大豆(Glycine max L)是一种重要的粮食和油料作物,在人们生活甲占有小可或缺的地位,但大豆生产面临着病、草、虫等多种危害。通过基因工程改良大豆的农艺性状以及增强对除草剂、病虫等的抗性,是提高全球大豆产量的根本途径。本研究在建立稳定高效的大豆转化体系的基础上,利用该体系研究大豆水通道蛋白基因GmPIP1:6和钾离子通道蛋白基因GmAKT2在大豆抗逆和抗病毒病等方面的功能。本研究对农杆菌介导的大豆子叶节转化体系的受体基因型、农杆菌浓度和受体外植体制备等重要环节进行优化,建立了以发芽种子为外植体、草丁膦作为筛选剂的大豆转化体系,转基因平均效率达到4.5%,该项研究已获得国家发明专利。水通道蛋白通过影响植物根部吸水、生长和叶片气体交换,在植物生长中起主要作用。GmPIP1:6与大豆根部导水率(Lo)相关,在根和生殖器官中表达较高。爪蟾卵母细胞表达实验证实GmPIP1；6是一个具有水通道活性的蛋白,通过基因枪轰击洋葱表皮细胞,明确了该蛋白定位于细胞质膜。水培条件下用100mM的NaCl处理大豆植株发现,在盐处理开始阶段GmPIP1:6的表达降低,处理3天后GmPIP1:6表达在根和叶中升高。通过转基因获得了GmPIP1:6(GmPIP1:6-Oe)的稳定超表达株系。在正常生长条件下,GmPIP1:6.Oe与非转基因野生型对照(WT)植株生长没有差异,但在盐处理条件下GmPIP1:6-Oe的生长、叶片气体交换和净光合作用较对照显著提高。GmPIP1:6-Oe植株在盐胁迫条件下能够增强Na+的外排并且能够维持Lo不变。大田环境中GmPIP1:6-Oe大豆能通过增加籽粒大小提高产量。研究结果显示GmPIP1:6是一个多功能的水通道蛋白,参与根部水分运输,光合作用和光合产物向种子的转移。大豆花叶病毒病是大豆生产中的常见病害,利用基因工程的方法可有效地改良大豆花叶病毒病抗性。本研究发现,在土壤中施用钾肥能够降低大豆花叶病毒病的发病率。分析大豆中钾离子(K+)通道蛋白基因表达发现,在大豆花叶病毒病抗性品种Rsmv1中GmAKT2能够被大豆花叶病毒接种显著诱导,而在大豆花叶病毒病感病品种中则没有变化。为了明确GmAKT2在大豆抗花叶病毒病中是否有效,本研究在感病品种Williams82中超表达GmAKT2(GmAKT2-Oe),转基因株系通过Southern杂交、定量RT-PCR等分子鉴定明确了基因插入的拷贝数和表达提高等特征。转基因植株叶片K+分析发现,GmAKT2-Oe大豆植株中心重新分配增加,与对照相比,新叶中心的浓度显著增加。大豆花叶病毒病接种实验显示,在GmAKT2-Oe大豆中大豆花叶病毒的增殖受到显著抑制,转基因植株对大豆花叶病毒病表现为高抗。因此,改变K+转运体GmAKT2的表达是一种增加大豆对大豆花叶病毒病的抗性的分子育种新途径。