全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(1): 147−153 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家科技支撑计划项目(2006BAD13B05)资助。
*
通讯作者(Corresponding authors): 王述民, E-mail: smwang@mail.caas.net.cn, Tel: 010-82108567; 景蕊莲, E-mail: jingrl@caas.net.cn, Tel: 010-82105829
第一作者联系方式: E-mail: chenjb2004don@126.com, Tel: 0377-63513726
Received(收稿日期): 2009-06-05; Accepted(接受日期): 2009-09-01.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.00147
转 PvP5CS1 基因拟南芥植株对干旱和盐胁迫的反应
陈吉宝 1,2 赵丽英 2 毛新国 1 王述民 1,* 景蕊莲 1,*
1 中国农业科学院作物科学研究所 / 农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程 / 农业部作物种质资源与生物技术重点实验室,
北京 100081; 2 南阳师范学院生命科学与技术学院, 河南南阳 473061
摘 要 : 为探索普通菜豆脯氨酸合成酶基因 P5CS1 在植物渗透胁迫中的作用 , 本研究应用农杆菌介导法 , 将
PvP5CS1 基因转入拟南芥, 获得 6 株阳性转基因株系; 通过检测转基因植株与野生型植株在干旱和盐胁迫下种子发
芽率, 幼苗脯氨酸含量、株系电导率、相对根长和成株死亡率, 分析了 PvP5CS1 基因的表达对改善拟南芥抗渗透胁
迫的效应。结果表明, 在 150 mmol L−1 NaCl和 150 mmol L−1甘露醇渗透胁迫下, 转基因植株平均相对发芽率分别是
野生型的 1.60倍和 1.62倍; 150、250 mmol L−1甘露醇和 150 mmol L−1 NaCl处理下, 转基因拟南芥植株平均脯氨酸
含量分别是野生型的 2.68、1.30 和 1.30 倍; 平均相对电导率分别是野生型植株的 85%、77%和 85%; 平均相对根长
分别是野生型植株的 1.2、1.3和 1.2倍; 300 mmol L−1 NaCl处理下, 转基因植株的平均死亡率为 42%, 显著低于野生
型(90%)(P<0.05); 干旱胁迫下, 转基因植株的平均死亡率为 56%, 显著低于野生型(70%)(P<0.05), 说明 PvP5CS1 基
因在拟南芥中的表达明显改善了转基因植株的抗旱性和耐盐性。
关键词: PvP5CS1; 脯氨酸; 干旱胁迫; 盐胁迫
Response of PvP5CS1 Transgenic Arabidopsis Plants to Drought- and Salt-Stress
CHEN Ji-Bao1,2, ZHAO Li-Ying2, MAO Xin-Guo1, WANG Shu-Min1,*, and JING Rui-Lian1,*
1 National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement / Key Laboratory of Crop Germplasm & Biotechnology, Ministry of
Agriculture / Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 2 School of Life Science and Technology,
Nanyang Normal University, Nanyang 473061, China
Abstract: Under adverse environment, many plants increase their cell osmotic potential through accumulation of intracellular
organic osmolytes-proline. The proline accumulation in plants can not only increase cell osmotic potential but also stabilize pro-
teins, membranes, and subcellular structures as well as protect cells against oxidative damage by reactive oxygen species. Pyr-
roline-5-carboxylate synthetase (P5CS), a rate-limiting enzyme involved in the biosynthesis of proline in higher plants, is encoded
by P5CS gene. The full length cDNA sequence of PvP5CS1 gene was subcloned into pCHF3 vector and transformed into wild
Arabidopsis via Agrobacterium tumefaciens. A total of six positive transgenic plants were obtained. The result of RT-PCR showed
that the PvP5CS1 gene was normally expressed in transgenic plants. The T4 generation purified lines of transgenic plants and wild
Arabidopsis were used for osmotic stress experiment. Seed relative germination rates of transgenic plants under treatment or
non-treatment conditions were all significantly higher than those of wild plants under stress conditions (P<0.001). The average
seed relative germination rate of transgenic seedlings was 1.62 and 1.60 times higher than those of wild plants treated with 150
mmol L−1 mannitol and 150 mmol L−1 NaCl, respectively. Proline content, conductivity rate and root length of eight-day trans-
genic seedlings under osmatic stress were determined. The results showed that introduction of PvP5CS1 gene into Arabidopsis
resulted in significant accumulation of proline. The relative proline content in transgenic plants under stress non-treated conditions
were all significantly higher than those in wild type plants (P<0.05). Under four treatments (CK, 150, 250 mmol L−1 mannitol and
150 mmol L−1 NaCl), the average relative proline contents in transgenic plants were 1.38, 2.68, 1.30, and 1.30 times of those in
wild type plants. The transgenic plants had longer root and less cell damage than wild plants under osmotic stress conditions. Un-
der 150, 250 mmol L−1 mannitol- and 150 mmol L−1 NaCl-stress conditions, average relative conductivity rate in transgenic plants
were 85%, 77%, and 85% of that in wild type plants, respectively. The average relative root length in transgenic plants was 1.2,
1.3, and 1.2 times of that in wild type plants, respectively. After 300 mmol L−1 NaCl treatment for 15 days, the seedling death rate
was 42% and 90% for transgenic and wild type plants, respectively. In the condition of drought stress for 25 days and following
148 作 物 学 报 第 36卷

