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土壤中存在各种金属离子如Ca2+、A13+、Fe2+,它们可与磷酸根离子形成难溶性磷酸盐,不能直接被棉花吸收利用,土壤中有效磷的缺乏已成为影响棉花产量增加的重要因素。本工作所用TsVP基因为实验室从盐芥(Thellungiella salsugineo)中克隆,Ts VP基因编码的蛋白是液泡氢离子焦磷酸酶(Vacuolar H+-PPase),其可以通过水解胞内代谢过程产生的PPi将H+泵入植物液泡里面,从而起到维持液泡和细胞间H+梯度的作用。以转Ts VP基因棉花T8-3、T18-3、T18-8为材料,利用沙培、水培、土培的方法,研究了转TsVP棉花与鲁棉研21号对照在低磷胁迫下的磷营养特征,评价转Ts VP棉花在耐低磷育种中的应用潜质。在沙培实验中,转7sVP基因棉花T8-3、T18-3、T18-8及对照鲁棉研21号分别播种在足磷(123.88 mg/kg)、低磷(12.38 mg/kg)和 A1-P(AIP04)、Ca-P(Ca3(P04)2)、Fe-P(FePO4 4H20)五种不同磷处理的沙子中。足磷处理为每天浇灌一次完全霍格兰营养液,低磷及其他磷源处理浇灌去除磷元素的霍格兰营养液。植物生长到五叶一心期,测定各株系第五片全展叶片的光合和叶绿素荧光动力学参数、叶片无机磷含量、蔗糖和淀粉含量。统计各株系棉花在四叶、五叶、六叶期的株高、并计算叶面积。测定转基因植株的磷含量、生物量,计算植株根冠比。沙培实验结果表明在难溶性磷条件下,转TsVP棉花的磷含量、根冠比、净光合速率、生物量与野生型相比显著提高(P<0.05),转基因棉花活化利用难溶性磷的能力显著高于野生型,转基因棉花具有更好的活化吸收难溶性磷的能力,为棉花生长提供更多的磷元素,改善了棉花的生长状况。在水培实验中,转TVP基因棉花T8-3、T18-3、T18-8及对照鲁棉研21号在SP(1000μmol/L KH2P04)营养液条件生长至四叶一心期时,分为两组,分别在SP(1000μmol/L KH2P04)、LP(5 μmol/LKH2P04)营养液条件下生长,待植株生长到六叶一心期,测定各株系棉花的根系形态、Pn、Fv/Fm、根际pH、根尖生长素含量、植株磷含量、生物量。水培结果表明在低磷条件下转TsVP棉花与野生型相比能够分泌更多的质子,转TsVP棉花具有更强的根际酸化能力,转TsVP棉花的根系更为发达。在土培实验中,转TsVP棉花T8-3、T18-3、T18-8及对照鲁棉研21号,分别在SP(速效磷大于10 mg/kg)和LP(速效磷为4.32 mg/kg)土壤中生长。待植株生长到四叶一心期开始测定棉花不同叶位全展叶片的Pn和Fv/Fm,植株成熟期测定籽棉产量等农艺学性状。土培实验表明在低磷条件下转Ts VP棉花与野生型相比具有更高的Pn和Fv/Fm,且植株株高、果枝数、籽棉产量与野生型相比显著提高。在低磷土壤中,转TsVP棉花具有更高的光合效率和籽棉产量。实验结果表明,转TsVP棉花利用难溶性磷能力的提高,归因于转TsVP棉花根系能够产生更多的质子,提高了根际酸化的能力,植株可以从难溶性磷酸盐中吸收更多的磷元素。转TsVP棉花与野生型相比具有更高的光合作用效率和PSII性能,转TsVP棉花能够积累更多的生物量和籽棉产量。此外,转TsVP棉花与野生型相比具有更发达的根系,增加了根系与土壤的接触面积,也提高了从环境中获取磷元素的能力。因此,TsVP基因的过表达显著提高了棉花耐受低磷胁迫的能力,为棉花耐低磷育种提供了优良的候选基因和种质资源。