和C A T酶活性,上调光合作用相关基因(O s A L A D,O s P S Y3,O s a t p E)㊁离子转运相关基因(s S O S1,O s NHX1,O s HK T5)㊁黄素单加氧酶基因(O s Y U C C A1)和生长素外排载体(O s P I N1)基因表达水平,增强了水稻耐盐性,从而提高盐碱条件下的水稻产量[44,89]㊂接种内生真菌也可以缓解盐分对植物的胁迫作用㊂在盐胁迫下接种有益D S E真菌T010后的蓝莓幼苗生长旺盛,根内抗氧化酶活性增强[110],转录激活剂V a b Z I P12结合G-B o x1和G-B o x2基序后过表达,增加转基因拟南芥中酶促抗氧化剂活性并上调相关基因以增强耐盐性[41]㊂接种P e n i c i l l i u m b r e v i c c o m p a c t u m和P e n i c i l l i u m c h r y s o g e n u m可以提高番茄和生菜在盐胁迫条件下的营养素和N a+含量㊁净光合作用㊁水分利用效率㊁产量和存活率,同时上调液泡N H X1N a+/H+反转运蛋白的表达,提高番茄和生菜的耐盐性[106]㊂印度梨形孢91草地学报第32卷(S e r e n d i p i t a i n d i c a)调控转运蛋白基因S i E N A5的表达,降低了拟南芥植物的N a+含量[111]㊂4小结与展望在干旱和盐胁迫下,内生菌可以调控植物的转录水平㊁激素及生物合成㊁抗氧化系统㊁细胞代谢㊁信号转导㊁渗透和光合作用等多种相关基因的表达,使植物积累I A A,A B A,S A等植物激素及脯氨酸等代谢物,抗氧化酶活性提高,植物光合速率加快,生物量增多,从而促进植物生长,提高植物抗逆性㊂近年来,植物内生菌研究受到国内外学者的广泛关注㊂尽管对内生菌提高植物的耐旱性和耐盐性的研究已有很多,但具体的分子机制尚有待进一步研究㊂因此,未来可在以下方面进行进入研究:1)植物内生菌种类繁多,目前还有许多菌种未被发现,阐明内生菌的多样性有助于了解这些生物活性细菌在寄主植物微生态系统中的功能和潜在作用[112]㊂从尚未被研究的植物中分离和鉴定内生微生物,可以发现新的物种㊂2)同时研究植物共生内生菌和内生菌接种剂对植物的抗逆性的影响,信息互补,可以更全面的了解内生菌的多样性及生物技术潜力㊂3)研究已经证实内生菌能够促进植物生长㊁提高植物对非生物胁迫的耐受性和对生物胁迫的抵抗力,为识别最适合特定环境条件的微生物,还需要深入研究植物-内生菌这种共生模式及其相互作用的分子和生化基础,开发新的生物接种剂从而应用到农业生产中㊂4)植物内生菌对植物的影响在人工实验室㊁温室和田间试验中有所不同,因此,有必要开展田间试验,真正了解微生物在农业系统中的作用㊂5)用组学技术研究内生菌之间的协同或拮抗作用和内生菌与植物协同或拮抗作用也有利于内生菌生物接种剂的开发,实现农业可持续发展㊂参考文献[1] P E T R I N IO.F u n g a le n d o p h y t e s o ft r e el e a v e s[C]//A N-D RE W SJ H,H I R A 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基因工程在提高植物抗逆性上的研究进展
基因工程在提高植物抗逆性上的研究进展张启鸣【摘要】筛选具有抗性的目的基因,通过不同方式转入到受体细胞,并使其在受体细胞中表达,以提高植物的抗逆性.利用基因工程提高植物抗逆性具有广阔发展前景,【期刊名称】《大连教育学院学报》【年(卷),期】2010(026)001【总页数】4页(P57-60)【关键词】基因工程;植物;抗逆性【作者】张启鸣【作者单位】大连大学生物工程学院,辽宁,大连116622【正文语种】中文【中图分类】Q947在自然环境中,植物的生长发育往往受到干旱、高温、低温、盐渍、重金属、氧化等逆境胁迫。
