干旱已成为全球日益严重的问题,严重影响林木的生长与分布。杨树在水土保持、防风固沙等方面有重要作用,但对干旱胁迫较为敏感,因而在干旱半干旱地区,杨树的正常生长受阻。胆碱氧化酶能够直接将胆碱转化为甜菜碱,从而增强植物的抗旱性,晚期胚胎蛋白富集蛋白(LEA)作为多功能蛋白积极应对各种胁迫,因此,研究转胆碱氧化酶基因(codA)和甘薯IbLEA14基因杨树对干旱胁迫的响应机制,分析转基因杨树抗(耐)旱性增强的生理机制,可为杨树耐旱育种及应用提供理论依据,未来有望在改善土壤沙漠化方面发挥重要作用。本试验采用土壤干旱胁迫及复水处理,探讨了转IbLEA14和codA基因杨树及非转基因杨树(NT)生长及生理生化特性的变化,解析转IbLEA14和codA基因杨树增强耐旱性的生理机制。获得主要如下结果:1.干旱胁迫下,转IbLEA14和codA基因杨树及非转基因杨树株高的增长、总生物量的积累都受到抑制,但转基因杨树生长状况优于非转基因杨树且复水后恢复较快。可见,转IbLEA14和codA基因杨树增强了耐旱性。2.干旱胁迫下,转IbLEA14和codA基因杨树叶片相对含水量、保水能力显著高于非转基因杨树。土壤干旱胁迫条件下,杨树叶片的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)及叶绿素含量相较于正常水分条件都明显下降,但转基因株系的光合能力和叶绿素含量显著高于非转基因杨树。干旱胁迫下,转IbLEA14和codA基因杨树叶片中过氧化氢和丙二醛的积累量显著低于非转基因杨树,转基因株系在干旱胁迫后活性氧积累更少、膜脂受损伤程度更低。因此,转IbLEA14和codA基因杨树具有更好的水分状况、光合能力与抗氧化能力,从而提高了耐旱性。3.干旱胁迫下,转codA基因杨树叶片中游离脯氨酸和甜菜碱的含量显著高于非转基因杨树,渗透势显著低于非转基因杨树。干旱胁迫后一定时间内,随时间延长,杨树叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)酶活性逐渐增加,复水后下降,除POD外,转codA基因杨树抗氧化酶活性普遍高于非转基因杨树。说明转codA基因杨树耐旱性和复水后恢复能力增强,可能通过增加渗透调节物质含量及增强抗氧化能力来实现。4.干旱胁迫后,转IbLEA14基因杨树叶片中游离脯氨酸含量显著高于非转基因杨树,转IbLEA14基因杨树渗透势低于非转基因杨树,说明转IbLEA14基因杨树可通过提高渗透调节能力来抵御干旱胁迫的伤害。综合以上研究结果,我们可以看出:干旱胁迫下,转codA基因杨树通过提高渗透调节能力及抗氧化能力,增强耐旱性和复水后恢复能力。经干旱胁迫诱导,转IbLEA14基因杨树提高了保水能力与渗透调节能力,具有更好的水分状况与光合速率,从而增强了耐旱性。