全 文 ：第３９卷第２期
２０１６年３月
河 北 农 业 大 学 学 报
ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＨＥＢＥＩ
Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．２
Ｍａｒ．２　０　１　６
文章编号：１０００－１５７３（２０１６）０２－００３４－０７　 ＤＯＩ：１０．１３３２０／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊａｕｈ．２０１６．００３０
玉米热激转录因子基因ＺｍＨｓｆ０６表达提高
拟南芥耐盐性
李国良１，　李孟军２，　刘子会１，　张华宁１，　郭秀林１
（１．河北省农林科学院 遗传生理研究所／河北省植物转基因中心重点实验室，河北 石家庄０５００５１；
２．石家庄市农林科学研究院，河北 石家庄０５００４１）
摘要：在对从玉米幼叶中获得热激转录因子基因ＺｍＨｓｆ０６生物学特性及转基因拟南芥植株耐热性和抗旱性
评价的基础上，从表型和生理水平对转ＺｍＨｓｆ０６基因植株的耐盐性进行了鉴定。表型观察结果显示，盐胁迫
下转ＺｍＨｓｆ０６拟南芥植株根系和地上部长势明显强于野生型；生理指标分析发现，盐胁迫下转基因植株能保
持相对较高的叶片ＳＯＤ、ＰＯＤ、ＣＡＴ活性和叶绿素含量，以及相对较低的相对电导率、丙二醛含量，且叶片渗透
势升高明显。结果表明，ＺｍＨｓｆ０６不仅能提高植株耐热性和抗旱性，在一定程度上对提高植株的耐盐性也发
挥重要作用，是玉米热激转录因子家族主要成员之一。
关　键　词：玉米；ＺｍＨｓｆ０６；热激转录因子；盐胁迫；基因表达
中图分类号：Ｑ　９４５　　 文献标志码：Ａ
　　收稿日期：２０１５－１１－２０
　　基金项目：河北省应用基础研究重点研究项目（１２９６５５１７Ｄ）．
　　作者简介：李国良（１９７９－），男，河北省唐山人，博士，副研究员，主要从事细胞生物学研究．
　　通讯作者：郭秀林（１９７１－），女，河北省康保人，博士，研究员，从事植物抗逆生理及分子生物学研究．
Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｉｚｅ　ｈｅａｔ　ｓｈｏｃｋ　ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｆａｃｔｏｒ　ＺｍＨｓｆ０６
ｅｎｈａｎｃｅｓ　ｓａｌｔ－ｓｔｒｅｓｓ　ｔｏｌｅｒａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ
ＬＩ　Ｇｕｏ－ｌｉａｎｇ１，　ＬＩ　Ｍｅｎｇ－ｊｕｎ２，　ＬＩＵ　Ｚｉ－ｈｕｉ　１，　ＺＨＡＮＧ　Ｈｕａ－ｎｉｎｇ１，　ＧＵＯ　Ｘｉｕ－ｌｉｎ１
（１．Ｐｌａｎｔ　Ｇｅｎｅｔｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｈｅｂｅｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｅｎｅｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，Ｈｅｂｅｉ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ
Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５００５１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ａｎｄ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ
Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５００４１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｕｒ　ｐｒｅｖｉｏｕｓ　ｓｔｕｄｙ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　２５ｈｅａｔ　ｓｈｏｃｋ　ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｆａｃｔｏｒ
（ＨＳＦ）ｈｏｍｏｌｏｇｕｅｓ　ｉｎ　ｍａｉｚｅ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ａ　ｇｅｎｏｍｅ－ｗｉｄｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ＺｍＨｓｆ０６　ｗａｓ　ｃｌｏｎｅｄ　ｆｒｏｍ
ｍａｉｚｅ　ｌｅａｖｅｓ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ　ｉｎｔｏ　Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ｔｈａｌｉａｎａ（Ｌ．Ｈｅｙｎｈ．）（ｅｃｏｔｙｐｅ，Ｃｏｌ－０）．Ｂｏｔｈ
ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍｏｔｏｌｅｒａｎｃｅ　ａｎｄ　ｄｒｏｕｇｈｔ－ｓｔｒｅｓｓ　ｔｏｌｅｒａｎｃｅ　ｗｅｒｅ　ａｓｓｅｓｓｅｄ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ，ｔｈｒｅｅ　ｔｒａｎｓ－
ｇｅｎｉｃ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｌｉｎｅｓ　ｗｅｒｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ａｓｓｅｓｓ　ｓａｌｔ－ｓｔｒｅｓｓ　ｔｏｌｅｒａｎｃｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｐｈｅｎｏｔｙｐｅｓ　ａｎｄ　ｓｏｍｅ
ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｉｎｄｉｃｅｓ．Ｐｈｅｎｏｔｙｐｉｃ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｗｔ（ｗｉｌｄ－ｔｙｐｅ）
ｃｏｎｔｒｏｌｓ，ｔｈｅ　ｏｖｅｒ－ｅｘｐｒｅｓｓｉｎｇ　ＺｍＨｓｆ０６　ｏｆ　Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ｐｌａｎｔｓ　ｈａｄ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｓａｌｔ－ｓｔｒｅｓｓ　ｔｏｌｅｒ－
ａｎｃｅ　ａｎｄ　ｇｒｏｗｔｈ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ｓａｌｔ－ｓｔｒｅｓｓ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｓｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｗｅｒｅ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ
ｂｙ　ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ａｎｄ　ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｅｖｉｄｅｎｃｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ｐｌａｎｔｓ　ｅｘｈｉｂｉｔｅｄ　ｈｉｇｈｅｒ
　第２期 李国良等：玉米热激转录因子基因ＺｍＨｓｆ０６表达提高拟南芥耐盐性
ｓｅｅｄ　ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ，ｌｏｎｇｅｒ　ａｘｉａｌ－ｒｏｏｔ　ｌｅｎｇｔｈ，ｈｉｇｈｅｒ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ　ｄｉｓｍｕｔａｓｅ
（ＳＯＤ），ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ（ＰＯＤ）ａｎｄ　ｃａｔａｌａｓｅ（ＣＡＴ），ａｓ　ｗｅｌ　ａｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ｌｅａｆ　ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ
ｏｓｍｏｔｉｃ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ（ＯＰ），ｂｕｔ　ｌｏｗｅｒ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ（ＲＥＣ），ｍａｌｏｎｄｉａｌｄｅｈｙｄｅ
（ＭＤＡ）ｔｈａｎ　ｔｈｅ　Ｗｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｓ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓａｌｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ＺｍＨｓｆ０６　ｅｎｈａｎｃｅｄ
ｓａｌｔ－ｓｔｒｅｓｓ　ｔｏｌｅｒａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ＺｍＨｓｆ０６　ｍａｙ　ｂｅ　ａ　ｃｅｎｔｒａｌ　ｒｅｇｕｌａ－
ｔｏｒ　ｏｆ　ｍａｉｚｅ　ＨＳＦ　ｆａｍｉｌｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｉｚｅ；ＺｍＨｓｆ０６；ｈｅａｔ　ｓｈｏｃｋ　ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｆａｃｔｏｒ；ｓａｌｔ－ｓｔｒｅｓｓ；ｇｅｎｅ　ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ
　　作物在生育期间经常遭受高温干旱逆境，导致
产量和品质下降。从生物学角度讲，高温干旱直接
影响光合产物的积累和淀粉的合成，导致产量和品
质下降；生化水平上造成细胞蛋白质降解，ＲＯＳ加
剧［１］。作物本身对高温有一定的适应能力，适当的
高温锻炼能诱导植株体内大量热激蛋白和保护酶等
相关基因的表达而获得耐热性，从而更好地适应致
命的高温环境［２，３］。这一过程中，热激转录因子
（ＨＳＦ）起着重要的调控作用。因 ＨＳＦ能够与热激
蛋白（ＨＳＰ）或其他相关蛋白启动子区域的热激元件
（ＨＳＥ）结合而直接激活下游基因的表达，启动热激
反应，因此成为生物体在热胁迫和其他逆境胁迫下
