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摘 要：脱水应答元件结合蛋白（DREB）基因的应用，为培育抗旱转基因小麦新品种奠定了重要基础。本试验对在旱地和水地上种植的6个转GmDREB1和GhDREB基因的转基因小麦新品系旗叶中可溶性糖和脯氨酸进行了提取与测定，结果显示转基因小麦新品系旗叶中的可溶性糖及脯氨酸含量较其受体品种有所提高，证明抗旱转录因子基因的导入可提高受体小麦品种的抗旱性。
关键词：小麦；DREB；转基因；抗旱；测定
中图分类号：S512.1+10.1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）03-0038-04
由于全球气候变暖导致水分蒸发量升高，农用水资源日趋紧张，严重制约了我国小麦生产水平的进一步提高，而抗旱小麦品种是解决这一问题的关键因素。近年来，发现逆境转录因子基因可以调控一系列与抗逆境相关功能基因的表达，而被广泛应用于抗旱、耐逆小麦新品系的培育，并对获得的新品系进行了有关生理生化研究。郝晓燕（2006）[2]对转GmDREB1基因和GhDREB基因小麦植株从拔节期到开花期进行了干旱胁迫，测定了光合速率、蒸腾速率、可溶性糖含量和脯氨酸含量等，发现转基因小麦株系在干旱胁迫下比受体小麦光合速率降低幅度小，蒸腾速率增加的速率慢，可溶性糖和脯氨酸的积累量高。高世庆等（2005）[3]研究发现，干旱胁迫2～6 d 时， 转GmDREB基因小麦植株可溶性糖含量接近对照的2倍。Wang等（2006）[4]研究表明，在16 个转DREB基因小麦株系中有10个株系叶片脯氨酸含量比对照提高2倍多。
本试验对在旱地和水地上种植的6个转入抗旱转录因子GmDREB1和GhDREB基因的小麦转基因品系旗叶中可溶性糖和脯氨酸进行了分离提取与测定，旨在探讨转基因小麦新品系利用渗透调节物质应对抗旱胁迫的变化规律，为培育高产优质及抗旱性强的转基因小麦新品种提供理论依据。
1 材料与方法1.1 供试材料
2009～2011年度在山东省农业科学院作物研究所隔离网室，分别在旱地和水地上种植了引自中国农业科学院作物研究所的转基因小麦新品系08T299、08T378、08T349、08SD34、08SD36和08SD69，其中，含有GmDREB1基因的08T299受体为鲁麦14；含有GmDREB1基因的08T378和08T349品系的受体为济麦19；含有GhDREB基因的08SD34、08SD36和08SD69品系的受体为鲁麦23。抗旱对照品种为鲁麦21。
1.2 试验方法
旱地和水地上的供试材料均随机区组排列，重复3次，小区面积为9 m2。条播，正常田间管理，除自然降水外，旱地种植材料不进行灌溉，而水地种植材料于冬前、拔节期和开花期进行灌溉。 当每个小区小麦材料开花时（0d）、开花后7、21、28 d，在同一畦选取2株小麦旗叶各1片，混合置于塑料袋中，液氮速冻后于-20℃冰箱保存备用。
1.3 测定方法 脯氨酸的提取与测定，基本按张殿忠等（1990）[9]的方法进行。将0.25 g叶片置于10 ml离心管中，加入3%磺基水杨酸溶液2.5 ml，于沸水浴中10 min，冷却后过滤。取2 ml滤液，加2 ml冰醋酸及2 ml酸性茚三酮试剂，于沸水浴中30 min，冷却后加4 ml甲苯，摇荡30 s，静置片刻，上层液3 000 r/min离心5 min，520 nm处测光密度，根据标准曲线计算脯氨酸含量，并对数据进行统计分析。
可溶性糖的提取与测定，基本按Hakimi等（1995）[10]的方法进行。将0.2 g剪碎混匀的叶片放入10 ml离心管中，加蒸馏水5 ml，于沸水浴中30 min，过滤，定容。取0.5 ml滤液，加蒸馏水1.5 ml，蒽酮乙酸乙酯试剂0.5 ml，浓硫酸5 ml，充分振荡，立即置沸水浴中保温1 min，自然冷却至室温后，620 nm处测光密度，根据标准曲线计算可溶性糖含量，并对数据进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 转基因小麦品系旗叶可溶性糖的含量
