一、引言

櫻桃作為一種深受人們喜愛的水果，在全球水果產(chǎn)業(yè)中占據(jù)重要地位。然而，櫻桃在生長過程中容易受到多種病原菌的侵襲，如細(xì)菌、真菌等，這些病害嚴(yán)重影響櫻桃的產(chǎn)量和品質(zhì)，給櫻桃種植業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)的化學(xué)防治方法雖然在一定程度上能夠控制病害，但長期使用容易導(dǎo)致病原菌抗藥性的產(chǎn)生，同時也會對環(huán)境造成污染。因此，尋找一種環(huán)保、高效的病害防治方法成為櫻桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

抗菌肽作為生物體內(nèi)天然存在的一類具有抗菌活性的小分子多肽，具有廣譜抗菌活性、作用機(jī)制更好且不易使病原菌產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)點。將抗菌肽基因?qū)霗烟艺枘荆型鰪?qiáng)櫻桃砧木對病原菌的抵抗力，從而提高櫻桃的整體抗病能力。這種基于基因工程的方法為櫻桃砧木的遺傳改良提供了新的思路和途徑。而且，櫻桃砧木作為櫻桃樹生長的基礎(chǔ)，其遺傳改良對于整個櫻桃植株的生長發(fā)育和抗病性能具有深遠(yuǎn)的影響。本研究旨在探索抗菌肽基因轉(zhuǎn)化技術(shù)在櫻桃砧木上的應(yīng)用，為櫻桃產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

二、材料與方法

（一）材料

植物材料

選擇適宜當(dāng)?shù)厣L環(huán)境且具有一定經(jīng)濟(jì)價值的櫻桃砧木品種作為實驗材料，采集其種子或幼苗用于后續(xù)實驗。

菌株與質(zhì)粒

從相關(guān)菌種保藏中心獲取含有目標(biāo)抗菌肽基因的菌株，同時準(zhǔn)備合適的克隆載體和植物表達(dá)載體，如常用的 pBI121 等。

酶與試劑

限制性內(nèi)切酶、T4 DNA 連接酶、DNA 聚合酶、各種抗生素、卡那霉素、潮霉素等篩選試劑，以及其他分子生物學(xué)常用試劑，如 dNTPs、緩沖液等。

（二）抗菌肽基因的克隆

基因組 DNA 提取

從含有目標(biāo)抗菌肽基因的菌株中提取基因組 DNA。采用經(jīng)典的 CTAB 法或商業(yè)化的基因組 DNA 提取試劑盒，按照操作說明書進(jìn)行。提取后的 DNA 用瓊脂糖凝膠電泳和紫外分光光度計檢測其純度和濃度，確保 DNA 的質(zhì)量符合后續(xù)實驗要求。

引物設(shè)計

根據(jù)目標(biāo)抗菌肽基因的序列信息，使用專業(yè)的引物設(shè)計軟件（如 Primer Premier 5）設(shè)計特異性引物。引物設(shè)計需考慮合適的退火溫度、避免引物二聚體和錯配等因素。引物兩端添加合適的限制性內(nèi)切酶識別位點，以便后續(xù)與載體連接。

PCR 擴(kuò)增

以提取的基因組 DNA 為模板，加入設(shè)計好的引物、dNTPs、DNA 聚合酶和相應(yīng)的緩沖液進(jìn)行 PCR 擴(kuò)增。PCR 反應(yīng)條件經(jīng)過優(yōu)化，包括預(yù)變性、變性、退火、延伸等步驟，循環(huán)次數(shù)根據(jù)模板濃度和基因大小進(jìn)行調(diào)整。擴(kuò)增產(chǎn)物用瓊脂糖凝膠電泳進(jìn)行檢測，觀察是否得到預(yù)期大小的條帶。

（三）植物表達(dá)載體的構(gòu)建

載體的選擇與處理

選擇合適的植物表達(dá)載體，如 pBI121。用特定的限制性內(nèi)切酶對載體進(jìn)行雙酶切，酶切反應(yīng)體系根據(jù)酶的活性和載體的量進(jìn)行配制。酶切后的載體通過瓊脂糖凝膠電泳進(jìn)行分離，然后使用膠回收試劑盒回收線性化的載體片段。