基因转录激活信号转导通路中不可替代的调节因
子，在传递逆境信号尤其是热胁迫信号以及提高植
物抗逆性方面发挥重要的调控功能［４－９］。植物中
ＨＳＦ的数量较多，拟南芥中有２１个［１０］，水稻中有
２５个［１１］，玉米中有 ２５ 个［１２］，小麦中至少有 ５６
个 ［１３］。
热激转录因子在植物中普遍存在，首个植物
ＨＳＦ基因从番茄中克隆获得［１４］。与其他生物体相
比，植物中的ＨＳＦ是一个多基因家族，分Ａ、Ｂ、Ｃ　３
个家族，每个家族有分为不同亚族，模式植物中研究
的较为深入。番茄 ＨｓｆＡ１ 在植株中组成型表达，
正常条件下定位在细胞核和细胞质中，在植株抵御
热胁迫过程中发挥主要调控作用，ＨｓｆＡ１对耐热性
的提高是通过诱导激活热激转录因子ＨｓｆＡ２ 和
ＨｓｆＦＢ１的合成、进而诱导热激蛋白的表达而实现
的［１５］。ＨｓｆＡ２细胞质定位信号强，严格受热诱导
上调表达，热激条件下转位入核必须依赖与ＨｓｆＡ１
结合形成异源寡聚体。ＨｓｆＡ２ 在热胁迫后期及恢
复阶段大量积累，因此在热激反应后期起关键调控
作用［１６］。Ｂ族 ＨＳＦ的研究见报不多，该族基因不
含激活结构域而不能直接激活下游基因的表达，一
般认为其作用更多表现为抑制。近来研究发现，Ｂ
类ＨＳＦ在逆境胁迫过程中也起着重要的调控作用，
它们功能的发挥在一定程度上借助 ＨｓｆＡ２［１７］。
２０１１年Ｌｉｎ等［１１］报道玉米中至少有２５个 ＨＳＦ基
因，初步结果显示这些基因在玉米不同组织器官中
呈现不同的表达模式，暗示该家族成员功能的复杂
性和多样性。
本研究室前期工作从４２℃热胁迫１ｈ的玉米
幼叶中克隆获得一个玉米热激转录因子基因Ｚｍ
Ｈｓｆ０６（ＧｅｎＢａｎｋ 登 录 号：ＧＲＭＺＭ２Ｇ１１５４５６＿
Ｔ０１）。ＺｍＨｓｆ０６属于 Ａ１亚族。生物学特性研究
表明，正常生长条件下，ＺｍＨｓｆ０６在玉米幼苗的根
系、茎和叶片以及开花期的功能叶、幼穗、幼胚和花
粉中均有不同程度的表达。幼苗期根中的表达量相
对较高；开花期在花粉中表达最高，功能叶中最低。
４２℃热胁迫、外源ＡＢＡ和盐胁迫处理均能不同程
度上调ＺｍＨｓｆ０６的表达。正常和３７℃热激条件
下基因定位在细胞核［１８］。功能研究进一步表明，过
表达ＺｍＨｓｆ０６不仅提高拟南芥植株的基础耐热性
和获得耐热性，同时提高植株抗旱性和中等热胁迫
条件下植株的生长势［１９］。在此基础上，本研究从表
型和生理水平对转ＺｍＨｓｆ０６基因拟南芥后代植株
的耐盐性进行鉴定和分析，以期为全面了解该基因
的生物学功能、进而应用于作物耐热性遗传改良提
供理论依据。
１　材料与方法
１．１　材料与培养
拟南芥（Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ｔｈａｌｉａｎａ　Ｌ．）生态型为
Ｃｏｌｕｍｂｉａ。野生型和转ＺｍＨｓｆ０６基因纯合种子经
表面（７５％ 乙醇３０ｓ；无菌水洗３次）和深层（１０％
次氯酸钠１０ｍｉｎ，无菌水洗３次）消毒后，播种在无
菌的 ＭＳ培养基上（１％ 蔗糖，０．８％ 琼脂粉，０．５×
Ｍｕｒａｓｈｉｇｅ与Ｓｋｏｏｇ盐和维生素，ｐＨ　５．８），避光，
４℃纯化３ｄ，然后转至２２℃培养箱中培养。７ｄ后
５３
河 北 农 业 大 学 学 报 第３９卷　
将幼苗移至含有蛭石花盆中，培养室温度为２２℃／
１８℃（日／夜），光照１６ｈ／８ｈ，每２ｄ浇一次１／２
Ｈｏａｇｌａｎｄ营养液。
１．２　转基因株系的获得
设计 如 下 特 异 性 引 物，正 向 引 物：５′－ＡＴ－
ＧＡＡＧＡＣＣＴＡＣＧＡＧＧＴＧＧＴＧＧＡＣ－３′；反 向 引
物：５′－ＣＴＡＣＡＧＣＣＣＡＴＴＣＣＣＴＧＡＧＴＣＧＣ－３′，通