利用基因工程可以把抗逆目的基因经体外切割、拼接与重组后,引人到受体细胞,使其在受体内进行复制、表达,按人们预先设计的要求改变受体细胞的遗传特性,然后由转化细胞再分化出有预期新性状的工程植株,这些新植株就具有较高的抗性。
伴随着分子生物学和植物细胞及组织培养技术的发展,人们能够从生化及分子水平上认识植物对逆境胁迫的抗性机理,并且从其遗传物质中筛选出与抗性机理有关的基因,并对它们进行修饰,这就是目的基因。
植物的耐盐、耐温机理是多方面的。
盐地碱蓬是一种具有很强抗逆性的真盐生植物,目前从盐地碱蓬已克隆出、可作为抗盐关键基因而进行基因工程操作的目的基因主要四种:合成渗透调节物质的关键酶基因、调控抗氧化防御反应的抗氧化基因、离子平衡的调节基因和盐胁迫信号转导的相关基因[1]。
△’-二氢吡咯 -5-羧酸合成酶基因（SsP5CS）和肌醇-1-磷酸合成酶基因（SsIPNS）,两种基因已从盐地碱蓬成功克隆出来,它们分别是脯氨酸合成及肌醇合成的关键酶基因,在盐胁迫下,两者在转录水平均有升高,由此推断它们可能与抗盐特性有一定关系。
[2-3]M PA激酶是重要的盐胁迫信号转导通路之一[4],目前已从盐地碱蓬分离出M PA激酶基因,该基因读码框长1572bp,编码一个含524个氨基酸的蛋白质,在低温、干旱和高盐胁迫下,其转录水平均有升高。
基因工程技术在育种中的应用研究
基因工程技术在育种中的应用研究引言:基因工程技术是一项革命性的科技，通过对生物体的基因进行改进、编辑和调控，可以实现对生命的精确控制和改良。
育种是农业和生物科学领域中的重要研究方向，通过选育和培育具有优良性状的生物种类，以提高产量、抗病性等方面的性能。
基因工程技术的迅速发展为育种工作提供了新的机会和挑战，本文将重点探讨基因工程技术在育种中的应用研究。
一、基因工程技术在育种中的意义育种是一项耗时耗力的任务，以往主要依靠传统的选择育种和杂交育种方法。
然而，基因工程技术的出现提供了高效、精确的手段来改良和提高生物品种。
基因工程技术可以通过选择性编辑特定基因来达到所需的性状，从而加速育种进程。
例如，通过引入特定基因来使作物具备抗旱、抗病或耐盐性，提高作物产量和质量。
此外，基因工程技术还可以改良农作物的口感、外观等方面，提高农产品市场竞争力。
二、基因工程技术在作物育种中的应用研究1. 基因编辑与作物改良基因编辑技术如CRISPR-Cas9已成为育种中的重要工具。
通过CRISPR-Cas9技术，研究人员可以选择性地编辑作物基因组中的特定基因，使作物具备更好的性状。
例如，科学家利用CRISPR-Cas9技术成功改良了水稻的品质和产量，提高了小麦的耐久性等。
这种高效的编辑技术为作物育种带来了新的希望。
2. 转基因技术与抗病性培育转基因技术是基因工程技术中的一种重要手段，在作物抗病性培育中发挥了重要作用。
通过转基因技术，研究人员将抗病基因从一种植物转移到另一种植物，以提高其抗病能力。
例如，转基因的玉米、大豆等作物具有抗除草剂或抗虫性，可以减少化学农药的使用，降低环境污染。
3. 基因工程技术与作物营养改良基因工程技术还可以用于作物营养改良，以提高作物中的营养含量和品质。
通过编辑和调控作物基因，可以增加作物中的营养物质含量，如维生素、矿物质等。
例如，通过基因编辑技术，研究人员成功提高了番茄中维生素C的含量，从而提高了番茄的营养价值。
植物抗旱性相关基因的克隆及其功能研究
植物抗旱性相关基因的克隆及其功能研究植物作为一种生命体，其中最基础的生理需求之一就是水分。
然而，在严峻的自然环境下，植物往往会面临着旱、涝等各种极端环境的压力，从而限制它们的生长和发展。
因此，寻找植物抗旱性相关基因已经成为了研究的热点之一。
一、基因克隆的过程在认识植物遭受旱情况下的应对机制之前，我们必须先了解基因的概念和克隆技术的原理。
基因是细胞内控制生长和发育的最基本单元，它负责着编码某一种功能性蛋白质或RNA分子的信息。
与此同时，基因在生物体中表现出来的物理表现形态则称为表现型。