基因與載體的連接

將克隆得到的抗菌肽基因片段和線性化的植物表達(dá)載體在 T4 DNA 連接酶的作用下進(jìn)行連接。連接反應(yīng)體系中基因與載體的摩爾比、連接酶的用量和反應(yīng)時間都經(jīng)過優(yōu)化，以提高連接效率。連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞，通過含有相應(yīng)抗生素的 LB 平板進(jìn)行篩選，挑取單菌落進(jìn)行培養(yǎng)，提取質(zhì)粒進(jìn)行酶切和測序驗證，確?？咕幕蛘_插入到植物表達(dá)載體中。

（四）櫻桃砧木的轉(zhuǎn)化

農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化

(1) 農(nóng)桿菌感受態(tài)細(xì)胞的制備

選擇合適的農(nóng)桿菌菌株（如 LBA4404），采用氯化鈣法或電擊法制備感受態(tài)細(xì)胞。制備好的感受態(tài)細(xì)胞保存于 - 80℃冰箱備用。

(2) 農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化

將構(gòu)建好的植物表達(dá)載體導(dǎo)入農(nóng)桿菌感受態(tài)細(xì)胞中，通過熱激或電擊等方法，然后在含有相應(yīng)抗生素（如利福平、卡那霉素等）的 YEB 平板上培養(yǎng)，篩選出含有重組質(zhì)粒的農(nóng)桿菌單菌落。

(3) 櫻桃砧木的侵染

選取生長良好的櫻桃砧木幼苗或外植體（如葉片、莖段等），將含有重組質(zhì)粒的農(nóng)桿菌菌液稀釋至合適的濃度（OD???值一般在 0.5 - 0.8 之間）。將櫻桃砧木材料浸泡在農(nóng)桿菌菌液中一定時間（一般為 10 - 30 分鐘），期間不斷輕輕搖動，使農(nóng)桿菌與植物材料充分接觸。侵染完成后，用無菌濾紙吸干多余的菌液。

基因槍轉(zhuǎn)化法（可選）

(1) 微彈制備

將金粉或鎢粉等微彈材料與抗菌肽基因表達(dá)載體混合，加入適量的 spermidine 和 CaCl?等，使基因載體吸附在微彈表面。通過渦旋、離心等操作使微彈均勻分散。

(2) 基因槍轟擊

將處理后的櫻桃砧木外植體放置在基因槍的轟擊室內(nèi)，設(shè)置合適的轟擊參數(shù)，如轟擊壓力、距離等。使用基因槍將帶有抗菌肽基因的微彈轟擊到櫻桃砧木細(xì)胞內(nèi)。轟擊后的外植體在無菌條件下培養(yǎng)。

（五）轉(zhuǎn)化體的篩選與鑒定

篩選標(biāo)記基因的利用

利用植物表達(dá)載體上的篩選標(biāo)記基因（如卡那霉素抗性基因），將轉(zhuǎn)化后的櫻桃砧木材料接種在含有相應(yīng)篩選劑（如卡那霉素）的培養(yǎng)基上進(jìn)行初步篩選。未轉(zhuǎn)化的細(xì)胞由于不具有抗性而無法生長，存活的細(xì)胞則可能是成功轉(zhuǎn)化的細(xì)胞。

分子生物學(xué)鑒定

(1) PCR 鑒定

提取篩選后櫻桃砧木的基因組 DNA，以其為模板，使用針對抗菌肽基因的特異性引物進(jìn)行 PCR 鑒定。若能擴(kuò)增出目標(biāo)條帶，則表明抗菌肽基因可能已整合到櫻桃砧木基因組中。