by re-watering for 5 days, the seedling death rate of transgenic plants was also significantly lower than that of wild types (P<0.05),
which was 56% for transgenic plants and 70% for wild plants. These results indicated that over-expression of PvP5CS1 in trans-
genic Arabidopsis plants increased plants tolerance to salt and drought stresses.
Keywords: PvP5CS1; Proline; Drought stress; Salt stress
植物通过很多细胞机制来消除和减缓逆境胁迫,
可溶性物质脯氨酸的积累就是这种现象之一。逆境
条件下植物细胞内脯氨酸积累是脯氨酸合成增加和
降解减少或者是两方面同时作用的结果[1-3]。研究表
明, 脯氨酸的合成不但可从谷氨酸开始, 而且也可
从鸟氨酸/精氨酸开始, 逆境胁迫中植物体内脯氨酸
积累主要通过谷氨酸途径。吡咯啉-5-羧酸还原酶
(P5CS)是高等植物体内谷氨酸途径的限速酶, 控制
着体内脯氨酸积累的速度, 因此 P5CS 被认为是一
个重要的抗逆相关基因。同时将野生型 P5CS 基因
和突变型 P5CS (P5CS129A)基因转入烟草, 发现后
者脯氨酸含量是前者的两倍还多[4], 说明 P5CS的反
馈调节在控制植物脯氨酸水平上扮演着重要的角
色。1997 年 Igarashi 等 [5]研究表明盐胁迫下水稻
OsP5CS mRNA 的表达量和脯氨酸的积累量, 在抗
盐品种中稳定增加, 然而在盐敏感株系中变化不明
显。应用农杆菌介导法通过花粉系统将 VaP5CS 基
因转入小麦株系, 随着盐胁迫强度的增加, 转基因
小麦株系的脯氨酸含量逐渐增加 , 野生型小麦在
100 mmol L−1 NaCl的胁迫下就全部死亡, 而转基因
株系能忍耐高达 200 mmol L−1 NaCl的胁迫[6]。转豇
豆 VaP5CS 基因萝卜也表现出对盐害抗性的提高 ,
其在 250 mmol L−1 NaCl胁迫下相对生长速率是对照
的 6倍[7]。这些研究结果表明, 通过转 P5CS基因, 可
以部分改善转基因植物的抗逆性尤其抗盐能力。
普通菜豆主要生活在干旱和半干旱地区, 其体
内含有很多与抗旱相关的优异基因, 陈吉宝等 [8]从
普通菜豆中克隆两个 P5CS基因, PvP5CS1基因具有
一个 2.51 kb的开放阅读框; PvP5CS2基因包含一个
2 148 bp的开放阅读框, DNA序列包含 20个外显子