因此，当我们想要了解某一种植物抗旱性的原理时，就需要通过克隆相关基因并进一步研究它们的功能。
那么，基因克隆的过程该如何进行呢？一般情况下，基因的克隆可以分为以下主要步骤：首先需要从植物中抽取一份总DNA，并进行酶切（即剪切DNA分子）；然后将切割后的DNA片段放入载体（如质粒）中；再将载体转化至宿主细胞内进行培育和筛选；最后，通过测序和分析，确认载体中所含有目标基因的DNA序列。
二、植物抗旱性相关基因既然了解了基因克隆过程的基本原理，接下来就可以具体研究植物抗旱性相关基因了。
在多年的研究中，科学家们已经确定了许多影响植物抗旱性的基因，其中不可或缺的几个基因包括：1.敲除基因DREB1A：它是一种调节植物抗旱性的转录因子，通过激活多个生物代谢途径而提高植物的抗旱能力。
2.敲除基因SRG：它在植物抗旱性方面的发挥机制比较特殊。
一方面，它可以激活组成叶绿体二级结构的相关基因，从而修复受到旱情况下的叶绿体结构；另一方面，它也可以抑制叶绿素合成，在极端干旱的情况下促使植物速速进入休眠状态。
3.抑制基因TFIIAβ-4：它是一种拓扑异构酶，能够强烈抑制植物中的ABA合成，进而让植物免于遭受旱情况下的生长压力。
三、基因功能的研究对于植物抗旱性相关基因的研究，其中关键的一步就是了解它们的具体功能。
一般而言，我们可以通过以下几种方法来了解目标基因的功能：1.敲除或过表达基因：通过基因工程技术，可以剔除或过度表达目标基因，从而进一步证明该基因对植物抗旱性的贡献。
利用生物技术提高农作物抗旱性研究
利用生物技术提高农作物抗旱性研究农作物作为人类的主要食物来源，其生长与生产受到各种环境因素的影响。
其中，干旱是最常见的一种自然灾害，严重影响着农作物的产量和质量。
为了解决农作物受旱问题，科学家们利用生物技术手段进行了大量研究，旨在提高农作物的抗旱性能。
本文将介绍一些利用生物技术提高农作物抗旱性的研究方法和技术。
首先，基因工程是提高农作物抗旱性研究中常用的手段之一。
通过向农作物中引入一些旱生植物的抗旱基因，可以增强农作物对干旱的抵抗能力。
例如，很多耐旱植物具有较高的细胞膜稳定性，可以保护细胞不受脱水和氧化损伤。
因此，科学家们将这些抗旱基因转移到一些经济作物中，如小麦、水稻等。
研究表明，转入其他植物中的抗旱基因可以显著提高其抗旱性能，从而增加作物产量。
其次，生物育种也是提高农作物抗旱性研究的重要手段。
利用传统的杂交育种和选择育种方法，在大规模田间试验中选出对干旱具有较高抗性的品种和种质资源，然后通过连续选择和交配，可以逐渐获得抗旱性更强的新品种。
例如，在小麦育种中，科学家们通过选择一些细胞膜稳定性较高的小麦品种进行杂交，获得了具有较强抗旱性的优良小麦品种。
除此之外，生物技术还可以利用转录组学、蛋白质组学和代谢组学等手段，系统地研究农作物在干旱胁迫下的分子生物学响应机制，以获取更深入的了解。
通过对比不同基因表达水平和代谢产物的变化，可以筛选出在干旱抗性中起关键作用的基因和代谢途径。
这为进一步改良和提高农作物抗旱性提供了有力的理论依据和实验依据。
此外，生物技术还可以利用基因组编辑技术，如CRISPR/Cas9等方法，直接修改农作物基因组中与抗旱性相关的基因序列。
通过删除或修改这些基因，可以增强农作物的抗旱性能。
这种方法具有高效、精确且可控的优点，可以针对性地修改特定基因，而不会导致其他不必要的基因变化。
最后，农作物的栽培管理也是提高抗旱性的关键。
合理的灌溉方法和水肥管理策略可以减轻旱情对农作物的影响。
例如，适当控制灌溉量和灌溉时间，采用节水灌溉技术，可以防止农作物过度脱水，并提高土壤中的水分保持能力。
植物干旱胁迫响应机制研究进展
植物干旱胁迫响应机制研究进展一、本文概述随着全球气候变化的加剧，干旱成为影响植物生长和产量的主要环境因子之一。
植物干旱胁迫响应机制是植物生物学领域的研究热点，对于提高植物抗旱性和农业生产具有重要意义。
