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为探究玉米C4途径关键酶基因对干旱胁迫的响应,本试验以三个分别转玉米Zm-PEPC（磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶以下简称PC）、Zm-PPDK（丙酮酸磷酸二激酶以下简称PK）、Zm-NADP-ME（依赖于NADP的苹果酸酶以下简称ME）单个酶基因,以及两个转PEPC+PPDK（以下简称PCK）、PPDK+NADP-ME（以下简称PKM）两个酶基因的拟南芥各3个株系为为供试材料,在开花期停止浇水,并于干旱胁迫处理前1天,干旱胁迫处理第5天、第10天和结束干旱胁迫复水处理5天时测定转基因拟南芥目标基因表达量、光合速率、水分利用效率以及酶活性的变化。主要结论如下:1.在实验室原有材料的基础上,利用农杆菌介导的方法将ZmNADP-ME基因分别导入野生型拟南芥和转PK基因的拟南芥纯系中,获得了转ME和PKM基因的拟南芥株系。经PCR检测以及Western blot杂交分析,表明转ME和PKM基因株系确为转基因材料。2.在干旱胁迫条件下分析外源基因表达量的变化,结果表明,与非水分胁迫条件下的外源基因表达量相比,干旱处理第5天时,转基因株系外源基因表达量上升;干旱处理第10天时,所有转基因株系外源基因表达量下降。其中转PCK基因株系的平均基因表达量大于转PC基因株系。3.非水分胁迫条件下,野生型拟南芥植株的PEPC、NADP-ME、PPDK酶活性分别为2.41、0.13、1.62μmol/mg（pro）/h,其中转PC和PCK基因株系的PEPC酶活性较野生型拟南芥分别提高了36%和52%,增幅达到显著水平。转ME、PKM基因株系的NADP-ME酶活性较野生型拟南芥分别提高了67%和97%,增幅达到显著水平。转PK、PCK、PKM基因株系的PPDK酶活性较野生型拟南芥分别提高了40%、20%和19%,增幅达到显著水平。干旱胁迫处理条件下,不同基因型转基因拟南芥光合酶测定值大小的总体趋势与胁迫前转基因株系基本一致,且均高于胁迫后的野生型拟南芥。与胁迫前转基因拟南芥相比,干旱胁迫处理第5天时,转基因株系上述指标测定值均有所上升。干旱胁迫处理第10天时,转基因株系上述指标测定值均有所上升。复水后第五天,上述指标得到程度不同的恢复。上述结果说明,ZmPEPC、ZmNADP-ME、ZmPPDK基因的导入显著提高拟南芥植株相应的PEPC、NADP-ME、PPDK酶的活性。其中转PCK基因株系的PEPC酶活性高于转PC基因株系;转PKM基因株系的NADP-ME酶活性高于转ME基因株系;转PK基因株系的PPDK酶活性高于转PCK和PKM基因株系;转基因株系在胁迫条件下的酶活性高于胁迫后的野生型拟南芥植株。4.在非水分胁迫条件下,转PC、PK、PCK基因拟南芥株系净光合速率（Pn）较野生型拟南芥（3.78μmol CO2·m-2·s-1）分别提高了19%、21%、24%,增幅达到显著水平。干旱胁迫处理条件下,不同基因型转基因拟南芥净光合速率测定值大小的总体趋势与胁迫前转基因株系基本一致,且均高于胁迫后的野生型拟南芥。与胁迫前转基因拟南芥相比,在干旱处理第5天、第10天,转基因株系的净光合速率表现出先上升后下降,复水后第5天,渐接近胁迫前转基因株系的净光合速率。上述结果表明,在严重干旱胁迫条件下,转基因植株Pn受干旱胁迫影响较野生型拟南芥小。不同干旱胁迫处理条件下,转PC、PCK基因株系的Pn均较野生型拟南芥增加显著,其中转PC、PCK基因拟南芥中PC73、PCK7表现较优。综合比较发现,转PCK基因株系的Pn高于转PC基因株系,而转PC基因株系的Pn高于本试验所用的其它基因型的转基因株系。5.在非水分胁迫条件下,转PCK基因拟南芥株系WUE较野生型拟南芥（0.54 g/kg）提高了55%,增幅达到显著水平。干旱胁迫处理条件下,不同基因型转基因拟南芥净光合速率测定值大小的总体趋势与胁迫前转基因株系基本一致,且均高于胁迫后的野生型拟南芥。与胁迫前转基因拟南芥相比,转基因株系的WUE的总体变化趋势与净光合速率的变化趋势一致。上述结果表明,不同干旱胁迫处理条件下,转PC、PCK基因株系的WUE均较野生型拟南芥增加显著,其中转PC、PCK基因拟南芥中PC73、PCK7表现较优。综合比较发现,转PCK基因株系的WUE高于转PC基因株系,而转PC基因株系的WUE高于本试验所用的其它基因型的转基因株系。6.在非水分胁迫条件下,转PKM基因拟南芥的SOD、POD、CAT酶活性较野生型拟南芥分别提高了89%、152%和40%。干旱处理第5天时,转ME和PKM基因株系的SOD酶活较野生型拟南芥分别提高了64%和105%,增幅达到显著水平;相应的POD酶活较野生型拟南芥分别提高了70%和209%,增幅达到显著水平;转PKM基因株系的CAT酶活较野生型拟南芥提高了39%,增幅达到显著水平。干旱处理第10天时,转PKM基因株系的SOD酶活较野生型拟南芥提高了45%,增幅达到显著水平。转ME、PKM基因株系的POD酶活较野生型拟南芥分别提高了63%和169%;相应的CAT酶活较野生型拟南芥分别提高了43%和65%。复水后第5天,转ME和PKM基因株系的SOD酶活较野生型拟南芥分别提高了34%和84%,增幅达到显著水平;转PKM基因株系的POD酶活较野生型拟南芥提高了115%,增幅达到显著水平;转ME和PKM基因株系的CAT酶活较野生型拟南芥分别提高了34%和38%,增幅达到显著水平。在干旱胁迫条件下,本试验其它基因型转基因株系的保护酶活性较野生型拟南芥差异不显著,但酶活性略高于野生型拟南芥。上述结果表明转ME、PKM基因株系保护酶活性高于本试验所用的其它基因型的转基因株系。