(2) Southern blotting 鑒定

將櫻桃砧木基因組 DNA 進(jìn)行酶切、電泳、轉(zhuǎn)膜等操作，然后用標(biāo)記的抗菌肽基因探針進(jìn)行雜交。通過檢測雜交信號，可以確定抗菌肽基因在櫻桃砧木基因組中的整合情況，包括拷貝數(shù)等信息。

(3) Northern blotting 鑒定

提取櫻桃砧木的總 RNA，進(jìn)行電泳、轉(zhuǎn)膜，然后用標(biāo)記的抗菌肽基因探針進(jìn)行雜交，檢測抗菌肽基因在轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)情況。

(4) Western blotting 鑒定

提取櫻桃砧木的總蛋白，通過 SDS - PAGE 電泳分離蛋白，轉(zhuǎn)膜后用抗抗菌肽的特異性抗體進(jìn)行免疫雜交，檢測抗菌肽在蛋白水平的表達(dá)情況，確定抗菌肽是否在櫻桃砧木中成功表達(dá)。

（六）轉(zhuǎn)化后櫻桃砧木的抗病性檢測

病原菌接種

選擇櫻桃生產(chǎn)中常見的病原菌（如櫻桃褐腐病菌、櫻桃穿孔病菌等），在實驗室條件下培養(yǎng)至合適的濃度。采用噴霧接種、刺傷接種或浸根接種等方法將病原菌接種到轉(zhuǎn)化后的櫻桃砧木和對照（未轉(zhuǎn)化的櫻桃砧木）上。

抗病性評價

接種病原菌后，定期觀察櫻桃砧木的發(fā)病情況，記錄發(fā)病時間、癥狀嚴(yán)重程度等?？梢圆捎貌∏橹笖?shù)評價法，根據(jù)病害癥狀的分級標(biāo)準(zhǔn)（如無癥狀、輕微癥狀、中度癥狀、嚴(yán)重癥狀等）計算病情指數(shù)，比較轉(zhuǎn)化植株和對照植株的抗病能力差異。同時，通過組織病理學(xué)觀察，如切片觀察病原菌在植物組織內(nèi)的侵染和擴(kuò)展情況，進(jìn)一步分析抗菌肽基因轉(zhuǎn)化對櫻桃砧木抗病機(jī)制的影響。

（七）轉(zhuǎn)化后櫻桃砧木的生長特性分析

生長指標(biāo)測定

在櫻桃砧木的生長過程中，定期測量其株高、莖粗、葉面積、根系發(fā)育等生長指標(biāo)。比較轉(zhuǎn)化植株和對照植株在生長速度、生物量積累等方面的差異，評估抗菌肽基因轉(zhuǎn)化對櫻桃砧木生長發(fā)育的影響。

生理指標(biāo)測定

測定櫻桃砧木的光合作用相關(guān)指標(biāo)（如光合速率、氣孔導(dǎo)度、葉綠素含量等）、抗氧化酶活性（如超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶等）以及其他生理生化指標(biāo)。分析這些指標(biāo)的變化，探討抗菌肽基因轉(zhuǎn)化對櫻桃砧木生理功能的影響，以及與抗病性和生長特性之間的關(guān)系。

三、結(jié)果

（一）抗菌肽基因克隆與載體構(gòu)建結(jié)果

通過 PCR 擴(kuò)增成功獲得了預(yù)期大小的抗菌肽基因片段，瓊脂糖凝膠電泳顯示條帶清晰。構(gòu)建的植物表達(dá)載體經(jīng)酶切和測序驗證，抗菌肽基因正確插入到載體的合適位點，且序列與目標(biāo)基因一致，表明載體構(gòu)建成功。

（二）櫻桃砧木轉(zhuǎn)化結(jié)果

農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化

經(jīng)過農(nóng)桿菌侵染和篩選，在含有卡那霉素的培養(yǎng)基上獲得了一定數(shù)量的抗性櫻桃砧木苗。這些抗性苗在形態(tài)上與未轉(zhuǎn)化苗有一定差異，部分表現(xiàn)出葉片顏色稍深、生長勢稍強(qiáng)等特征。