本文综述了近年来植物干旱胁迫响应机制的研究进展，包括干旱胁迫对植物生理生化特性的影响、干旱胁迫下植物信号转导途径的调控机制、以及植物抗旱性基因工程的研究与应用等方面。
通过对这些内容的梳理和分析，旨在为深入理解植物干旱胁迫响应机制提供理论支持，并为植物抗旱性育种和农业生产提供新的思路和方法。
二、干旱胁迫对植物生理生化的影响干旱胁迫是植物在生长过程中经常遇到的一种非生物胁迫，它会对植物的生理生化过程产生深远影响。
这些影响主要体现在植物的光合作用、呼吸作用、物质代谢和抗氧化系统等方面。
干旱胁迫会降低植物的光合作用效率。
干旱会导致植物叶片气孔关闭，从而减少二氧化碳的供应，影响光合作用的进行。
干旱还会影响叶绿素的合成和稳定性，进一步降低光合效率。
干旱胁迫会改变植物的呼吸作用。
在干旱条件下，植物会通过增加呼吸作用来应对能量需求的增加。
然而，过度的呼吸作用会消耗大量的能量和有机物，对植物的生长和发育产生不利影响。
干旱胁迫还会影响植物的物质代谢。
在干旱条件下，植物会优先保证生命活动必需的物质合成，如脯氨酸、甜菜碱等渗透调节物质的合成会增加，以增强植物的抗旱性。
同时，一些非必需物质的合成可能会受到抑制，以节省能量和物质。
干旱胁迫会对植物的抗氧化系统产生影响。
干旱会导致植物体内活性氧（ROS）的产生增加，对植物细胞造成氧化损伤。
为了应对这种氧化压力，植物会增强抗氧化系统的活性，如增加超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶的活性，以清除ROS，保护细胞免受损伤。
干旱胁迫对植物的生理生化过程产生了广泛而深远的影响。
为了更好地应对干旱胁迫，植物需要调整自身的生理生化过程，以适应环境压力，保证正常的生长和发育。
植物抗旱机理研究进展
标 之一 。
践支 撑 ， 多 研究 工 作 人 员 做 了大 量 的工 作 … 。现 很 将近 年来 植物抗 旱 性 在形 态 结 构 、 理 生 化 机 制 及 生 基 因工程 等方 面的研 究现 状 和进展 综述 如下 ：
高 建社 等Ｌ 研究 也表 明在水 分 胁 迫下 ， 系 的 ４ Ｊ 根
姚 觉 ， 晓 英 ， 于 邱 收 ， 李 达
（ 南 农 业 大 学 园 艺 园林 学 院 ， 南 长 沙 湖 湖 ４０２ ） １１８
摘 要 ： 旱严 重 影 响植 物 的 生 长 发 育 ， 在 干 旱 胁 迫 下 ， 物 的根 系 结 构 ； 片 的 组 织 含 水 量 、 绿 素 及 类 胡 萝 卜 干 从 植 叶 叶
ｎ ａ ｔ ｉ ｓ ｏ ｃｐｔ ｔ ｌ ｈ ａｔ ｉｅ ｏ ｍ ｔ ｅｕ ｔ ａｅ ｌａ ｒｌ ｅ Ｐｏ ，ｕ ｅ ｘｄ ｄｓ ｔ ａｄｃｒ ｅｏ ；ｏｍ ｔ ｏ ｎｉ ｄ ｔ ｃ ｖ ｉ ｆ ｓ ｏ ｃｒｇｌ ｅｍ ｔ ａ，ｓｐａｎ （ ｒ） ｓｐｒ ｉ ｉ ｕａｅ ｏｎ ｄ ｉ ｅ ａａ ｎ ｅ ｉｔｓ ｏ ｉ ａ ｉ ｒ ｉ ｏ ｅ ｍ ｓ
Ｙ Ｏ Ｊｅ Ｙ ｉ —ｉｇ Ｑ Ｕ Ｓ ｏ ， Ｉ ａ Ａ ｕ ， Ｕ Ｘ ａ ｙｎ ， Ｉ ｈ ｕ Ｌ ｏ Ｄ
（ ｏ ｅｅｏ Ｈ ｒｃｌ ｒ ａ ｄＬ ｎｓａｅ Ｃ ａｇｈ ４ ０ ２ ， ｈｎ ） Ｃ ｌ ｇ ｆ ｏｔ ｕ ｕｅ ｎ ａ ｄｃｐ ， ｈｎｓａ １ １８ Ｃ ｉａ ｌ ｉ ｔ
根系相关抗旱基因
根系相关抗旱基因全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：根系相关抗旱基因是指植物根系在干旱条件下的适应性反应中所涉及的基因。
随着全球气候变暖的影响不断加剧，干旱已经成为世界各地农作物生产中最为紧迫的问题之一。
为了提高作物的抗旱性能，科学家们一直在寻找能够提高作物抗旱能力的途径，其中根系相关抗旱基因的研究备受关注。
根系作为植物的重要器官，对植物的水分吸收、养分吸收以及植物内部水分平衡维持起着至关重要的作用。
在干旱条件下，植物根系对于维持植物正常生长发育具有重要作用。