过ＲＴ－ＰＣＲ扩增ＺｍＨｓｆ０６的编码序列。扩增产物
克隆到Ｔ载体上并进行序列验证。质粒经ＸｂａＩ／ＳａｃＩ
消化和纯化后，构建到双价载体ｐＣＡＭＢＩＡ１３００上。
载体侵染农杆菌ＧＶ３１０１后，通过真空蘸花法转化野
生型拟南芥。后代植株在含有２５μｇ／ｍＬ潮霉素的
ＭＳ培养基上筛选，直至纯合，收获种子。选取过表达
株系５－１、９－１０和１９－１，用于试验。
１．３　转基因株系ＲＴ－ＰＣＲ分析
按照ＲＮＡｒｏｓｅ　Ｒｅａｇｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍｓ试剂盒指南提
取总ＲＮＡ（Ｈｕａｓｈｕｎ　Ｂｉｏｔｅｃｈ　Ｃｏ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ，Ｃｈｉ－
ｎａ），用ＤＮａｓｅＩ于３７℃处理３０ｍｉｎ以去除ＤＮＡ
干扰。通过ｍＲＮＡ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ试剂盒纯化获
得ｍＲＮＡ（Ｔａｋａｒａ　Ｂｉｏｔｅｃｈ　Ｃｏ．Ｌｔｄ）。取１００ｎｇ纯
化的 ｍＲＮＡ 用于合成 ＤＮＡ 单链和第２链（Ｒｅ－
ｖｅｒｓｅ－ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ＲＴ　Ｋｉｔ，Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ，Ｃａｒｌｓｂａｄ，
ＣＡ，ＵＳＡ）。利用高保真酶Ｐｙｒｏｂｅｓｔ（Ｔａｋａｒａ　Ｂｉｏ－
ｔｅｃｈ　Ｃｏ．Ｌｔｄ）进行ＰＣＲ扩增。正向引物：５′－ＡＴ－
ＧＡＡＧＡＣＣＴＡＣＧＡＧＧＴＧＧＴＧＧＡＣ－３′；反 向 引
物： ５′－ＣＴＡＣＡＧＣＣＣＡＴＴＣＣＣＴＧＡＧＴＣＧＣ－３′。
ＰＣＲ反应体系２５μＬ，包括：１０×Ｐｙｒｏｂｅｓｔ　ｂｕｆｅｒ　２．５
μＬ、ｄＮＴＰ　ｍｉｘｔｕｒｅ（２．５ｍｍｏｌ／Ｌ）２μＬ、１ｓｔｓｔｒａｎｄ　ｃＤ－
ＮＡ　２μＬ、２０μｍｏｌ／Ｌ正向引物０．２５μＬ、２０μｍｏｌ／Ｌ
反向引物０．２５μＬ、ＰｙｒｏｂｅｓｔＤＮＡ　ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ　０．２５μＬ
和ｄｄＨ２Ｏ　１７．７５μＬ。反应程序：９８℃１０ｓ，５５℃
２０ｓ，７２℃２ｍｉｎ，３０个循环。扩增产物连接Ｔ载体
（ｐＥａｓｙ－ｂｌｕｎｔ　ｓｉｍｐｌｅ　ｃｌｏｎｉｎｇ　ｋｉｔ，ＴｒａｎｓＧｅｎ　Ｂｉｏｔｅｃｈ，北
京）后，送上海生工生物工程技术服务有限公司测序。
１．４　盐胁迫处理
１．４．１　培养皿中盐处理　选取野生型和过表达
ＺｍＨｓｆ０６株系５－１、９－１０和１９－１，种子经表面消毒
后播种在方形培养皿的 ＭＳ培养基上，培养基含
２３０ｍｍｏｌ／Ｌ　ＮａＣｌ。黑暗４℃纯化３ｄ，然后转至温
度２２℃光照培养箱中培养，７ｄ后观察根系长势并
拍照。
１．４．２　盆钵中盐处理　选取培养室中生长７ｄ的
野生型和ＺｍＨｓｆ０６ 过表达株系９－１０和１９－１，用
２３０ｍｍｏｌ／Ｌ　ＮａＣｌ溶液从根部胁迫处理，于处理后
７ｄ拍照并取样，液氮速冻，－８０℃冰箱保存备用，
正常条件下生长的植株为对照。
１．５超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）和过氧化物酶（ＰＯＤ）活
性测定
ＳＯＤ和ＰＯＤ分别采用氮蓝四唑法和愈创木酚
法测定［２０］。
１．６丙二醛（ＭＤＡ）和叶绿素含量测定
ＭＤＡ采用硫代巴比妥酸法测定［２１］；叶绿素含
量测定参照 Ｈｅ等的方法［２２］。
