过表达AngdhA对水稻生长与氮素利用效率的影响

作     者：梁成刚 汪燕 李天 大杉立 青木直大 LIANG Cheng-gang;WANG Yan;LI Tian;OHSUGI Ryu;AOKI Naohiro

作者机构：贵州师范大学生命科学学院植物遗传育种研究所贵州贵阳550001 日本东京大学农学部东京113-8657 四川农业大学农学院四川成都611130 

出 版 物：《植物营养与肥料学报》 (Journal of Plant Nutrition and Fertilizers)

年 卷 期：2023年第29卷第6期

页      面：1060-1069页

核心收录：

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

基　　金：国家留学基金委项目(201206910010) 日本科研项目JSPSKAKENHI(23248004) 贵州省高层次创新型千层次人才项目(111/0920008) 贵州师范大学拔尖人才振兴计划项目(黔师拔尖010)。 

主　　题：水稻 AngdhA 谷氨酸脱氢酶 氮素利用效率 产量 盐胁迫 脯氨酸 

摘      要：【目的】研究过表达黑曲霉AngdhA基因对水稻生长、氮代谢关键酶基因表达、碳氮含量、氮素利用效率、产量及耐盐性的影响,为水稻节本增效、高产和高抗多目标育种提供科学参考。【方法】以水稻转基因株系TG3、TG13与野生型(wild-type,WT)为材料进行水培试验。常规生长试验在水稻幼苗3叶期取样,分析谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合酶编码基因的表达及碳、氮含量;成熟期取样测定水稻产量、碳和氮含量及氮素利用效率。抗盐胁迫试验以3叶期幼苗为试材,设置营养液盐胁迫浓度分别为0、50、100 mmol/L NaCl,在胁迫开始后0、2、4天,取样分析水稻幼苗相对生长速率和脯氨酸含量,调查叶片萎蔫率和各部位生物量。【结果】PCR扩增和电泳检测证实黑曲霉AngdhA基因成功导入水稻TG3和TG13株系,qRT-PCR荧光定量分析发现,TG3和TG13株系中黑曲霉AngdhA基因表达量分别为内参UBI基因的248和41倍。但TG3和TG13株系中氮代谢关键酶基因OsGS1;1、OsGS1;2和OsGOGAT表达量与WT差异不显著,仅TG13的OsGS2表达量极显著低于WT。同时,导入黑曲霉AngdhA基因并未明显影响转基因株系TG3和TG13苗期叶片、根和成熟期籽粒、茎叶、根中氮含量和碳/氮值,但TG3和TG13植株体内碳和氮的积累量增加,其中籽粒中碳和氮的积累量均显著高于WT。另外,与WT相比,转基因株系TG3和TG13的氮素利用率分别提高了14.67%和44.12%,氮素籽粒生产效率分别提高了26.96%和39.83%,氮素偏生产力分别提高了24.53%和39.67%。转基因株系TG3和TG13的穗粒数、每株穗数和单株产量显著或极显著提高,其中单株产量较WT分别提高29.18%和43.95%。不同盐浓度胁迫下转基因株系TG3和TG13的相对生长速率极显著高于WT,尤其是在50 mmol/L NaCl条件下,TG3和TG13相对生长速率甚至高于对照条件(0 mmol/L)。盐胁迫下水稻脯氨酸含量明显提高,其中TG3和TG13脯氨酸含量在50 mmol/L NaCl条件下显著高于WT,但在100 mmol/L条件下极显著低于WT。【结论】水稻TG3和TG13株系中的外源AngdhA基因不扰乱转基因水稻体内的碳氮平衡,能促进水稻对氮素的吸收、利用和再活化,提高水稻氮素利用效率、产量和耐盐能力,但TG3中AngdhA基因的超量表达可能增加谷氨酸合成与分解途径的底物循环,使转基因水稻对氮素的吸收、利用和产量增幅下降。盐胁迫下脯氨酸的差异积累可能与水稻对胁迫程度的响应与耐受度存在差异有关。