园艺学报 ›› 2024, Vol. 51 ›› Issue (9): 2155-2167.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2023-0690
张松彦1, 迭鹏翔1, 宋梦婷1, 李志坚1, 周建1,2,*()
收稿日期:
2023-11-26
修回日期:
2024-04-01
出版日期:
2024-09-25
发布日期:
2024-09-19
通讯作者:
基金资助:
ZHANG Songyan1, DIE Pengxiang1, SONG Mengting1, LI Zhijian1, ZHOU Jian1,2,*()
Received:
2023-11-26
Revised:
2024-04-01
Published:
2024-09-25
Online:
2024-09-19
摘要:
为了探究刺槐(Robinia pseudoacacia)RpACBP3对光合生理的影响,利用农杆菌介导法将RpACBP3转入到烟草(Nicotiana tabacum)‘NC89’中,以野生型为对照,测定RpACBP3过表达烟草的相关指标。结果显示:获得了7个过表达株系。整体上,RpACBP3过表达株系表现出叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素显著增加,类胡萝卜素降低;初始荧光(Fo)和非光化学淬灭系数(qN)下降,最大光化学效率(Fv/Fm)和实际光化学量子效率(ΦPSII)上升;光合速率(Pn)和胞间CO2浓度(Ci)上升,气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)下降;气孔长度、气孔面积等明显上升。相关性分析显示,大多数指标之间存在显著相关关系;随机森林回归显示,RpACBP3过表达对烟草叶绿素a、ΦPSII、Ci和气孔面积等指标的影响较大。综上所述,RpACBP3通过提升叶绿素含量、提高光合系统对光能的吸收和转化效率、促进气孔发育等途径来提高烟草植株的光能利用率。
张松彦, 迭鹏翔, 宋梦婷, 李志坚, 周建. 烟草过表达刺槐RpACBP3对光合生理的影响[J]. 园艺学报, 2024, 51(9): 2155-2167.
ZHANG Songyan, DIE Pengxiang, SONG Mengting, LI Zhijian, ZHOU Jian. Effect of Overexpression of Robinia pseudoacacia RpACBP3 Gene on Photosynthetic Physiological Characteristics of Nicotiana tabacum[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2024, 51(9): 2155-2167.
用途 Function | 引物名称 Primer name | 序列(5′-3′) Sequence |
---|---|---|
转基因阳性苗鉴定Identification of transgenic positive seedlings | OE-RpACBP3 | F:GAGAACACGGGGGACTCTAGAATGGAGCTTGTAACTGCAAGTG R:CGATCGGGGAAATTCGAGCTCTCATTTCTTTACATTGTTCTC |
qRT-PCR | NtActin | F:ACCTCTATGGCAACATTGTGCTCAG R:CTGGGAGCCAAAGCGGTGATT |
qRpACBP3 | F:ACCGGTACACGGTTCAAACA R:GACAATGTCTGGTTTCGCCG |
表1 试验中所用的引物
Table 1 The primers used in this experiment
用途 Function | 引物名称 Primer name | 序列(5′-3′) Sequence |
---|---|---|
转基因阳性苗鉴定Identification of transgenic positive seedlings | OE-RpACBP3 | F:GAGAACACGGGGGACTCTAGAATGGAGCTTGTAACTGCAAGTG R:CGATCGGGGAAATTCGAGCTCTCATTTCTTTACATTGTTCTC |
qRT-PCR | NtActin | F:ACCTCTATGGCAACATTGTGCTCAG R:CTGGGAGCCAAAGCGGTGATT |
qRpACBP3 | F:ACCGGTACACGGTTCAAACA R:GACAATGTCTGGTTTCGCCG |
图1 烟草转刺槐RpACBP3株系的PCR检测 M:DNA marker DL2000;P:阳性质粒对照;N:阴性对照;WT:野生型植株;OE:阳性株系。下同。
Fig. 1 PCR assay of Nicotiana tabacum-transformed Robinia pseudoacacia RpACBP3 strains M:DNA marker DL2000;P:Positive plasmid control;N:Negative control;WT:Wild type plants;OE:Positive lines. The same below.
图2 烟草转刺槐RpACBP3株系(OE)及野生型(WT)的qRT-PCR检测 不同小写字母代表各株系间差异达到显著水平(P < 0.05)。下同。
Fig. 2 qRT-PCR detection of Nicotiana tabacum trans-Robinia pseudoacacia RpACBP3 strains(OE)and wild type(WT) Different lowercase letters represent the significant difference between the lines(P < 0.05). The same below.