１．７相对电导率测定（ＲＥＣ）
取样品叶片中段，用蒸馏水洗去表面吸附的电
解质，剪成长度１ｃｍ，放入预先装有２０ｍＬ蒸馏水
的带塞试管中，２５℃下灭活１ｈ，每个样品至少取３
个叶片。充分摇匀后，测定电导值Ｌ１。然后样品在
１２０℃下高温灭２０ｍｉｎ，冷却后测定电导值Ｌ２，
ＲＥＣ（％）＝（Ｌ１／Ｌ２）×１００％。
１．８渗透势测定
参照Ｌｉｕ等［２３］方法，将经液氮速冻的叶片解冻
后，置于注射器中挤压，将汁液保存于酶联免疫测定
板样品孔中。吸取１０μＬ样品，点于５１００渗透压计
（Ｗｅｓｏｒ　Ｉｎｃ．，Ｌｏｇａｎ，ＵＴ，ＵＳＡ生产）小室中测定。
每个样品至少重复３次。
２　结果与分析
２．１　转基因拟南芥阳性植株ＺｍＨｓｆ０６ 基因的
检测
从多个转基因后代中选取３个株系５－１，９－１０
和１９－１，用于表型观察和生理指标检测。半定量检
测结果显示：正常条件下，９－１０中ＺｍＨｓｆ０６表达量
相对较强，１９－１次之，５－１较弱，野生型中没有表达
（见图１）。
图１　 不同转基因株系ＺｍＨｓｆ０６基因的表达
Ｆｉｇ．１　ＲＴ－ＰＣＲ　ｏｆ　ＺｍＨｓｆ０６ｉｎ　ｌｅａｖｅｓ　ｆｒｏｍ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ａｎｄ　ｗｉｌｄ　ｔｙｐｅ　ｐｌａｎｔｓ
２．２　盐胁迫条件下转基因拟南芥植株表型
前期的研究表明，盐胁迫２４ｈ能显著上调玉米
根系和叶片基因ＺｍＨｓｆ０６的相对表达，暗示Ｚｍ－
Ｈｓｆ０６可能参与植株耐盐性的提高过程。
６３
　第２期 李国良等：玉米热激转录因子基因ＺｍＨｓｆ０６表达提高拟南芥耐盐性
本研究选取阳性系９－１０和１９－１，在正常和
２３０ｍｍｏｌ／Ｌ盐胁迫下，通过对比观察野生型和阳性
系植株根系和地上部长势，结果发现，在培养皿中生
长７ｄ的转基因幼苗根系生长明显优于野生型，叶片
也较野生型大（图２ａ）。对比主根长度，正常和盐胁迫
下转基因株系均优于野生型，尤其是９－１０生长优势
最明显，１９－１次之（图２ｂ）。在培养室正常条件下生
长１４ｄ的幼苗，野生型和阳性系之间无明显差异，而
盐处理下转基因植株显示出较好的生长优势（图２ｃ）。
ａ．轴根显型；ｂ．轴根长度；ｃ．秧苗．
图２　 正常和盐胁迫下野生型和阳性系根系和地上部生长势
Ｆｉｇ．２　Ｇｒｏｗｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｆ　ｒｏｏｔｓ　ａｎｄ　ｏｖｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｐａｒｔｓ　ｏｆ
ｆｒｏｍ　ｔｒａｒｓｇｅｎｉｃ　Ａｒａｂｌｏｌｏｐｓｉｓ　ａｎｄ　ｗｉｄｌｔｙｐｅ　ｐｌａｎｔｓ　ｕｎｄｅｒ　ｎｏｒｍａｌ
ｇｒｏｗｔｈ　ａｎｄ　ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｓａｌｔ　ｓｔｒｅｓｓ
２．３　盐胁迫条件下转基因拟南芥生理生化特性
２．３．１　发芽率　从图３可见，正常生长条件下，野
生型和３个转基因株系的种子发芽率都较高，均达
９７％以上，野生型和株系之间无明显差异；盐胁迫
下，野生型和阳性株系种子芽率均降低，野生型降低
更明显，低于８０％，而阳性株系均达９３％以上，１９－１
变化最小。
图３　正常和盐胁迫下不同转基因株系和
野生型种子发芽率差异
Ｆｉｇ．３　Ｓｅｅｄ　ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ
Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ａｎｄ　ｗｉｌｄ　ｔｙｐｅ　ｐｌａｎｔｓ　ｕｎｄｅｒ　ｎｏｒｍａｌ　ｇｒｏｗｔｈ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｓａｌｔ　ｓｔｒｅｓｓ
２．３．２　电导率和渗透势　正常生长条件下，野生型
和转基因株系叶片相对电导率在１１％～１３％之间，
差异不明显；盐胁迫下，野生型植株高达５５．７％，而
阳性株系分别为：５３．８％，４９．６％和３５．２％，均低于
野生型，尤其是１９－１（图４ａ）。
正常条件下，野生型和１９－１叶片渗透势较高，达
－０．７７Ｍｐａ，５－１和９－１０稍低，分别为－０．６５Ｍｐａ和
－０．６７Ｍｐａ；盐胁迫下，渗透势均升高，但阳性株系
变化幅度明显高于野生型，其中９－１０叶片渗透势高
达－１．０８Ｍｐａ（图４ｂ）。
图４　 正常和盐胁迫下不同转基因株系和野生型
植株相对电导率和渗透势差异
Ｆｉｇ．４　ＲＥＣ　ａｎｄ　ＯＰ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ａｎｄ
ｗｉｌｄ　ｔｙｐｅ　ｐｌａｎｔｓ　ｕｎｄｅｒ　ｎｏｒｍａｌ　ｇｒｏｗｔｈ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ
ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｓａｌｔ　ｓｔｒｅｓｓ
７３
河 北 农 业 大 学 学 报 第３９卷　
２．３．３　ＳＯＤ、ＰＯＤ和ＣＡＴ活性　正常生长条件
下，野生型和５－１植株的ＳＯＤ活性相对较高，约为
２８Ｕ／ｍｇ　Ｐｒｏ，盐胁迫下变化不大；９－１０和１９－１酶
活性值约为２３Ｕ／ｍｇ　Ｐｒｏ，盐胁迫下显著升高，尤其
是９－１０，酶活达４５．８Ｕ／ｍｇ　Ｐｒｏ（图５ａ）。
　　正常生长条件下，野生型和阳性系ＰＯＤ活性较
低，数值在０．２９～０．３１Ｕ·ｍｉｎ／μｇ　Ｐｒｏ之间，品系
之间差异不明显；盐胁迫下不同株系酶活均显著升
高，其中５－１升高幅度最大，且５－１和和１９－１酶活显
著高于野生型，最高达１．１６Ｕ·ｍｉｎ／μｇ　Ｐｒｏ（图５ｂ）。
正常生长条件下，野生型、５－１和９－１０植株ＣＡＴ 活性
保持在４．１Ｕ·ｍｉｎ／ｍｇ　Ｐｒｏ，１９－１酶活略低；盐胁迫
下，野生型酶活有所降低，而阳性系均有升高，其中５－１
升高幅度最大，数值达５．７Ｕ·ｍｉｎ／μｇ　Ｐｒｏ（图５ｃ）。
图５　 正常和盐胁迫下不同转基因株系和野生型植株
ＳＯＤ、ＰＯＤ和ＣＡＴ活性差异
Ｆｉｇ．５　ＳＯＤ，ＰＯＤ　ａｎｄ　ＣＡＴ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ａｎｄ　ｗｉｌｄ　ｔｙｐｅ　ｐｌａｎｔｓ　ｕｎｄｅｒ　ｎｏｒｍａｌ
ｇｒｏｗｔｈ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｓａｌｔ　ｓｔｒｅｓｓ
２．３．４　 ＭＤＡ和叶绿素含量　正常生长条件下，野
生型植株叶片丙二醛含量最高，为３．２９ｎｍｏｌ／ｇＦＷ，
９－１０含量最低，为２．３ｎｍｏｌ／ｇＦＷ，品系之间稍有差
异；盐胁迫下，不同株系丙二醛含量明显上升，其中野
生型最高，９－１０最低，含量分别为８．２９ｎｍｏｌ／ｇＦＷ
和５．０７ｎｍｏｌ／ｇＦＷ，品系之间差异较大（图６ａ）。正
常生长条件下，野生型和阳性系叶绿素含量在１．１
～１．２μｇ／ｍｇＦＷ 之间，品系之间差异不明显；盐胁
迫下，叶绿素含量均不同程度降低，但９－１０含量保持
最高，野生型最低，含量分别为０．８６２和０．７　３８μｇ／
ｍｇＦＷ（图６ｂ）。
图６　 正常和盐胁迫下不同转基因株系和野生型丙二
