異源表達(dá)Hvsusiba2秈稻 “明恢86”稻田甲烷減排研究.pdf

1、甲烷是主要的溫室氣體之一，稻田是最重要的農(nóng)業(yè)甲烷排放源之一。稻米是世界三分之二人口的主糧，隨著對稻米的需求不斷增加，其栽種面積也將不斷擴(kuò)大，必然會引起稻田甲烷排放量不斷增多。在滿足糧食需求的同時(shí)，降低稻田甲烷排放是當(dāng)今科學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn)，但是目前的甲烷減排措施大多停留在栽培調(diào)控層面，具有一定的局限性而難以推廣。
　　稻田甲烷排放是水稻-土壤-微生物共同作用的結(jié)果。水稻生長過程中向土壤分泌的有機(jī)物以及根脫落物為土壤甲烷菌提供了豐富的底

2、物，長期淹水稻田造成的厭氧環(huán)境，為土壤產(chǎn)甲烷菌提供了理想生長環(huán)境，水稻田成為農(nóng)業(yè)活動的主要甲烷排放源。影響稻田甲烷排放的因素眾多，其中，水稻品種是決定稻田甲烷的產(chǎn)生和排放的關(guān)鍵因素，遺傳因素決定的水稻品種間株型、根系以及光合代謝特征不同產(chǎn)生了品種間甲烷排放特征差異。因此，培育提高產(chǎn)量的同時(shí)又能降低甲烷排放的水稻品種，對于控制全球變暖和滿足日益增長的糧食需求具有重要意義。本研究利用經(jīng)過驗(yàn)證的具有調(diào)控植物淀粉合成代謝產(chǎn)物分配作用的大麥糖信號

3、轉(zhuǎn)錄因子Hvsusiba2，導(dǎo)入秈稻品種“明恢86”，研究其對秈型水稻甲烷排放和淀粉積累的影響，結(jié)果如下：
　　1.通過對28個T1代轉(zhuǎn)Hvsusiba2基因株系自交重組和分子檢測獲得兩個純合株系命名為“86R10-1”和“86R27-3”，均為單拷貝插入。其外源Hvsusiba2在轉(zhuǎn)基因水稻中高表達(dá)；且受Hvsusiba2調(diào)控，轉(zhuǎn)基因水稻幼嫩種子和莖鞘中淀粉合成相關(guān)基因如：焦磷酸化酶（AGPSIIb、UGP1）、淀粉合成酶（GB

4、SSII）、淀粉分支酶（BEI， BEIIa，BEIIb）、蔗糖合成酶（SUS1,SUS2）和蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（SUT1， SUT5）的表達(dá)顯著上調(diào)。
　　2.田間試驗(yàn)顯示：“86R10-1”和“86R27-3”與“明恢86”的全生育期甲烷排放趨勢基本一致，特征為，隨著水稻生長呈波動上升并在開花期和灌漿期達(dá)到峰值；轉(zhuǎn)Hvsusiba2基因水稻的甲烷排放通量在大多數(shù)檢測時(shí)段顯著低于對照；全生育期內(nèi)“86R10-1”和“86R27-3”的

5、平均排放量分別為2.93mg·m-2·h-1和的3.04mg·m-2·h-1，而“明恢86”甲烷平均排放量為4.2mg·m-2·h-1。
　　3.轉(zhuǎn)Hvsusiba2水稻甲烷減排效果顯著。與“明恢86”相比，全生育期內(nèi)“86R10-1”平均減排量為1.27mg·m-2·h-1，平均減排率為30.2％，其中在水稻生長的開花期減排率達(dá)到最高達(dá)54.7%；“86R27-3”平均減排量為1.16mg·m-2·h-1，平均減排率為27.6%

6、，同樣在水稻開花期減排率達(dá)到65.9%。
　　4.稻田中6種主要產(chǎn)甲烷菌的豐度依次為Methanosaetaceae(Mst)＞Archaea(ARC)＞Methanogens(MET)＞Methanosarcinacea(Msc)≥Methanomicrobiales(MMB)＞Methanobacteriales(MBT)。與野生型相比，轉(zhuǎn)Hvsusiba2秈稻根土中產(chǎn)甲烷菌豐度顯著減少，其中MST減少最多，最大減少量出現(xiàn)在抽

7、穗期(1707.4±257.6)106 copies/g-干土。轉(zhuǎn)基因稻田的甲烷氧化菌Methytobacter/Methylosarcina（MBAC）和Methylosinus（TYPEⅡ）的量也有顯著降低。
　　5.轉(zhuǎn)Hvsusiba2秈稻地上部干重、實(shí)粒干重、實(shí)粒數(shù)、千粒重、穗數(shù)、分蘗數(shù)和株高等農(nóng)藝性狀與野生型相比無顯著差異,而其成熟種子中的總淀粉含量顯著提高，“86R10-1”的總淀粉含量增加了8.76%，“86R27-