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干旱缺水是我国常见的环境问题,也是严重影响全球作物产量的重要因素。谷氨酰胺合成酶(GS)是植物氮素同化的关键酶,参与合成抗旱渗透调节物质脯氨酸。为了阐明GS在植物抗旱中发挥的作用及其抗旱机制,本研究各选3个本实验室获得的转TaGS1/Ta GS2烟草株系作为研究材料,以K326栽培烟草作为对照,进行室内盆栽干旱实验,在胁迫期间和复水后分别进行取样,研究了干旱胁迫下转TaGS1/TaGS2烟草及对照生物量、保护酶系统、渗透调节、膜质损伤、光合作用以及GS表达情况等几个方面,探讨了转TaGS1/TaGS2基因烟草的抗旱机制,为抗干旱等非生物胁迫品种选育提供理论依据。主要研究结果如下:(1)在干旱胁迫以及复水过程中,与野生型相比,转TaGS1/TaGS2基因烟草根系较发达,地上生长情况较好,具有较高的生物量、相对含水量,且复水后转TaGS1/TaGS2基因烟草自我恢复生长速度明显较快。(2)转TaGS1/TaGS2烟草中TaGS基因虽在干旱胁迫中表达量较低,但能够促进烟草内源NtGS基因的表达;转TaGS1/TaGS2烟草叶片中NtGS2表达量明显高于野生型,而在根系中转TaGS1/TaGS2烟草NtGS1;3表达量也显著高于野生型;干旱条件下,转Ta GS1/TaGS2烟草叶片和根系GS总活性显著高于野生型,而在复水过程中,转TaGS1/TaGS2烟草叶片和根系中的GS蛋白量和GS总活性均显著高于野生型。说明转TaGS1/TaGS2烟草是通过GS蛋白表达提高烟草的抗旱性。(3)干旱胁迫下,转TaGS1/TaGS2烟草的三种抗氧化物酶活性(SOD、CAT、POD)、脯氨酸含量均显著高于野生型,MDA含量显著低于野生型,说明转TaGS1/TaGS2烟草具有较强的渗透调节和抗氧化能力,缓解了膜质过氧化;复水处理后,转TaGS1/TaGS2烟草具有较高的SOD酶活、脯氨酸含量和较低的MDA含量,说明在复水过程中转TaGS1/TaGS2烟草具有较强的自我修复能力,具有较强的抗旱能力。(4)在干旱胁迫和复水过程中,与野生型相比,转TaGS1/TaGS2烟草具有较高的叶绿素含量、净光合速率和气孔导度,说明转Ta GS1/TaGS2烟草即使在干旱条件下仍然能够保持较高的光合作用,降低了胁迫对植物生长的影响。综上,与野生型相比,转TaGS1/TaGS2烟草在干旱胁迫以及复水条件下具有较高的GS表达量,氮同化能力较强,累积了较高水平的可溶蛋白含量、脯氨酸含量和叶绿素含量,从而提高了转TaGS1/TaGS2烟草的渗透调节能力和抗氧化能力,较高的相对含水量和膜质完整度使转TaGS1/TaGS2植物叶片气孔维持一定得开放以吸收外界较多的二氧化碳,提高了转TaGS1/TaGS2烟草的光合作用,碳同化能力加强。而转TaGS1/Ta GS2烟草较高的C、N同化能力又使其具有较好的生物学性状,如发达的根系、较高的生物量和株高,这也恰是转TaGS1/TaGS2烟草具有较强的抗旱性的生物学基础。说明TaGS1/Ta GS2基因可以提高烟草GS表达量,进而提高转TaGS1/TaGS2烟草的抗旱性。