图3 烟草转刺槐RpACBP3株系(OE)及野生型(WT)的叶绿素与类胡萝卜素含量
Fig. 3 Chlorophyll and carotenoid content of Nicotiana tabacum turned Robinia pseudoacacia RpACBP3 strain(OE)and wild type(WT)
图4 烟草转刺槐RpACBP3株系(OE)及野生型(WT)的叶绿素荧光特性
Fig. 4 Chlorophyll fluorescence characterization of Nicotiana tabacum turned Robinia pseudoacacia RpACBP3 strain(OE)and wild type(WT)
图5 烟草转刺槐RpACBP3株系(OE)及野生型(WT)光合功能变化
Fig. 5 Changes in photosynthetic function of Nicotiana tabacum turned Robinia pseudoacacia RpACBP3 strain(OE)and wild type(WT)
株系 Lines | 长度/μm Length | 宽度/μm Width | 面积/μm2 Area |
---|---|---|---|
WT | 17.87 ± 1.10 b | 8.42 ± 0.65 bc | 92.18 ± 13.78 c |
OE1 | 19.27 ± 1.15 ab | 8.29 ± 0.44 c | 129.73 ± 9.12 abc |
OE3 | 19.36 ± 0.18 ab | 8.31 ± 0.22 c | 118.34 ± 6.46 bc |
OE5 | 21.35 ± 0.44 a | 8.45 ± 0.20 bc | 144.81 ± 10.84 ab |
OE6 | 19.76 ± 0.38 ab | 8.96 ± 0.55 abc | 143.18 ± 6.47 ab |
OE9 | 21.29 ± 0.56 a | 9.79 ± 0.30 ab | 159.23 ± 15.25 ab |
OE10 | 21.80 ± 1.27 a | 10.33 ± 0.63 a | 175.04 ± 29.95 a |
OE12 | 20.30 ± 0.74 ab | 9.70 ± 0.19 abc | 143.35 ± 6.35 ab |
表2 烟草转刺槐RpACBP3株系(OE)及野生型(WT)的气孔形态
Table 2 The in stomatal morphology of Nicotiana tabacum turned Robinia pseudoacacia RpACBP3 strain(OE)and wild type(WT)
株系 Lines | 长度/μm Length | 宽度/μm Width | 面积/μm2 Area |
---|---|---|---|
WT | 17.87 ± 1.10 b | 8.42 ± 0.65 bc | 92.18 ± 13.78 c |
OE1 | 19.27 ± 1.15 ab | 8.29 ± 0.44 c | 129.73 ± 9.12 abc |
OE3 | 19.36 ± 0.18 ab | 8.31 ± 0.22 c | 118.34 ± 6.46 bc |
OE5 | 21.35 ± 0.44 a | 8.45 ± 0.20 bc | 144.81 ± 10.84 ab |
OE6 | 19.76 ± 0.38 ab | 8.96 ± 0.55 abc | 143.18 ± 6.47 ab |
OE9 | 21.29 ± 0.56 a | 9.79 ± 0.30 ab | 159.23 ± 15.25 ab |
OE10 | 21.80 ± 1.27 a | 10.33 ± 0.63 a | 175.04 ± 29.95 a |
OE12 | 20.30 ± 0.74 ab | 9.70 ± 0.19 abc | 143.35 ± 6.35 ab |
指标 Index | 第1主成分 Prin 1 | 第2主成分 Prin 2 | 第3主成分 Prin 3 | 第4主成分 Prin 4 | 第5主成分 Prin 5 |
---|---|---|---|---|---|
方差贡献率Variance contribution rate | 43.56 | 24.27 | 10.72 | 6.88 | 4.48 |
累计贡献率Cumulative contribution rate | 43.56 | 67.83 | 78.55 | 85.43 | 89.91 |
表3 烟草转刺槐RpACBP3株系各指标主成分分析
Table 3 Principal component analysis of indicators in Nicotiana tabacum transgenic Robinia pseudoacacia RpACBP3 strains %
指标 Index | 第1主成分 Prin 1 | 第2主成分 Prin 2 | 第3主成分 Prin 3 | 第4主成分 Prin 4 | 第5主成分 Prin 5 |
---|---|---|---|---|---|
方差贡献率Variance contribution rate | 43.56 | 24.27 | 10.72 | 6.88 | 4.48 |
累计贡献率Cumulative contribution rate | 43.56 | 67.83 | 78.55 | 85.43 | 89.91 |
图6 烟草转刺槐RpACBP3株系各指标的主成分分析(a)和随机森林回归分析(b)
Fig. 6 PCA(a)and random forest regression analysis(b)of indicators in Nicotiana tabacum transgenic Robinia pseudoacacia RpACBP3 strains
图7 烟草转刺槐RpACBP3株系各指标的相关性(a)和聚类热图(b) 图a中红色代表正相关,蓝色代表负相关,颜色越深,相关性越大。
Fig. 7 Correlation(a)and cluster heat map(b)of indicators in Nicotiana tabacum transgenic Robinia pseudoacacia RpACBP3 strains In figure a,red represents positively correlated,and blue represents negatively correlated. The darker the color,the larger the correlation.
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