根系相关抗旱基因则是指参与调控植物根系对干旱胁迫的适应性反应的基因。
研究发现，根系相关抗旱基因的表达会在干旱条件下显著增加，这些基因通过调节植物的水分调节机制、调控植物的抗氧化系统以及调节植物生长发育等途径参与植物对干旱条件的应对。
研究表明ABA 信号途径是调控植物对干旱胁迫的重要途径之一，而根系相关抗旱基因的表达受到ABA信号途径的调控，进而实现植物对干旱的应对能力。
近年来，科学家们通过与遗传学、生物化学、分子生物学等多学科的交叉研究，已经鉴定出了一系列与根系相关抗旱基因相关的分子机制。
利用转录组学技术研究发现，在干旱条件下，植物根系细胞壁的合成与修饰会发生变化，一些相关基因会被激活从而调控根系细胞壁的合成与修饰，从而增强根系的机械强度抗旱能力。
一些根系相关抗旱基因还参与到植物内部养分运输的调控中。
研究表明，植物在干旱条件下往往会对根系进行局部抑制，限制养分在植物体内的运输，通过调控根系相关抗旱基因的表达来减少水分蒸腾，从而缓解水分亏缺对植物生长发育的影响。
根系相关抗旱基因是植物在干旱条件下适应性反应中的重要调控因子。
通过深入研究根系相关抗旱基因的功能与分子机制，可以为进一步提高作物的抗旱能力提供重要的理论支持与科学依据。
未来，我们期待通过对根系相关抗旱基因的深入研究，为作物遗传改良与干旱抗性育种提供更多的创新思路和科学技术支持。
第二篇示例：植物是地球上最主要的生物之一，它们在维持生态平衡和人类生存中发挥着至关重要的作用。
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来稿日期:20080831 基金项目:邯郸学院硕士博士启动基金(S2006002) 作者简介:葛水莲(19802),女,河北保定人,邯郸学院生物科学系教师,硕士.植物抗旱基因工程的研究进展葛水莲1,薛晶晶1,陈建中2(11邯郸学院生物科学系,河北邯郸056005;21邯郸市植物研究所,河北邯郸056005) 摘要:就植物的抗旱基因包括渗透调节,保护酶体系,抗旱基因及遗传特性等方面对植物抗旱机理的研究进行了综述.研究植物的抗旱性基因,有助于了解植物的抗旱机制,为中国节水抗旱农业的研究提供一些新的思路和新的手段.关键词:抗旱机理;水分胁迫;基因工程中图分类号:S 33214 文献标识码:A文章编号:167321492(2008)0620028204 干旱已是世界性的问题,世界干旱,半干旱地区已占陆地面积的三分之一以上,干旱对植物的影响在诸多自然逆境因素中占首位.显然,对植物抗旱机理的研究显得尤为重要.在长期的进化过程中,高等植物通过一系列生理变化来响应环境的水分胁迫.这些变化体现在渗透调节,保护酶体系,抗旱基因与遗传特性等方面.随着现代分子生物学与生物技术的发展,植物如何通过细胞感受逆境信号、传导逆境刺激、激活一系列分子途径并调控相关基因表达和生理反应以适应逆境,已成为科学家研究的热点[1].本文对上述几方面的研究进行了综述,旨在总结植物抗旱的新机制,以利于我们更好的进行抗旱工作.1 渗透调节中脯氨酸的调节111 植物体内脯氨酸的合成脯氨酸是一种小分子的渗透物质,是水溶性最大的氨基酸,许多植物受到盐渍时积累高水平的脯氨酸.植物的脯氨酸合成、累积及代谢是一个受非生物胁迫细胞内脯氨酸浓度调控的生理生化过程[2].脯氨酸积累可能是植物受到胁迫的一种信号.遭受胁迫的植物细胞内大量积累脯氨酸,已证明植物体内存在2条脯氨酸合成途径,根据起始氨基酸命名为Glu 途径和Orn 途径[3].胁迫导致水分亏缺时植物体内脯氨酸积累主要依靠Glu 途径,谷氨酸途径发生在胞质中,但脯氨酸降解为吡咯琳252羧酸(P5C )却发生在线粒体中,由脯氨酸脱氢酶(ProD H )催化,这种代谢的区室化分布避免了物质的无效循环.在正常情况下,脯氨酸作为一种反馈调节物质抑制了P5CS 的基因表达而诱导了ProD H 的基因表达.在胁迫条件下,P5CS 基因的表达活性超强,而ProD H 基因的表达活性却受到抑制.