醛和叶绿素含量差异
Ｆｉｇ．６　ＭＤＡ　ａｎｄ　Ｃｈｌ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ
Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ａｎｄ　ｗｉｌｄ　ｔｙｐｅ　ｐｌａｎｔｓ　ｕｎｄｅｒ　ｎｏｒｍａｌ　ｇｒｏｗｔｈ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｓａｌｔ　ｓｔｒｅｓｓ
３　讨论
热激转录因子是热激蛋白基因表达的关键调控
因子，多数研究集中在模式植物番茄和拟南芥［６，８］，
近年来，在水稻、太阳花、小麦、玉米等作物中均有报
道［１９，２５－２７］。热激转录因子分为Ａ、Ｂ、Ｃ　３个家族，其
中研究最多了解比较深入的是Ａ类，对Ｂ类功能的
了解贫乏，Ｃ类鲜见报道。同一基因有时在不同作
物中表现功能特异性。拟南芥中组成型表达的Ｈｓ－
ｆＡ１ａ和ＨｓｆＡ１ｂ在热胁迫早期起作用，转录激活热
８３
　第２期 李国良等：玉米热激转录因子基因ＺｍＨｓｆ０６表达提高拟南芥耐盐性
胁迫后期高表达的 ＨｓｆＡ２，ＨｓｆＡ２ 调控获得耐热
性的形成［８］。不同于拟南芥，番茄中ＨｓｆＡ１ａ是启
动热激反应的主要转录因子［６］。水稻ＨｓｆＢ４ｂ也能
与ＨＳＥ的ＴＬ１元件结合，调控抗病防御基因的表
达，而拟南芥 ＨｓｆＢ１组成型调控获得耐热性［２７］。
２０１４年小麦中研究表明，非胁迫条件下，过表达
ＴａＨｓｆＣ２ａ可激活热激蛋白启动子驱动的报告基
因，在４种热激蛋白启动子中识别出能与ＴａＨｓ－
ｆＡ２ｂ结合的功能热激元件［１３］。前期的研究表明，
非生物胁迫条件下，玉米 Ｈｓｐ７０－２和 Ｈｓｐ７０－４是
ＺｍＨｓｆ０６下游的结合蛋白［１９］。本研究前期表型观
察结果显示，过表达玉米ＺｍＨｓｆ０６ 不仅提高拟南
芥的基础和获得耐热性、同时提高了抗旱性及其在
中等胁迫强度下植株的生长优势。体现在生理指标
方面，热胁迫和干旱胁迫下，过表达拟南芥植株具有
较高的种子发芽率、较长的种子根，以及较高的
ＳＯＤ、ＰＯＤ和ＣＡＴ活性。同时，叶片叶绿素含量较
高，ＭＤＡ含量较低［１９］。通过进一步对转基因拟南
芥植株耐盐性表型观察发现，与野生型相比，盐胁迫
下转ＺｍＨｓｆ０６拟南芥植株的根系和地上部长势明
显强于野生型，生理上表现为，盐胁迫下转基因植株
能保持相对较高的ＳＯＤ、ＰＯＤ、ＣＡＴ活性和叶绿素
含量，以及较低的相对电导率、丙二醛含量和较高的
叶片渗透势，这和耐热、抗旱性研究结果相一致。前
人在小麦上研究也表明［２４］，过表达ＴａＨｓｆ３增强拟
南芥对高温胁迫耐性的同时，叶片叶绿素含量较高，
低温处理后叶片相对电导率相低。过表达小麦
ＴａＨｓｆＡ２ｄ 的拟南芥植株在耐热、抗旱性和耐盐性
提高的同时，也显示了较高的产量和生物量积累［９］。
通过表达ＴａＨｓｆＡ６ｆ 的转基因小麦受热恢复后具
有较长的主茎和新根［２６］。大豆ＧｍＨｓｆ３４ 受热和
干旱胁迫强诱导表达，胁迫条件下过表达该基因可
提高拟南芥植株的存活率和根系发育［２９］。上述研
究均充分证明，热激转录因子基因在改善不同作物
表型的同时，不同程度提高了植株的生理活性，从而
使得植株在逆境条件下表现出相对较高的抗耐性。
这些研究可为进一步了解热激转录因子家族基因的
功能、进而用于作物抗逆性遗传改良提供强效基因。
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（编辑：张月清）
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