同位素示踪技术用于转基因植物细胞中钙、钾离子的变化及其机理研究

提高农作物的耐热性或培育耐热农作物，以应对全球气候变暖、稳定和提高粮食产量，是全世界面临的共同挑战。通过转基因的方法培育耐热植物以及与此相关的耐热机制的研究是前沿性的研究课题，国内外都鲜有报道。本研究课题拟采用Ca-45、K-42同位素示踪的方法，建立相应的实验模型，以油菜叶片为研究材料，考察转基因植物细胞中钙、钾离子的含量和分布情况，以了解在国内外率先发现的TT1耐热基因是否引起植物细胞中钙钾离子的含量和分布变化。在此基础上，用同位素交换的办法制备T-肌醇标记化合物，并以此为示踪剂，分析测量磷脂酰肌醇在磷脂酶C作用下其水解产物二酰甘油（DAG）和三磷酸肌醇（IP3）的含量变化，以探讨该耐热基因对钙泵和钾泵的调节机制。研究结果对于耐热植物的培育、特别是对于转基因植物的耐热机制的研究具有重要的科学意义和参考价值。

本项目的主要目的是考察了解我校在国内外率先发现的TR1耐热基因是否会引起植物细胞中钙钾离子的含量和分布变化，以探讨耐热机制。课题的实施取得了一系列很有意义的研究结果：1）建立了基于放射性同位素示踪技术的植物中钙含量变化及测量方法，具有灵敏度高、简便等特点；2）考察了转入耐热基因后的油菜和拟南芥与普通油菜和拟南芥对Ca2+吸收和积累量的差异，发现TR1耐热基因对细胞钙离子的吸收具有调控作用；3）采用放射自显影技术考察了油菜和拟南芥的钙离子分布和吸收量差异；（4）考察了在氯化镧的抑制作用下原生质体吸收钙离子情况，发现0.02mmol/L的氯化镧即可完全抑制了钙离子的通道；（5）建立了原子吸收分光光度法测量K的方法，初步考察了普通植物和转基因植物及其原生质体吸收钾离子的差异。通过上述研究，为转基因植物的耐热机理研究提供了新的思路和方法，研究结果不仅将为耐热植物的培育、特别是转基因植物的耐热机制奠定基础，而且对促进和推动核技术在生命科学中的应用也具有积极意义。基于本项目，已在国内外学术会议和期刊上发表和交流论文8篇，其中在国内核心期刊上发表2 篇，国际刊物待发表3篇；申请国家发明专利一项，已公开；招收和培养硕士研究生2 名。