牧蓿改良论文：生物科技在牧蓿改良的运用

本文作者：凌虹1胡艳2，3玉永雄2作者单位：1重庆市畜牧技术推广总站2西南大学动物科技学院

提高苜蓿对非生物胁迫的抗性是苜蓿育种目标之一。目前国内外的相关研究大多集中在苜蓿对干旱、低温、盐碱和酸铝环境的抗逆性上。

苜蓿抗寒及抗旱遗传转化研究

低温和干旱是限制苜蓿生长的重要因素。在低温或干旱条件下苜蓿体内会积累大量的活性氧自由基，影响苜蓿的正常生长和生理机能。超氧化物歧化酶(SOD)是抗氧化胁迫的重要组成部分，近些年在SOD基因转化上的研究也取得较多成果。Mckersie等将皱皮烟草(Nicotianaplumbaginifolia)Mn-SOD的cDNA转化到苜蓿中，通过对叶绿素荧光测定和电解质渗漏等试验证明了该转基因苜蓿能够降低水分亏缺所造成的伤害，转化植株及其子一代对除草剂二苯乙醚的抗性增强，而且低温胁迫后再生能力明显提高;田间试验表明转基因苜蓿的耐寒性和抗旱性显著增强［12］。Mckersie等的进一步研究发现在水分胁迫下转基因苜蓿产量也明显提高，田间试验表明，在干旱胁迫下，转基因苜蓿的产量和存活率比对照显著提高［13］。Mckersie等将拟南芥Fe-SOD基因转入苜蓿后发现转基因苜蓿的越冬率显著提高，并认为在苜蓿中过量表达Fe-SOD基因降低了低温对苜蓿的次级伤害，从而提高了苜蓿低温逆境后的恢复能力［14］。Samis等用Mn-SOD转化苜蓿，发现转基因苜蓿SOD活性和抗逆性均明显增加［15］。Rubio等将Mn-SOD和Fe-SOD同时转入苜蓿，研究结果发现转基因苜蓿对非生物胁迫增加［16］。Zhang等将从截形苜蓿(Medicagotruncatula)中克隆的转录因子(AP2)的cDNA(WXPI)转化苜蓿(Medicagosati-va)，证明转基因苜蓿叶片的表皮蜡层大量增加，同时转基因苜蓿减少水分损失和抗旱能力均得到增强［17］。Jiang等采用CER6启动子在苜蓿中过量表达一个转录因子(WXP1)基因，结果显示转基因苜蓿抗旱能力提高［18］。Sudrez等在苜蓿中过量表达了海藻糖-6-磷酸合酶基因和海藻糖-6-磷酸磷酸酶基因，发现转基因苜蓿对干旱、低温、盐和高温的抵御能力增强［19］。Bao等将拟南芥的液泡氢离子焦磷酸化酶基因转入到苜蓿中，发现转基因苜蓿对干旱和盐分胁迫的抗性增加［20］。

苜蓿抗盐碱遗传转化研究

苜蓿是中等耐盐植物，土壤盐碱化可影响苜蓿的生长和产量。Winicov和Bastola将一个编码耐盐相关的转录因子Alfin1基因导入苜蓿中，增强了盐诱导的MsPRP基因的表达，在植株的生长过程中其耐盐性得到了显著提高［21］。目前，相关研究发现甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因是与植物耐盐性有关的基因。刘翠兰等通过农杆菌介导法将BADH基因导入中苜1号紫花苜蓿基因组中，以生长习性、花色、生物量和抗逆性等性状特征为选育目标，选育出了符合既定目标的耐盐苜蓿，通过品比试验、区域试验和生产试验表明，在不同含盐量地区其产草量明显高于野生型中苜1号，该研究为我国耐盐牧草生产提供了新的种质资源［22］。果聚糖有渗透调节的功能，晏石娟等对导入果聚糖合成酶(SacB)基因的紫花苜蓿进行耐盐生长适应性研究，发现转化苗比对照苗耐受盐胁迫的能力要高［23］。胚胎发育晚期丰富(LEA)蛋白质是目前植物逆境生物学研究中受较多关注的抗胁迫功能蛋白质。王瑛等利用基因枪法将来源于大麦的lea3基因导入紫花苜蓿栽培品种中苜1号细胞中，获得的转基因苜蓿再生植株在高盐胁迫下具有较高的存活率，耐盐能力约是野生型植株的4倍［24］。Zhang和Liu在苜蓿中同时表达谷胱甘肽-S-转移酶和人的P450基因，转基因苜蓿对重金属污染和有机物污染的抗性增加［25］。

苜蓿抗酸铝遗传转化研究

在酸性土壤上，苜蓿的生长和产量均受到严重的影响。铝毒是酸性土壤上作物生长的主要限制因子之一。有机酸的分泌在植物耐铝毒机制中起重要作用，通过在植物中过量表达有机酸代谢相关的酶类一直是研究的热点。Tesfaye等利用烟草花椰菜花叶病毒CaMV35S启动子构建了根瘤特异性的苹果酸脱氢酶(MDH)基因的植物表达载体，通过农杆菌转染的方法得到转基因苜蓿，其试验结果显示转基因苜蓿根尖MDH的酶活性是对照植物的1．6倍，根部有机酸的含量提高了4．2倍，根部分泌的有机酸比未转基因的对照苜蓿提升了7．1倍，将该转基因苜蓿在含有铝的水培液或土壤中进行栽培时，其生长明显优于对照苜蓿，且磷素吸收能力增强［26］。崔小英等通过农杆菌介导的遗传转化法将苜蓿根瘤型苹果酸脱氢酶(neMDH)导入苜蓿胚性愈伤组织，筛选的转化株在20μmol/LAl3+溶液中处理24h后根部的伸长量比对照植株提高3．6%～22．5%，该试验表明在铝胁迫下过量表达MDH的转基因苜蓿能够更好的生长［27］。Pierluigi等在苜蓿中过量表达细菌(Peruginosa)的柠檬酸合酶(CS)基因，也提高了苜蓿对铝的耐受性［28］。研究者也对其他对铝响应的基因进行了研究。刘洋将从棉花中克隆的铝诱导蛋白基因GhAlin转入苜蓿，转基因株系在25μmol/LAl3+处理7d后，根的相对生长量明显高于对照，侧根发育明显，根尖伸长区根毛明显多于对照［29］。