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本文作者：凌虹1胡艷2，3玉永雄2作者單位：1重慶市畜牧技術(shù)推廣總站2西南大學(xué)動物科技學(xué)院

提高苜蓿對非生物脅迫的抗性是苜蓿育種目標之一。目前國內(nèi)外的相關(guān)研究大多集中在苜蓿對干旱、低溫、鹽堿和酸鋁環(huán)境的抗逆性上。

苜蓿抗寒及抗旱遺傳轉(zhuǎn)化研究

低溫和干旱是限制苜蓿生長的重要因素。在低溫或干旱條件下苜蓿體內(nèi)會積累大量的活性氧自由基，影響苜蓿的正常生長和生理機能。超氧化物歧化酶(SOD)是抗氧化脅迫的重要組成部分，近些年在SOD基因轉(zhuǎn)化上的研究也取得較多成果。Mckersie等將皺皮煙草(Nicotianaplumbaginifolia)Mn-SOD的cDNA轉(zhuǎn)化到苜蓿中，通過對葉綠素?zé)晒鉁y定和電解質(zhì)滲漏等試驗證明了該轉(zhuǎn)基因苜蓿能夠降低水分虧缺所造成的傷害，轉(zhuǎn)化植株及其子一代對除草劑二苯乙醚的抗性增強，而且低溫脅迫后再生能力明顯提高;田間試驗表明轉(zhuǎn)基因苜蓿的耐寒性和抗旱性顯著增強［12］。Mckersie等的進一步研究發(fā)現(xiàn)在水分脅迫下轉(zhuǎn)基因苜蓿產(chǎn)量也明顯提高，田間試驗表明，在干旱脅迫下，轉(zhuǎn)基因苜蓿的產(chǎn)量和存活率比對照顯著提高［13］。Mckersie等將擬南芥Fe-SOD基因轉(zhuǎn)入苜蓿后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因苜蓿的越冬率顯著提高，并認為在苜蓿中過量表達Fe-SOD基因降低了低溫對苜蓿的次級傷害，從而提高了苜蓿低溫逆境后的恢復(fù)能力［14］。Samis等用Mn-SOD轉(zhuǎn)化苜蓿，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因苜蓿SOD活性和抗逆性均明顯增加［15］。Rubio等將Mn-SOD和Fe-SOD同時轉(zhuǎn)入苜蓿，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因苜蓿對非生物脅迫增加［16］。Zhang等將從截形苜蓿(Medicagotruncatula)中克隆的轉(zhuǎn)錄因子(AP2)的cDNA(WXPI)轉(zhuǎn)化苜蓿(Medicagosati-va)，證明轉(zhuǎn)基因苜蓿葉片的表皮蠟層大量增加，同時轉(zhuǎn)基因苜蓿減少水分損失和抗旱能力均得到增強［17］。Jiang等采用CER6啟動子在苜蓿中過量表達一個轉(zhuǎn)錄因子(WXP1)基因，結(jié)果顯示轉(zhuǎn)基因苜?？购的芰μ岣撸?8］。Sudrez等在苜蓿中過量表達了海藻糖-6-磷酸合酶基因和海藻糖-6-磷酸磷酸酶基因，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因苜蓿對干旱、低溫、鹽和高溫的抵御能力增強［19］。Bao等將擬南芥的液泡氫離子焦磷酸化酶基因轉(zhuǎn)入到苜蓿中，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因苜蓿對干旱和鹽分脅迫的抗性增加［20］。

苜?？果}堿遺傳轉(zhuǎn)化研究

苜蓿是中等耐鹽植物，土壤鹽堿化可影響苜蓿的生長和產(chǎn)量。Winicov和Bastola將一個編碼耐鹽相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子Alfin1基因?qū)胲俎Ｖ?，增強了鹽誘導(dǎo)的MsPRP基因的表達，在植株的生長過程中其耐鹽性得到了顯著提高［21］。目前，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)甜菜堿醛脫氫酶(BADH)基因是與植物耐鹽性有關(guān)的基因。劉翠蘭等通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將BADH基因?qū)胫熊?號紫花苜?；蚪M中，以生長習(xí)性、花色、生物量和抗逆性等性狀特征為選育目標，選育出了符合既定目標的耐鹽苜蓿，通過品比試驗、區(qū)域試驗和生產(chǎn)試驗表明，在不同含鹽量地區(qū)其產(chǎn)草量明顯高于野生型中苜1號，該研究為我國耐鹽牧草生產(chǎn)提供了新的種質(zhì)資源［22］。果聚糖有滲透調(diào)節(jié)的功能，晏石娟等對導(dǎo)入果聚糖合成酶(SacB)基因的紫花苜蓿進行耐鹽生長適應(yīng)性研究，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化苗比對照苗耐受鹽脅迫的能力要高［23］。胚胎發(fā)育晚期豐富(LEA)蛋白質(zhì)是目前植物逆境生物學(xué)研究中受較多關(guān)注的抗脅迫功能蛋白質(zhì)。王瑛等利用基因槍法將來源于大麥的lea3基因?qū)胱匣ㄜ俎Ｔ耘嗥贩N中苜1號細胞中，獲得的轉(zhuǎn)基因苜蓿再生植株在高鹽脅迫下具有較高的存活率，耐鹽能力約是野生型植株的4倍［24］。Zhang和Liu在苜蓿中同時表達谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶和人的P450基因，轉(zhuǎn)基因苜蓿對重金屬污染和有機物污染的抗性增加［25］。

苜?？顾徜X遺傳轉(zhuǎn)化研究

在酸性土壤上，苜蓿的生長和產(chǎn)量均受到嚴重的影響。鋁毒是酸性土壤上作物生長的主要限制因子之一。有機酸的分泌在植物耐鋁毒機制中起重要作用，通過在植物中過量表達有機酸代謝相關(guān)的酶類一直是研究的熱點。Tesfaye等利用煙草花椰菜花葉病毒CaMV35S啟動子構(gòu)建了根瘤特異性的蘋果酸脫氫酶(MDH)基因的植物表達載體，通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)染的方法得到轉(zhuǎn)基因苜蓿，其試驗結(jié)果顯示轉(zhuǎn)基因苜蓿根尖MDH的酶活性是對照植物的1．6倍，根部有機酸的含量提高了4．2倍，根部分泌的有機酸比未轉(zhuǎn)基因的對照苜蓿提升了7．1倍，將該轉(zhuǎn)基因苜蓿在含有鋁的水培液或土壤中進行栽培時，其生長明顯優(yōu)于對照苜蓿，且磷素吸收能力增強［26］。崔小英等通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化法將苜蓿根瘤型蘋果酸脫氫酶(neMDH)導(dǎo)入苜蓿胚性愈傷組織，篩選的轉(zhuǎn)化株在20μmol/LAl3+溶液中處理24h后根部的伸長量比對照植株提高3．6%～22．5%，該試驗表明在鋁脅迫下過量表達MDH的轉(zhuǎn)基因苜蓿能夠更好的生長［27］。Pierluigi等在苜蓿中過量表達細菌(Peruginosa)的檸檬酸合酶(CS)基因，也提高了苜蓿對鋁的耐受性［28］。研究者也對其他對鋁響應(yīng)的基因進行了研究。劉洋將從棉花中克隆的鋁誘導(dǎo)蛋白基因GhAlin轉(zhuǎn)入苜蓿，轉(zhuǎn)基因株系在25μmol/LAl3+處理7d后，根的相對生長量明顯高于對照，側(cè)根發(fā)育明顯，根尖伸長區(qū)根毛明顯多于對照［29］。