碱地,如果能让水稻在这些土地上生长,将是解决粮食安全的重要突破。李修庆团队的目光,自然投向了这种“亲水”作物。
2008年,团队开始尝试将AlBADH基因导入水稻。第一步是构建表达载体——他们将从泽泻中克隆出的AlBADH基因,与一个强启动子连接,再嵌入农杆菌的Ti质粒中。“这就像给基因装了一个‘加速器’,让它在水稻细胞中高效表达。”负责基因工程的研究员王敏解释道。
转化过程充满挑战。他们选用的受体材料是水稻品种“日本晴”,通过农杆菌介导法将基因导入愈伤组织。在培养皿中,愈伤组织像一块块淡黄色的疙瘩,需要在含有抗生素的培养基中筛选——只有成功导入目的基因的细胞,才能抵抗抗生素存活。
“第一批转化体几乎全军覆没,”王敏回忆道,“要么是基因没整合进去,要么是表达量太低。”团队调整了农杆菌浓度和感染时间,终于在三个月后获得了32株抗性幼苗。当这些幼苗长出第一片真叶时,研究人员立刻提取叶片DNA进行PCR检测,结果显示,有7株成功整合了AlBADH基因。
接下来是耐盐性测试。他们将转基因水稻和普通水稻同时种在含盐量0.3%的营养液中。一周后,普通水稻的叶片开始发黄,根尖变褐;而转基因水稻的叶片仍保持翠绿,根系更发达。测定显示,转基因水稻叶片中的甜菜碱含量是普通水稻的8倍,脯氨酸含量是6倍,细胞渗透压显着提高,能在高盐环境中保持水分。
“这只是初步成功,”李修庆看着长势良好的转基因水稻,“我们需要更严格的田间试验。”他们在武汉植物园的试验田设置了不同盐浓度的小区,从0.3%到0.6%,梯度递增。在0.4%的盐浓度下,普通水稻的结实率下降了70%,而转基因水稻的结实率仅下降20%,株高和穗长也明显优于对照组。
最让团队兴奋的是2010年的初步数据:在含盐量0.5%的土壤中,转基因水稻的耐盐性比普通水稻提升了2个梯度(按农业行业标准,耐盐性分为5个梯度,0.3%为1级,0.5%为3级)。这意味着,原本只能在轻度盐碱地生长的水稻,现在能在中度盐碱地存活并结实。
王敏在显微镜下观察转基因水稻的叶片细胞,发现它们的叶绿体结构更完整,而普通水稻的叶绿体已经肿胀变形。“AlBADH基因就像给细胞加了一层保护罩,”她感叹道,“泽泻的耐盐智慧,真的在水稻身上体现出来了。”——黄河三角洲的那几株野生泽泻,或许从未想过,它们的基因会让水稻这种“娇嫩”的作物,拥有如此顽强的抗盐能力。
(上卷终)