钾是植物生长发育所必需的营养元素之一,参与多种生理生化过程,如蛋白质合成和光合作用等。土壤缺钾严重影响了作物的产量和品质,通过遗传改良的方式提高作物的钾吸收利用效率是解决土壤缺钾的有效途径之一。研究表明,过表达钾吸收相关基因可以提高植物的钾营养,但这些基因主要局限于植物来源。本实验室前期研究发现,细菌钾转运蛋白基因trkH能够提高缺陷型酿酒酵母的钾吸收能力,使酵母在低钾培养基中能够生长。本论文的主要工作是将trkH基因转入烟草和玉米中进行钾吸收功能分析,并为育种奠定基础。采用农杆菌介导的叶盘转化法将trkH基因转到烟草中,PCR检测结果表明trkH基因成功转入烟草中,RT-PCR检测结果表明4个转化株系在转录水平上均能表达,选取表达量相对较高的L1和L4株系进行生理实验研究。烟草钾耗竭实验结果表明过表达trkH基因提高了转基因烟草的钾吸收能力;烟草液培实验结果表明,在1 mM K~+浓度下,转基因烟草在鲜重、干重和钾离子含量上显著高于野生型。采用农杆菌介导的幼胚侵染法将trkH和bar基因转入玉米,经过共培养和筛选等培养阶段共获得21个独立的除草剂抗性植株。T0代植株的PCR检测结果表明,trkH基因成功转入玉米中。bar纸条检测表明,bar基因在蛋白水平上表达。选取一部分T0代转基因植株与玉米骨干自交系PH6WC杂交,获得8个杂交后代。半定量RT-PCR检测结果表明,8个转化株系在转录水平上均能表达。三叶一心期喷洒除草剂进行筛选,选择比例接近1:1的L3、L5和L7转化株系进行PCR检测,统计检测结果并进行卡平方测验,结果表明符合孟德尔分离定律。玉米钾耗竭实验结果表明,L3、L5和L7转化株系的钾吸收优于野生型;玉米苗期的液培实验结果表明,在1 mM K~+浓度下,L5转化株系的株高显著高于野生型,L5和L7转化株系的根长显著高于野生型,L3、L5和L7转化株系的鲜重和干重上显著高于野生型。综合考虑以上结果,选取了L5转化株系进行田间农艺性状的分析。田间试验结果表明:当速效钾含量为100、80和30 mg/kg时,转基因玉米与野生型玉米在株高、穗粗、行数和穗重等检测指标上无显著性差异;速效钾含量在80和30mg/kg时,转基因玉米的生长表现优于野生型,并且在30 mg/kg时,转基因玉米的穗位和百粒重显著高于野生型。综上过表达细菌钾转运蛋白基因trkH为提高植物钾营养吸收提供了一个新的策略。