植物体内另一条脯氨酸合成途径为Orn 途径.鸟氨酸是在鸟氨酸6-氨基转移酶(62OA T )的作用下,生成谷氨酸半醛(GSA ),后通过Glu 途径生成脯氨酸[4].两条途径因植物和生长时期不同而各自起着重要的作用.从整体来说,在个体发育的早期阶段,异养型营养占优势,Orn -Pro 途径在脯氨酸合成中起重要作用,而谷氨酸作为脯氨酸合成的起始底物显然存在于个体发育的整个阶段,具体来说脯氨酸合成过程究竟是哪条途径居于主导地位有待研究.Roo sens [5]等研究表明,在盐胁迫和正常条件下,幼小植株的62OA T 活性和mRNA 都稍微高于较老植株,且该基因的表达与盐胁迫和脯氨酸产物密切相关.在拟南芥幼小植株中,游离脯氨酸含量、62OA T 活性以及62OA TmRNA 都受到盐胁迫处理而增加,这些结果表明对于拟南芥植物来说,在渗透胁迫过程中鸟氨酸途径和谷氨酸途径一样在脯氨酸的累积中发挥着重要的作用.另一方面4周龄的拟南芥植物虽然游离氨基酸的水平在盐胁迫条件下有所增加,但62OA T mRNA 的表达却没有检测到,相反P5CS mRNA 表达却达到较高水平.因此对于成年植株来说,游离脯氨酸的增加似乎只・82・第24卷第6期2008年12月 (自然科学版)Journal of Hebei North University (Natural Science Edition ) Vol 124No 16Dec.2008是由于谷氨酸途径的酶活性引起的.112 脯氨酸合成酶系分子生物学研究现状11211 脯氨酸合成酶研究现状 脯氨酸合成酶属于一个基因家族,在植物体内脯氨酸的合成由谷氨酸或鸟氨酸开始.在谷氨酸途径P5CS是一个双功能酶,具有谷氨酸激酶(72GK)和谷氨酰272半醛脱氨酶(GSAD H)活性,催化脯氨酸合成过程中的前2步反应,它是脯氨酸合成的限速酶;在鸟氨酸途径中,通过r2谷氨酰磷酸,GSA和P5C形成脯氨酸,62OA T是其限速酶.植物利用外源脯氨酸时Pro T起主要作用.与脯氨酸积累有关的酶主要有3类:谷氨酸途径中的P5CS和吡咯琳252羧酸还原酶(P5CR)、OA T、PSCR和Pro T.11212 脯氨酸合成酶基因分子生物学研究 编码脯氨酸合成酶基因的研究较为深入,至今已从水稻、黑麦、绿豆、大豆、拟南芥、蒺藜、苜蓿、榆钱、菠菜等植物中克隆出了多个与脯氨酸合成酶相关的基因,其中包括P5CS、PSCR、OA T和Pro T[627].鸟氨酸循环中62OA T基因已在大豆、苜蓿、拟南芥等中得到克隆.转运蛋白Pro T基因在拟南芥、番茄、水稻、大麦等中得到克隆. WU[8]研究发现,在拟南芥中P5CS是由2个不同调节基因编码的.该基因有l9个内含子和20个外显子定位于2号染色体7815位置上的At P5CS1基因可以在大多数植物器官中表达,但在分裂细胞中沉默;定位于3号染色体l0113位置上的At P5CS2基因转录产物,占植物组织中P5CSmRNA总量的20%～40%,并在分裂细胞中负责合成P5CSut RNA,At P5CS转录产物的积累具有组织特异性.同样在番茄的核基因组中,也发现有2个脯氨酸基因座(1oci):一个是特异性双功能tom Pro2基因座;另一个基因座为tom Prol,该基因座编码一个多顺反子mRNA,指导72GK和GSAD H2种多肽的合成[9].P5CS基因广泛存在于单子叶和双子叶植物中;P5CR基因有7个外显子,6个内含子,用探针将其定位于拟南芥的5号染色体上;62OA T基因有l0个外显子,9个内含子,该基因定位于拟南芥的5号染色体上;脯氨酸转运蛋白的基因有8个外显子,7个内含子,该基因定位于水稻的3号染色体上,在拟南芥中脯氨酸转运蛋白是2个不同调节基因编码的,该基因有7个内含子6个外显子,定位于2、3号染色体上. 