大田条件下转基因紫花苜蓿（Medicago sativa）的生长性状及饲用品质评价

发布时间：2020-10-31 22:18

　　 干旱、盐碱和高温等非生物胁迫已对全球农作物种植及生态环境造成了严重危害。紫花苜蓿(Medicago sativa)是一种饲用品质优良的豆科牧草,具有营养价值高、适口性好等特点,被誉为“牧草之王”。然而,由于自身抗逆性有限,紫花苜蓿不适宜在我国环境恶劣的西北地区大规模栽培,这成为了阻碍其推广种植的重要限制因素。霸王(Zygophyllum xanthoxylum)是生长在荒漠地区的多浆旱生植物,在漫长的进化过程中形成了独特的抗逆机制,含有丰富的抗逆基因。实验室前期将霸王中参与Na~+积累以用于细胞渗透调节的液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白(NHX1)和H~+-焦磷酸酶(VP)基因聚合转入紫花苜蓿,获得的T_1代ZxNHX1-ZxVP1-1转基因紫花苜蓿株系具有更强的耐盐与抗旱性。此外,又将霸王角质层合成的相关基因ZxABCG11分别融合蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)的表皮特异性启动子MtML1和AtCER6后导入紫花苜蓿,显著提高了转基因株系的抗旱性和耐热性。然而,目前对这些转基因材料在大田环境下的生长性状以及饲用品质等方面的表现还不清楚。因此,在前期研究基础上,本论文对上述转基因紫花苜蓿在大田条件下的生长状况进行系统分析,并评价其饲用品质,以期为进一步培育高产、抗逆、优质的紫花苜蓿新品种奠定基础。主要结果如下:(1)大田条件下,ZxNHX1-ZxVP1-1转基因紫花苜蓿的叶片大小、干草产量及地上部干重和鲜重分别比野生型高出56.4%、74.5%、31.7%和45.1%,茎粗也高于野生型;另外,其初花期净光合速率与水分利用效率分别比野生型高出19.3%和45.1%,表明ZxNHX1-ZxVP1-1转基因紫花苜蓿具有更优良的生长性状。(2)大田条件下,AtCER6-ZxABCG11和MtML1-ZxABCG11转基因紫花苜蓿的叶片大小显著大于野生型,分别增加了49.8%和54.1%;与野生型相比,两个株系的株高均显著降低,且地上部干鲜重及干草产量均没有显著差异。有趣的是,AtCER6-ZxABCG11转基因紫花苜蓿的分枝数多于野生型,而MtML1-ZxABCG11转基因紫花苜蓿的茎粗高于野生型。光合性能方面,AtCER6-ZxABCG11和MtML1-ZxABCG11转基因紫花苜蓿初花期净光合速率和水分利用效率均显著高于野生型。以上结果表明AtCER6-ZxABCG11和MtML1-ZxABCG11转基因紫花苜蓿的干草产量与野生型无显著差异,但其光合性能却优于野生型。(3)三种转基因紫花苜蓿的花期均异于野生型。ZxNHX1-ZxVP1-1转基因紫花苜蓿与野生型同时开花,但花期较野生型长19 d;AtCER6-ZxABCG11和MtML1-ZxABCG11转基因紫花苜蓿较野生型迟开花17 d,花期长于野生型38 d。(4)大田条件下,T_1代ZxNHX1-ZxVP1-1转基因紫花苜蓿的粗蛋白、粗脂肪含量显著高于野生型,酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维和木质素含量显著低于野生型,相对饲用价值较野生型高出35.4%,表明ZxNHX1-ZxVP1-1转基因紫花苜蓿与野生型相比具有更好的饲用品质,适宜作为优良牧草进行推广应用。(5)大田条件下,AtCER6-ZxABCG11转基因紫花苜蓿的粗蛋白、粗灰分含量显著低于野生型;粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、木质素和相对饲用价值与野生型相比无明显差异。而MtML1-ZxABCG11转基因紫花苜蓿中的粗脂肪显著低于野生型,粗蛋白、粗灰分和酸性洗涤纤维与野生型相比无明显差异;中性洗涤纤维及木质素显著高于野生型,相对饲用价值比野生型低12.9%。以上结果表明ZxABCG11的超表达并未提升转基因紫花苜蓿的饲用品质,但由于其具有较强抗逆性而具备开发为生态治理草种的潜力。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S541.9
【部分图文】：

学硕士学位论文 大田条件下转基因紫花苜蓿（Medicago sativa）的生长性状及饲用品质评价2018 年 5 月 5 日将扦插苗移栽至大田，实验区总面积为 725 m2，各小区 15 m2（3 m×5 m），株行距均为 20 cm，各株系采用随机区组设计，每个复 6 次。采用喷灌方式进行灌溉，每个小区安装 2 个自动喷头，喷洒半径 2插苗移栽后，浇透水，以后视天气情况对大田喷灌，每次喷洒 3 h，保证一致（图 3-1）。

19图 3-2 大田移栽后不同时期各转基因紫花苜蓿株系和野生型的生长状况。（A）：7 月 2日；（B）：7 月 16 日；（C）： 8 月 3 日。WT：野生型；NV：ZxNHX1-ZxVP1-1 转基因紫花苜蓿；AA：AtCER6-ZxABCG11 转基因紫花苜蓿；MA：MtML1-ZxABCG11 转基因紫花苜蓿。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.

图 3-3 大田移栽后不同日期各转基因紫花苜蓿株系和野生型的株高（A）、茎粗（B）和分枝数（C）。WT：野生型；NV：ZxNHX1-ZxVP1-1 转基因紫花苜蓿；AA：AtCER6-ZxABCG11 转基因紫花苜蓿；MA：MtML1-ZxABCG11 转基因紫花苜蓿。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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本文编号：2864582