由表1可以看出，在旱地，除鲁麦14转基因品系08T299外，其余5个转基因小麦品系开花后小麦旗叶可溶性糖含量均高于各自受体和对照品种。济麦19转基因品系08T378和08T349糖量分别比受体增加12.0%和17.8%，比对照增加17.9%和24.5%；鲁麦23转基因品系08SD34、08SD36和08SD69分别比受体增加20.3%、34.3%和9.7%，比对照增加19.2%、33.0%和8.7%；鲁麦14转基因品系08T299与受体可溶性糖含量比对照高，但转基因品系与受体间糖量水平基本相同。水地上，有些转基因小麦品系糖量比受体高，而有些转基因品系则比受体低。鲁麦14转基因品系08T299比受体增加24.8%，比对照增加28.9%；济麦19转基因品系08T378比受体和对照分别增加28.5%和22.5%，而品系08T349仅比受体增加1.5%；鲁麦23转基因品系08SD34、08SD36和08SD69均低于受体和对照品种。
从旱地和水地可溶性糖总量来看，水地10个供试品种（系）中有8个旗叶可溶性糖含量高于旱地，平均含量高22.7%。
方差分析（表2）表明，旱地和水地小麦旗叶可溶性糖含量差异极显著。开花后糖含量呈先上升后下降的趋势，7 d时达到峰值且差异极显著；小麦品种（系）间可溶性糖含量也存在一定差异，如鲁麦14转基因品系08T299糖含量水平最高，与抗旱对照品种鲁麦21差异极显著。济麦19转基因品系08T378和08T349，鲁麦23转基因品系08SD34和08SD36糖含量虽高于受体品种济麦19、鲁麦23和对照品种鲁麦21，但差异不显著。
2.2 转基因小麦品系旗叶脯氨酸含量的测定
由表3看出， 在旱地6个转基因小麦品系除08T378品系4个时期脯氨酸总量低于受体和对照外，其中4个转基因品系均高于受体，一个接近受体；6个转基因小麦品系中有4个脯氨酸总量高于对照。济麦19转基因品系08T349比受体和对照分别增加25.2%和38.3%，而品系08T378则比受体和对照低；鲁麦23转基因品系08SD69比受体和对照分别增加26.1%和5.3%，品系08SD34和08SD36比受体分别增加5.4%和20.7%，前者比对照低，而后者与对照水平相当；鲁麦14转基因品系08T299与受体相当，但两者均比对照品种高。水地上，所有转基因小麦品系及受体4个时期脯氨酸总量均低于对照品种，但鲁麦23转基因品系08SD34、08SD36和08SD69比受体分别增加56.1%、23.4%和8.4%；鲁麦14转基因品系08T299比受体增加23.5%；只有济麦19转基因品系08T349和08T378低于受体品种。
关键词：小麦；DREB；转基因；抗旱；测定
中图分类号：S512.1+10.1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）03-0038-04
由于全球气候变暖导致水分蒸发量升高，农用水资源日趋紧张，严重制约了我国小麦生产水平的进一步提高，而抗旱小麦品种是解决这一问题的关键因素。近年来，发现逆境转录因子基因可以调控一系列与抗逆境相关功能基因的表达，而被广泛应用于抗旱、耐逆小麦新品系的培育，并对获得的新品系进行了有关生理生化研究。郝晓燕（2006）[2]对转GmDREB1基因和GhDREB基因小麦植株从拔节期到开花期进行了干旱胁迫，测定了光合速率、蒸腾速率、可溶性糖含量和脯氨酸含量等，发现转基因小麦株系在干旱胁迫下比受体小麦光合速率降低幅度小，蒸腾速率增加的速率慢，可溶性糖和脯氨酸的积累量高。高世庆等（2005）[3]研究发现，干旱胁迫2～6 d 时， 转GmDREB基因小麦植株可溶性糖含量接近对照的2倍。Wang等（2006）[4]研究表明，在16 个转DREB基因小麦株系中有10个株系叶片脯氨酸含量比对照提高2倍多。
本试验对在旱地和水地上种植的6个转入抗旱转录因子GmDREB1和GhDREB基因的小麦转基因品系旗叶中可溶性糖和脯氨酸进行了分离提取与测定，旨在探讨转基因小麦新品系利用渗透调节物质应对抗旱胁迫的变化规律，为培育高产优质及抗旱性强的转基因小麦新品种提供理论依据。
1 材料与方法1.1 供试材料
2009～2011年度在山东省农业科学院作物研究所隔离网室，分别在旱地和水地上种植了引自中国农业科学院作物研究所的转基因小麦新品系08T299、08T378、08T349、08SD34、08SD36和08SD69，其中，含有GmDREB1基因的08T299受体为鲁麦14；含有GmDREB1基因的08T378和08T349品系的受体为济麦19；含有GhDREB基因的08SD34、08SD36和08SD69品系的受体为鲁麦23。抗旱对照品种为鲁麦21。