11213 脯氨酸在转基因植物中的表现 将P5CS 和62OA T分别转入烟草植株中,发现在转基因烟草(N icoti ana t abacum)中脯氨酸含量明显提高且与对照相比,耐盐性也有所提高,转入其他植物也得到同样的结论.将从乌头叶豇豆中克隆的P5cs基因与CaMV35S启动子连接后转入烟草中,发现转基因烟草的脯氨酸含量比对照高10～18倍.在干旱胁迫下转基因烟草落叶少且迟.将拟南芥的62OA T基因导入烟草,使脯氨酸累积增加2倍,转基因的幼苗可在200mmol/L NaC1中正常生长;将此基因导人烟草,使脯氨酸累积增加2倍,转基因的幼苗可在200mmol/L NaC1中正常生长.杨成民[10]从豇豆中分离到的P5CS为目的基因,通过基因枪与选择标记bar基因共转化获得转基因黑麦草再生植株.K ishor[11]等将P5CS基因导入烟草,转基因植株脯氨酸含量比对照高10～18倍;在盐胁迫条件下,与对照相比转基因植株根的长度和干重增加,植株生物产量提高花发育得更好,果荚数目和每荚的种子数也增加.干旱条件下植物体内脯氨酸积累是否有利于植株抗旱,目前存在相当大的争议.尽管对于许多植物来说,脯氨酸的积累在逆境中的生理机制还未完全清楚,但普遍认为在干旱胁迫下脯氨酸的升高有利于植物对干旱胁迫的抵抗,耐旱植物(品种)通比不耐旱植物(品种)具有较强的脯氨酸积累能力,这些积累的脯氨酸通过质量作用定律进行渗透调节,从而增强植株保水能力.李燕等[12]在皂角苗木对干旱胁迫的生理生化反应的研究中发现,在干旱胁迫下,皂角的脯氨酸含量先增后减,这种变化趋势在一定程度上反映了脯氨酸在干旱胁迫下对植物体内氨积累所造成的毒害发挥消除作用.在干旱条件下植物各器官脯氨酸的积累存在差异.Bajji等发现滨藜中脯氨酸含量的增加在叶中较显著,对根没有显著影响.也有研究发现,根的脯氨酸增加的幅度比茎叶中都大[13].2 保护酶体系保护酶体系包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CA T)和抗坏血酸过氧化物酶(AsP)等,它们协同抵抗干旱胁迫诱导的氧化伤害.其中SOD酶可以催化O22,发生歧化作用起着清除O22的解毒作用,而CA T, POD,ASP能够清除歧化作用产生的H2O2造成的伤害.在整个防御系统中SOD是所有植物在氧・92・2008年12月葛水莲等:植物抗旱基因工程的研究进展第6期化作用中起重要作用的抗氧化酶.根据其结合的金属离子的不同.SOD 可分为Cu/Zn 2SOD 、Mn 2SOD 和Fe 2SOD 三种类型.Cu 2SOD 主要在叶绿体和细胞质中,Mn 2SOD 主要存在于线粒体中,Fe 2SOD 则主要存在于叶绿体中.将烟草的Mn 2SOD 2cDNA 导入苜蓿后,转基因苜蓿的抗旱性得到了提高,将Mn 2SOD 基因定位到烟草的叶绿体和线粒体上,发现也能表达其基因.进一步研究发现,在叶绿体中Mn 2SOD 的过量表达使烟草受干旱所引起的氧化伤害程度比对照明显减轻,但线粒体中增加的Mn 2SOD 活性对烟草耐氧化胁迫能力没多大影响.另外,表达拟南芥Fe 2SOD 的转基因烟草、表达番茄Cu/Zn 2SOD 的转基因烟草、过量表达豌豆Cu/Zn 2SOD 的转基因烟草均能增强抵抗干旱引起的氧化胁迫能力.3 植物抗旱基因与遗传的研究311 保护生物大分子及膜结构的蛋白质31111 水通道蛋白(aquapofin ) 水通道蛋白是指作为跨膜通道的主嵌入蛋白(M IP )家族中具有运输水分功能的一类蛋白质,能够促进和调节水分跨膜的被动交换,包括植物体内的跨细胞和胞内水分流动,是水分跨膜运输的重要途径之一.水通道蛋白属于主要内在蛋白家族成员,最早在哺乳动物的某些特殊的细胞类型里发现的如红细胞肾小管细胞等.在植物体内,水通道蛋白分布于液泡膜上的液泡膜嵌入蛋白(TIP ),分布于细胞质膜上的胞质膜嵌入蛋白(PIP )和根瘤细胞中.大多数水通道蛋白在维管组织和幼嫩组织的细胞中表达显著.目前对于水桶道蛋白基因的研究还有待于进一步发展.31112 调渗蛋白 在高盐浓度下,培养的烟草细胞中多种蛋白质的含量发生了变化.