和 19个内含子。两个基因的核苷酸序列和氨基酸序
列差异较大, 相似性分别为 81.4%和 84.8%; 其蛋白
质的亲水性、二级结构和主要功能域氨基酸序列均
有一定的差异; 在干旱、冷和盐胁迫条件下, 虽然
PvP5CS1 和 PvP5CS2 都表现出上调表达, 但表达方
式差异明显, 轻度胁迫下 PvP5CS1 的表达量显著小
于 PvP5CS2[9-10], 暗示两个基因在脯氨酸合成中扮
演不同的角色。转 PvP5CS2基因烟草株系表现出较
强的抗旱性, 在水分胁迫条件下, 其脯氨酸含量、叶
片萎蔫数和叶片相对含水量分别是野生型的 2.30、
0.88和 1.26倍[9], 说明 PvP5CS2基因对改善植物的
抗旱性有一定的作用。目前, 有关 PvP5CS1 的转基
因研究未见报道。本研究应用农杆菌介导法 , 将
PvP5CS1 基因的完整开放阅读框转入拟南芥, 通过
分析转基因株系在干旱和盐胁迫下的反应 , 探索
PvP5CS1 基因转入拟南芥对改善植株抗旱耐盐的
作用。
1 材料与方法
1.1 试验材料
野生型拟南芥和农杆菌菌株 GV3101 由中国农
业科学院作物科学研究所景蕊莲研究员提供, 拟南
芥表达载体 pCHF3, 全长 10.5 kb, 由中国农业科学
院生物技术研究所赵军研究员提供。
1.2 普通菜豆材料总 RNA的提取和反转录
参照 Chen等[10]的方法。
1.3 转 PvP5CS1基因拟南芥株系的获得
参见陈吉宝和王述民[8]的方法。
1.4 转基因拟南芥幼苗抗旱性和耐盐性鉴定
用培养基中添加甘露醇模拟干旱胁迫 , 添加
NaCl模拟盐胁迫。在 1×MS琼脂糖固体培养基上培
养 T4代转基因拟南芥植株 Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、
Tp5 和野生型拟南芥。7 d 后转移到含有 150、250
mmol L−1甘露醇和 150 mmol L−1 NaCl的 1×MS琼脂
糖固体培养基上, 同样条件下继续培养 8 d。参照陈
吉宝等 [8]的方法测定转基因拟南芥幼苗脯氨酸含
量、相对电导率和相对根长。
1.5 转基因拟南芥成株抗旱性和耐盐性鉴定
分别将 1×MS 培养基上培养 7 d 的转基因植株
(Tp1、Tp2、Tp3、Tp4和 Tp5)以及野生型幼苗移植
到装有定量营养土的营养钵中, 每钵移植 4 株, 在
室温下缓苗 7 d, 分组进行胁迫处理, 每组每个株系
3 钵, 重复 3 次。对盐胁迫处理组用 300 mmol L−1
NaCl 水溶液浇灌营养土, 温室中继续培养至第 15
天, 统计苗死亡率; 对干旱处理组的控水措施是停
止浇水培养 25 d, 然后复水继续培养 5 d, 统计幼苗
第 1期 陈吉宝等: 转 PvP5CS1基因拟南芥植株对干旱和盐胁迫的反应 149