1.2 试验方法
旱地和水地上的供试材料均随机区组排列，重复3次，小区面积为9 m2。条播，正常田间管理，除自然降水外，旱地种植材料不进行灌溉，而水地种植材料于冬前、拔节期和开花期进行灌溉。 当每个小区小麦材料开花时（0d）、开花后7、21、28 d，在同一畦选取2株小麦旗叶各1片，混合置于塑料袋中，液氮速冻后于-20℃冰箱保存备用。
1.3 测定方法 脯氨酸的提取与测定，基本按张殿忠等（1990）[9]的方法进行。将0.25 g叶片置于10 ml离心管中，加入3%磺基水杨酸溶液2.5 ml，于沸水浴中10 min，冷却后过滤。取2 ml滤液，加2 ml冰醋酸及2 ml酸性茚三酮试剂，于沸水浴中30 min，冷却后加4 ml甲苯，摇荡30 s，静置片刻，上层液3 000 r/min离心5 min，520 nm处测光密度，根据标准曲线计算脯氨酸含量，并对数据进行统计分析。
可溶性糖的提取与测定，基本按Hakimi等（1995）[10]的方法进行。将0.2 g剪碎混匀的叶片放入10 ml离心管中，加蒸馏水5 ml，于沸水浴中30 min，过滤，定容。取0.5 ml滤液，加蒸馏水1.5 ml，蒽酮乙酸乙酯试剂0.5 ml，浓硫酸5 ml，充分振荡，立即置沸水浴中保温1 min，自然冷却至室温后，620 nm处测光密度，根据标准曲线计算可溶性糖含量，并对数据进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 转基因小麦品系旗叶可溶性糖的含量
由表1可以看出，在旱地，除鲁麦14转基因品系08T299外，其余5个转基因小麦品系开花后小麦旗叶可溶性糖含量均高于各自受体和对照品种。济麦19转基因品系08T378和08T349糖量分别比受体增加12.0%和17.8%，比对照增加17.9%和24.5%；鲁麦23转基因品系08SD34、08SD36和08SD69分别比受体增加20.3%、34.3%和9.7%，比对照增加19.2%、33.0%和8.7%；鲁麦14转基因品系08T299与受体可溶性糖含量比对照高，但转基因品系与受体间糖量水平基本相同。水地上，有些转基因小麦品系糖量比受体高，而有些转基因品系则比受体低。鲁麦14转基因品系08T299比受体增加24.8%，比对照增加28.9%；济麦19转基因品系08T378比受体和对照分别增加28.5%和22.5%，而品系08T349仅比受体增加1.5%；鲁麦23转基因品系08SD34、08SD36和08SD69均低于受体和对照品种。
从旱地和水地可溶性糖总量来看，水地10个供试品种（系）中有8个旗叶可溶性糖含量高于旱地，平均含量高22.7%。
方差分析（表2）表明，旱地和水地小麦旗叶可溶性糖含量差异极显著。开花后糖含量呈先上升后下降的趋势，7 d时达到峰值且差异极显著；小麦品种（系）间可溶性糖含量也存在一定差异，如鲁麦14转基因品系08T299糖含量水平最高，与抗旱对照品种鲁麦21差异极显著。济麦19转基因品系08T378和08T349，鲁麦23转基因品系08SD34和08SD36糖含量虽高于受体品种济麦19、鲁麦23和对照品种鲁麦21，但差异不显著。
2.2 转基因小麦品系旗叶脯氨酸含量的测定
由表3看出， 在旱地6个转基因小麦品系除08T378品系4个时期脯氨酸总量低于受体和对照外，其中4个转基因品系均高于受体，一个接近受体；6个转基因小麦品系中有4个脯氨酸总量高于对照。济麦19转基因品系08T349比受体和对照分别增加25.2%和38.3%，而品系08T378则比受体和对照低；鲁麦23转基因品系08SD69比受体和对照分别增加26.1%和5.3%，品系08SD34和08SD36比受体分别增加5.4%和20.7%，前者比对照低，而后者与对照水平相当；鲁麦14转基因品系08T299与受体相当，但两者均比对照品种高。水地上，所有转基因小麦品系及受体4个时期脯氨酸总量均低于对照品种，但鲁麦23转基因品系08SD34、08SD36和08SD69比受体分别增加56.1%、23.4%和8.4%；鲁麦14转基因品系08T299比受体增加23.5%；只有济麦19转基因品系08T349和08T378低于受体品种。