牧蓿改良論文：生物科技在牧蓿改良的運用

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本文作者：凌虹1胡艷2，3玉永雄2作者單位：1重慶市畜牧技術推廣總站2西南大學動物科技學院

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

苜蓿抗寒及抗旱遺傳轉化研究

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轉化到苜蓿中，通過對葉綠素熒光測定和電解質滲漏等試驗證明了該轉基因苜蓿能夠降低水分虧缺所造成的傷害，轉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等的進一步研究發現在水分脅迫下轉基因苜蓿產量也明顯提高，田間試驗表明，在干旱脅迫下，轉基因苜蓿的產量和存活率比對照顯著提高［13］。Mckersie等將擬南芥Fe-SOD基因轉入苜蓿后發現轉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能力［14］。Samis等用Mn-SOD轉化苜蓿，發現轉基因苜蓿SOD活性和抗逆性均明顯增加［15］。Rubio等將Mn-SOD和Fe-SOD同時轉入苜蓿，研究結果發現轉基因苜蓿對非生物脅迫增加［16］。Zhang等將從截形苜蓿(Medicagotruncatula)中克隆的轉錄因子(AP2)的cDNA(WXPI)轉化苜蓿(Medicagosati-va)，證明轉基因苜蓿葉片的表皮蠟層大量增加，同時轉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錄因子(WXP1)基因，結果顯示轉基因苜蓿抗旱能力提高［18］。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，發現轉基因苜蓿對干旱、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入到苜蓿中，發現轉基因苜蓿對干旱和鹽分脅迫的抗性增加［20］。

苜蓿抗鹽堿遺傳轉化研究

苜蓿是中等耐鹽植物，土壤鹽堿化可影響苜蓿的生長和產量。Winicov和Bastola將一個編碼耐鹽相關的轉錄因子Alfin1基因導入苜蓿中，增強了鹽誘導的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，相關研究發現甜菜堿醛脫氫酶(BADH)基因是與植物耐鹽性有關的基因。劉翠蘭等通過農桿菌介導法將BADH基因導入中苜1號紫花苜蓿基因組中，以生長習性、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、區域試驗和生產試驗表明，在不同含鹽量地區其產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提供了新的種質資源［22］。果聚糖有滲透調節的功能，晏石娟等對導入果聚糖合成酶(SacB)基因的紫花苜蓿進行耐鹽生長適應性研究，發現轉化苗比對照苗耐受鹽脅迫的能力要高［23］。胚胎發育晚期豐富(LEA)蛋白質是目前植物逆境生物學研究中受較多關注的抗脅迫功能蛋白質。王瑛等利用基因槍法將來源于大麥的lea3基因導入紫花苜蓿栽培品種中苜1號細胞中，獲得的轉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-轉移酶和人的P450基因，轉基因苜蓿對重金屬污染和有機物污染的抗性增加［25］。

苜蓿抗酸鋁遺傳轉化研究

在酸性土壤上，苜蓿的生長和產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，通過農桿菌轉染的方法得到轉基因苜蓿，其試驗結果顯示轉基因苜蓿根尖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基因的對照苜蓿提升了7．1倍，將該轉基因苜蓿在含有鋁的水培液或土壤中進行栽培時，其生長明顯優于對照苜蓿，且磷素吸收能力增強［26］。崔小英等通過農桿菌介導的遺傳轉化法將苜蓿根瘤型蘋果酸脫氫酶(neMDH)導入苜蓿胚性愈傷組織，篩選的轉化株在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的基因進行了研究。劉洋將從棉花中克隆的鋁誘導蛋白基因GhAlin轉入苜蓿，轉基因株系在25μmol/LAl3+處理7d后，根的相對生長量明顯高于對照，側根發育明顯，根尖伸長區根毛明顯多于對照［29］。