基因槍轉(zhuǎn)化（若進(jìn)行）

通過基因槍轟擊和篩選，也獲得了一些可能的轉(zhuǎn)化體，但轉(zhuǎn)化效率相對較低，且轉(zhuǎn)化體的生長狀態(tài)在初期較不穩(wěn)定。

（三）轉(zhuǎn)化體的篩選與鑒定結(jié)果

PCR 鑒定

對篩選后的櫻桃砧木進(jìn)行 PCR 鑒定，部分植株擴(kuò)增出了與抗菌肽基因大小相符的條帶，初步表明抗菌肽基因可能已整合到這些植株的基因組中。

Southern blotting 鑒定

Southern blotting 結(jié)果顯示，部分轉(zhuǎn)化植株有雜交信號，進(jìn)一步證實了抗菌肽基因在櫻桃砧木基因組中的整合，并且可以估算出基因的拷貝數(shù)，不同轉(zhuǎn)化植株的拷貝數(shù)存在一定差異。

Northern blotting 和 Western blotting 鑒定

Northern blotting 結(jié)果表明抗菌肽基因在部分轉(zhuǎn)化植株的轉(zhuǎn)錄水平有表達(dá)，Western blotting 檢測到了抗菌肽蛋白的表達(dá)，說明抗菌肽基因在櫻桃砧木中實現(xiàn)了從基因到蛋白的表達(dá)過程。

（四）抗病性檢測結(jié)果

病原菌接種后觀察

在病原菌接種后，對照櫻桃砧木在較短時間內(nèi)出現(xiàn)明顯的病害癥狀，如葉片出現(xiàn)病斑、枝干潰瘍等。而轉(zhuǎn)化后的櫻桃砧木發(fā)病時間明顯延遲，癥狀嚴(yán)重程度較對照輕。病情指數(shù)計算結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)化植株的病情指數(shù)顯著低于對照植株，表明轉(zhuǎn)化后的櫻桃砧木對病原菌具有較強(qiáng)的抵抗力。

組織病理學(xué)觀察

組織病理學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，在病原菌侵染初期，轉(zhuǎn)化植株的細(xì)胞壁增厚、胼胝質(zhì)沉積等防御反應(yīng)更為明顯，病原菌在轉(zhuǎn)化植株組織內(nèi)的擴(kuò)展受到明顯抑制，進(jìn)一步證明了抗菌肽基因轉(zhuǎn)化提高了櫻桃砧木的抗病能力。

（五）生長特性分析結(jié)果

生長指標(biāo)

在整個生長周期內(nèi)，轉(zhuǎn)化后的櫻桃砧木株高、莖粗、葉面積等生長指標(biāo)總體上與對照植株有一定差異。部分轉(zhuǎn)化植株的生長速度略有加快，生物量積累有所增加，但也有一些轉(zhuǎn)化植株的生長與對照差異不顯著。

生理指標(biāo)

測定的光合作用相關(guān)指標(biāo)顯示，部分轉(zhuǎn)化植株的光合速率、氣孔導(dǎo)度和葉綠素含量有所提高。抗氧化酶活性在轉(zhuǎn)化植株中也有不同程度的變化，一些抗氧化酶活性增強(qiáng)，這可能與植株的抗病和生長調(diào)節(jié)機(jī)制有關(guān)。

四、討論

（一）抗菌肽基因轉(zhuǎn)化技術(shù)的優(yōu)勢

增強(qiáng)抗病性

本研究結(jié)果表明，抗菌肽基因轉(zhuǎn)化顯著提高了櫻桃砧木對病原菌的抵抗力?？咕牡膹V譜抗菌活性能夠有效抑制多種病原菌的侵染和生長，為櫻桃砧木提供了一種持久且高效的防御機(jī)制，減少了化學(xué)農(nóng)藥的使用需求。