其中一种分子量为26KD 的蛋白质的增加尤为显著.高达细胞总蛋白量的12%以上.该蛋白的积累则要求氯化钠或低水势的存在[14].除烟草外其它一些植物西红柿、马铃薯、胡萝卜、棉花、小米和大豆的培养细胞经ABA 处理后也出现了同OSM 起免疫交叉反应且分子量约为26KD 的蛋白质.这表明OSM 可能是一种普遍存在于高等植物的蛋白质.目前已得到由农杆菌介导将OSM 的启动子和B 2葡萄糖苷醛酶(GU S )报告基因嵌合在一起的转基因烟草.31113 胚胎后期发生丰富蛋白(L EA 蛋白) 在种子后期发育过程当中,L EA 蛋白随种子的脱水成熟其含量增加.在胁迫条件下L EA 蛋白在植物细胞中起保护作用,这种保护作用对于植物在极端压力条件下是必要的.根据L EA 的结构[15]推测L EA 蛋白可能有以下三方面的作用:1)作为脱水保护剂.由于L EA 蛋白在结构上富含不带电荷的亲水氨基酸,它们既能像脯氨酸那样,通过与细胞内的其它蛋白发生相互作用,使其结构保持稳定,又可能给细胞内的束缚水提供了一个结合的衬质,从而使细胞结构在脱水中不致遭受更大的破坏.2)作为一种调节蛋白而参与植物渗透调节.3)通过与核酸结合而调节细胞内其它基因的表达.312 编码抗旱转录因子的调节基因由于在逆境条件下与逆境相关的转录因子能跟调节功能基因的表达和信号转导,它们在转基因植物中的过量表达会激活许多抗逆功能基因同时表达,因此可提高植物的耐旱性.DREB 是目前研究较多的抗非生物胁迫的转录因子.Xiong [16217]利用差示显示法从干旱处理的拟南芥中克隆了一批受干旱诱导的基因rd 基因,对rd29A 基因启动子进行分析揭示了一个与干旱、高盐及低温胁迫应答基因有关的DRE 顺式作用元件,并克隆了3个与DRE 元件结合的转录因子,用干旱或高盐处理10min ,DREB2A 和DREB2B 被快速强烈诱导,并且不受外源ABA 的诱导.Hara [18]利用CaMV35S 启动子和逆境诱导特异启动子rd29A ,将DREB1A 的cD 2NA 导入拟南芥,DREB1A 的过量表达激活许多耐逆境功能基因的表达如rd29A 、K inl 、Con5a 、Cor6和P5CS 等转基因植株耐旱性、耐盐性和耐冻性提高.4 展 望近年来植物抗旱、耐盐碱基因工程的研究受到了越来越广泛的关注和重视.中国北方地区土壤干旱、盐渍化是影响农牧生产的重要因素.通过筛选与植物的抗旱性、抗盐碱性相关的基因,研究其功能,揭示其相关因子的信号转导途径,采用现代生物技术手段进行转基因育种、获得耐早和耐盐碱能力强的新品种已成为解决我国中西部干旱、半干旱地区农牧业发展种质资源矛盾的有效手段之一.目前利用基因工程技术培育抗旱品种主要有两种策略:1)增加植物渗透性代谢产物的合成能力,使植物在水分胁迫下能合成更多的渗透调节物质如脯・03・2008年12月 河北北方学院学报(自然科学版) 第6期氨酸,甘露醇、甜菜碱、海藻糖等,以提高植物的渗透调节能力,从而增强植物的抗旱性;2)增强植物对活性氧自由基的清除能力,使植物在水分胁迫下过量表达一些酶(如SOD,POD,CA T等),以有效地排除有害的活性氧自由基,从而提高细胞耐脱水的能力[19220].在通过基因工程方法进行抗旱分子育种的过程中发现存在一些问题:1)由于人们对植物抗旱的分子机制缺乏了解,抗旱分子育种还有很大的盲目性;2)采用单基因策略提高植物的抗旱性对有的基因和植物有效,对有的基因和植物却无效;3)利用35S启动子与抗旱基因组合在提高植物抗旱性的同时也造成植物畸形发育;4)外源基因表达水平不稳定.尽管目前抗旱分子育种面临不少的问题,但随着抗旱分子生物学研究的深入和生物技术的进步,相信不久的将来会有大量的抗旱基因作物应用到生产实践中来.参考文献:[1]Blum A.Drought 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