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硅具有提高水稻抗逆能力的重要作用,其通过硅吸收基因(Lsi1)编码的水通道蛋白NOD26被吸收进入水稻体内。本研究以Lsi1基因分别被过量表达和RNA干扰的转基因Lemont水稻、Lsi1过量表达的转基因Dular水稻,及其相应的野生型植株为材料,首先利用Tail-PCR检测了转基因的插入位点,确认遗传转化未影响其他功能基因;在此基础上,测定不同水稻的硅含量,结果显示,过量表达Lsi1基因水稻的硅含量显著增加,抑制Lsi1基因表达,则水稻的硅含量显著降低。通过扫描电子显微镜观察还发现,过表达Lsi1基因的水稻叶片硅质乳突明显变大。进一步比较不同Lsi1表达丰度的转基因水稻及其野生型植株的抗坏血酸过氧化物酶(APX)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性,以及丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、总酚、类黄酮的含量,结果显示,过量表达水稻的Lsi1后,其叶片的APX,SOD,POD,PAL酶活显著提高,MDA含量显著下降,Pro、总酚、类黄酮含量显著增加,有利于提高水稻的抗逆能力;抑制水稻Lsi1表达,则水稻上述酶活性显著降低,MDA含量显著增加,Pro、总酚、类黄酮含量显著下降,水稻防御能力下降。进一步对两种转基因水稻及其野生型植株进行UV-B辐射处理,并比较上述指标在水稻中的变化,结果显示,UV-B辐射下,Lsi1过量表达水稻的酶活性仍显著高于野生型植株,Pro、总酚、类黄酮含量也显著高于野生型植株,而MDA含量则显著低于野生型植株;但Lsi1被抑制的水稻中的上述指标均与Lsi1过量表达水稻中的相应指标相反,研究结果表明Lsi1能够通过调控水稻的生理代谢来提高水稻的耐UV-B辐射。在这些生理酶中,PAL是一个重要的防御调控相关的生理酶,其能够调控总酚、类黄酮等提高植物防御UV-B的次生物质,编码该酶的PAL基因是一个含有11个基因成员的基因家族,利用定量PCR(qPCR)比较上述不同水稻在UV-B辐射下,这11个基因成员的表达变化,结果显示UV-B辐射下,Lsi1能够通过正调控PAL8来调控水稻的总酚、类黄酮等物质的合成。此外,差异蛋白质组学的比较结果还显示,Lsi1还能够调控类小麦萌发素蛋白8-14、细胞质L-抗坏血酸过氧化物酶2、磷酸甘油酸激酶、分子伴侣Os06g0114000蛋白、叶绿素a/b结合蛋白等蛋白来综合提高水稻抗UV-B胁迫的能力。