干旱、鹽堿和高溫等非生物脅迫已對全球農(nóng)作物種植及生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重危害。紫花苜蓿(Medicago sativa)是一種飼用品質(zhì)優(yōu)良的豆科牧草,具有營養(yǎng)價值高、適口性好等特點,被譽為“牧草之王”。然而,由于自身抗逆性有限,紫花苜蓿不適宜在我國環(huán)境惡劣的西北地區(qū)大規(guī)模栽培,這成為了阻礙其推廣種植的重要限制因素。霸王(Zygophyllum xanthoxylum)是生長在荒漠地區(qū)的多漿旱生植物,在漫長的進化過程中形成了獨特的抗逆機制,含有豐富的抗逆基因。實驗室前期將霸王中參與Na~+積累以用于細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)的液泡膜Na~+/H~+逆向轉(zhuǎn)運蛋白(NHX1)和H~+-焦磷酸酶(VP)基因聚合轉(zhuǎn)入紫花苜蓿,獲得的T_1代ZxNHX1-ZxVP1-1轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿株系具有更強的耐鹽與抗旱性。此外,又將霸王角質(zhì)層合成的相關(guān)基因ZxABCG11分別融合蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)和擬南芥(Arabidopsis thaliana)的表皮特異性啟動子MtML1和AtCER6后導(dǎo)入紫花苜蓿,顯著提高了轉(zhuǎn)基因株系的抗旱性和耐熱性。然而,目前對這些轉(zhuǎn)基因材料在大田環(huán)境下的生長性狀以及飼用品質(zhì)等方面的表現(xiàn)還不清楚。因此,在前期研究基礎(chǔ)上,本論文對上述轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿在大田條件下的生長狀況進行系統(tǒng)分析,并評價其飼用品質(zhì),以期為進一步培育高產(chǎn)、抗逆、優(yōu)質(zhì)的紫花苜蓿新品種奠定基礎(chǔ)。主要結(jié)果如下:(1)大田條件下,ZxNHX1-ZxVP1-1轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿的葉片大小、干草產(chǎn)量及地上部干重和鮮重分別比野生型高出56.4%、74.5%、31.7%和45.1%,莖粗也高于野生型;另外,其初花期凈光合速率與水分利用效率分別比野生型高出19.3%和45.1%,表明ZxNHX1-ZxVP1-1轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿具有更優(yōu)良的生長性狀。(2)大田條件下,AtCER6-ZxABCG11和MtML1-ZxABCG11轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿的葉片大小顯著大于野生型,分別增加了49.8%和54.1%;與野生型相比,兩個株系的株高均顯著降低,且地上部干鮮重及干草產(chǎn)量均沒有顯著差異。有趣的是,AtCER6-ZxABCG11轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿的分枝數(shù)多于野生型,而MtML1-ZxABCG11轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿的莖粗高于野生型。光合性能方面,AtCER6-ZxABCG11和MtML1-ZxABCG11轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿初花期凈光合速率和水分利用效率均顯著高于野生型。以上結(jié)果表明AtCER6-ZxABCG11和MtML1-ZxABCG11轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿的干草產(chǎn)量與野生型無顯著差異,但其光合性能卻優(yōu)于野生型。(3)三種轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿的花期均異于野生型。ZxNHX1-ZxVP1-1轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿與野生型同時開花,但花期較野生型長19 d;AtCER6-ZxABCG11和MtML1-ZxABCG11轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿較野生型遲開花17 d,花期長于野生型38 d。(4)大田條件下,T_1代ZxNHX1-ZxVP1-1轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿的粗蛋白、粗脂肪含量顯著高于野生型,酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維和木質(zhì)素含量顯著低于野生型,相對飼用價值較野生型高出35.4%,表明ZxNHX1-ZxVP1-1轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿與野生型相比具有更好的飼用品質(zhì),適宜作為優(yōu)良牧草進行推廣應(yīng)用。(5)大田條件下,AtCER6-ZxABCG11轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿的粗蛋白、粗灰分含量顯著低于野生型;粗脂肪、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、木質(zhì)素和相對飼用價值與野生型相比無明顯差異。而MtML1-ZxABCG11轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿中的粗脂肪顯著低于野生型,粗蛋白、粗灰分和酸性洗滌纖維與野生型相比無明顯差異;中性洗滌纖維及木質(zhì)素顯著高于野生型,相對飼用價值比野生型低12.9%。以上結(jié)果表明ZxABCG11的超表達并未提升轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿的飼用品質(zhì),但由于其具有較強抗逆性而具備開發(fā)為生態(tài)治理草種的潛力。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S541.9
【部分圖文】：

學(xué)碩士學(xué)位論文 大田條件下轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿（Medicago sativa）的生長性狀及飼用品質(zhì)評價2018 年 5 月 5 日將扦插苗移栽至大田，實驗區(qū)總面積為 725 m2，各小區(qū) 15 m2（3 m×5 m），株行距均為 20 cm，各株系采用隨機區(qū)組設(shè)計，每個復(fù) 6 次。采用噴灌方式進行灌溉，每個小區(qū)安裝 2 個自動噴頭，噴灑半徑 2插苗移栽后，澆透水，以后視天氣情況對大田噴灌，每次噴灑 3 h，保證一致（圖 3-1）。

19圖 3-2 大田移栽后不同時期各轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿株系和野生型的生長狀況。（A）：7 月 2日；（B）：7 月 16 日；（C）： 8 月 3 日。WT：野生型；NV：ZxNHX1-ZxVP1-1 轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿；AA：AtCER6-ZxABCG11 轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿；MA：MtML1-ZxABCG11 轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿。Figure 3-2 Growth performance of transgenic alfalfa lines and wild type at different dates afterfield transplantation. (A): July 2nd; (B): July 16th; (C): August 3rd. WT: wild; NV: ZxNHX1-ZxVP1-1 transgenic alfalfa;AA: AtCER6-ZxABCG11 transgenic alfalfa; MA: MtML1-ZxABCG11transgenic alfalfa.

圖 3-3 大田移栽后不同日期各轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿株系和野生型的株高（A）、莖粗（B）和分枝數(shù)（C）。WT：野生型；NV：ZxNHX1-ZxVP1-1 轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿；AA：AtCER6-ZxABCG11 轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿；MA：MtML1-ZxABCG11 轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿。Figure 3-3 Plant height (A), stem thickness (B) and branching number (C) of WT and transgenicplants measured at different dates after field transplantation. WT: wild; NV: ZxNHX1-ZxVP1-1transgenic alfalfa;AA: AtCER6-ZxABCG11 transgenic alfalfa; MA: MtML1-ZxABCG11 transgenicalfalfa.
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本文編號：2864582