潛在的生長促進(jìn)作用

雖然部分轉(zhuǎn)化植株在生長指標(biāo)和生理指標(biāo)上有積極變化，但這種生長促進(jìn)作用可能是間接的?？咕幕虻谋磉_(dá)可能通過減少病原菌對植物的損害，使植物能夠更好地利用資源進(jìn)行生長和發(fā)育，或者抗菌肽本身對植物的生理過程有一定的調(diào)節(jié)作用。

（二）存在的問題與挑戰(zhàn)

轉(zhuǎn)化效率問題

無論是農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化還是基因槍轉(zhuǎn)化，都存在轉(zhuǎn)化效率不高的問題。在農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化中，可能受到農(nóng)桿菌菌株、櫻桃砧木基因型、侵染條件等多種因素的影響?；驑屴D(zhuǎn)化雖然可以避免農(nóng)桿菌宿主范圍的限制，但操作復(fù)雜且對細(xì)胞的損傷可能影響轉(zhuǎn)化體的生長和發(fā)育。

基因表達(dá)穩(wěn)定性問題

在研究中發(fā)現(xiàn)，部分轉(zhuǎn)化植株的抗菌肽基因表達(dá)存在一定的波動性。這可能與基因整合位點、表觀遺傳修飾等因素有關(guān)?；虮磉_(dá)不穩(wěn)定可能會影響櫻桃砧木長期的抗病性能，需要進(jìn)一步研究解決。

多基因協(xié)同作用的復(fù)雜性

在實際的櫻桃抗病過程中，可能需要多種抗菌肽或其他抗病相關(guān)基因的協(xié)同作用。然而，同時導(dǎo)入多個基因并使其高效表達(dá)和協(xié)同發(fā)揮作用面臨著更大的技術(shù)挑戰(zhàn)，包括載體構(gòu)建、基因之間的相互作用等問題。

（三）對未來研究的啟示

優(yōu)化轉(zhuǎn)化技術(shù)

進(jìn)一步探索適合櫻桃砧木的高效轉(zhuǎn)化方法，通過優(yōu)化農(nóng)桿菌侵染條件、改進(jìn)基因槍參數(shù)或開發(fā)新的轉(zhuǎn)化技術(shù)，提高抗菌肽基因的轉(zhuǎn)化效率。同時，研究減少轉(zhuǎn)化過程中對植物細(xì)胞損傷的方法，提高轉(zhuǎn)化體的質(zhì)量。

深入基因表達(dá)調(diào)控研究

開展對抗菌肽基因在櫻桃砧木中表達(dá)調(diào)控機(jī)制的研究，包括基因啟動子活性、轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控、表觀遺傳修飾等方面。通過這些研究，有望找到穩(wěn)定基因表達(dá)的方法，確保抗菌肽在櫻桃砧木中持續(xù)有效地發(fā)揮作用。

多基因轉(zhuǎn)化策略

針對櫻桃復(fù)雜的病害環(huán)境，研究多基因轉(zhuǎn)化策略。開發(fā)合適的多基因表達(dá)載體，探索不同抗菌肽基因組合以及與其他抗病相關(guān)基因的協(xié)同作用，以提高櫻桃砧木對多種病原菌的綜合抗病能力。

五、結(jié)論

本研究成功將抗菌肽基因?qū)霗烟艺枘?，并通過多種方法對轉(zhuǎn)化體進(jìn)行了篩選和鑒定。轉(zhuǎn)化后的櫻桃砧木表現(xiàn)出了較強(qiáng)的抗病能力和一定的生長優(yōu)勢。然而，抗菌肽基因轉(zhuǎn)化技術(shù)在櫻桃砧木應(yīng)用中仍面臨一些問題，如轉(zhuǎn)化效率和基因表達(dá)穩(wěn)定性等。未來需要進(jìn)一步優(yōu)化該技術(shù)，深入研究基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制和開展多基因轉(zhuǎn)化策略研究，以更好地利用抗菌肽基因轉(zhuǎn)化技術(shù)改良櫻桃砧木，推動櫻桃產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。通過本研究為櫻桃砧木的遺傳改良提供了有價值的參考和實踐經(jīng)驗，為解決櫻桃病害問題開辟了新的途徑。