的死亡率; 对照组(CK)为水培。
1.6 数据统计分析
采用 SAS软件。
2 结果与分析
2.1 转基因拟南芥阳性植株的筛选
用 Kan筛选, 共获得 9个阳性 T1代转 PvP5CS1
拟南芥单株。然后对 T2代株系进行 DNA水平检测,
即分别用转 PvP5CS1 拟南芥单株的 DNA、菜豆
DNA(CK1)、拟南芥 DNA(CK2)和水(CK3)为模板 ,
用引物对 5′-TTTGGTACCGCTATTGCTCGTATCA
GTGCTCAG-3′和 5′-TTTGTCGACCAAAAGGAAT
CAAAGCACC-3′扩增 , 结果有 6 个转基因株系
(Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5 和 Tp6)获得目标基因
的扩增片段(图 1-A), RT-PCR 结果显示 P5CS1 基因
在 6个植株中均正常表达(图 1-B)。



图 1 转基因植株的 DNA-PCR(A)和 RT-PCR(B)
Fig. 1 DNA-PCR (A) and RT-PCR (B) of transgenic Arabidop-
sis plants

2.2 转基因拟南芥植株对干旱和盐胁迫的反应
2.2.1 转基因拟南芥种子在干旱和盐胁迫下的发芽
率 分别将T4代转基因拟南芥种子和野生型拟南
芥种子点播在含有 150 mmol L−1 NaCl和 150 mmol
L−1 甘露醇的 1×MS 固体培养基上, 培养 10 d, 以不
含渗透剂的 1×MS 固体培养基上培养的种子为对照
(CK), 统计种子的相对发芽率(相对发芽率=处理发
芽率/对照发芽率×100%)。结果显示(图 2), 在 150
mmol L−1 NaCl和 150 mmol L−1甘露醇胁迫下, 野生
型种子的相对发芽率都显著低于转基因植株
(P<0.001), 转基因植株相对发芽率的平均值分别是
野生型的 1.60倍和 1.62倍, 表明 PvP5CS1基因的转
入改善了拟南芥种子的耐渗透能力。
2.2.2 盐胁迫条件下转基因植株与野生型植株幼苗
脯氨酸含量 应用水杨酸法测量了正常条件(CK)
和胁迫条件下(150、250 mmol L−1甘露醇和 150 mmol
L−1 NaCl)不同转基因植株和野生型植株全苗脯氨酸


图 2 甘露醇和 NaCl 胁迫下转 PvP5CS1 拟南芥种子的相对发芽率
Fig. 2 Relative germination rate of transgenic Arabidopsis and
wild Arabidopsis under mannitol and NaCl
标以不同小写字母者在 P<0.05水平上差异显著。
Bars superscripted by different letters are significantly different at
the 0.05 probability level.

含量。结果显示, 无论是正常条件下还是胁迫条件
下, 转基因植株脯氨酸含量都显著高于野生型植株
(P<0.05)(图 3)。4种条件下(CK、150、250 mmol L−1
甘露醇和 150 mmol L−1 NaCl), 转基因植株脯氨酸含
量的平均值分别是野生型的 1.38、2.68、1.30和 1.30
倍, 说明 PvP5CS1 基因的转入, 明显提高了转基因
拟南芥植株脯氨酸的积累量。
在正常培养条件下, Tp2、Tp3和 Tp4之间差异
不显著, 它们的脯氨酸含量小于 Tp1 和 Tp5, 其中
Tp5脯氨酸含量最高; 150 mmol L−1和 250 mmol L−1
甘露醇胁迫下转基因植株 Tp1、Tp2、Tp3和 Tp5差



图 3 甘露醇和 NaCl 胁迫下转 PvP5CS1 基因和野生型拟南芥幼
苗脯氨酸含量
Fig. 3 Proline content in transgenic and wild type Arabidopsis
seedlings treated with mannitol and NaCl
标以不同小写字母者在 P<0.05水平上差异显著。
Bars superscripted by different letters are significantly different at
the 0.05 probability level.
150 作 物 学 报 第 36卷

异不显著 , 它们的脯氨酸含量显著大于 Tp4; 150
mmol L−1 NaCl胁迫处理下, Tp3和 Tp5之间的脯氨
酸含量差异不显著, 分别为 2 848 μg g−1 FW和 2 869
μg g−1 FW, 显著高于 Tp1、Tp2和 Tp4。以上结果暗
示 Tp5 比其他几个植株能积累更多脯氨酸, 而 Tp4
在渗透胁迫下积累的脯氨酸最少。
2.2.3 胁迫条件下转基因植株与野生型植株幼苗电
导率 渗透胁迫下所有参试拟南芥全株的相对电
导率(胁迫条件下电导率/正常条件下电导率)均显著
大于正常条件下的(P<0.05)(图 4), 表明胁迫对野生
型和转基因拟南芥都造成了伤害。除 150 mmol L−1
和 250 mmol L−1 甘露醇胁迫下, 野生型植株的相对
电导率与 Tp4 株系的差异不显著外, 其他转基因植
株的相对电导率都显著低于野生型(P<0.05), 其平
均值分别是野生型植株的 85%、77%和 85%, 暗示转
基因株系比野生型有更强的耐胁迫能力。



图 4 甘露醇及 NaCl 胁迫处理下转 PvP5CS1 基因和野生型拟南
芥幼苗的相对电导率
Fig. 4 Relative conductivity rate of transgenic and wild type
Arabidopsis seedlings treated with mannitol and NaCl
标以不同小写字母者在 P<0.05水平上差异显著。
Bars superscripted by different letters are significantly different at
the 0.05 probability level.

2.2.4 胁迫条件下转基因植株与野生型植株幼苗相
对根长 图 5 显示不同处理下转基因幼苗和野生
型幼苗的相对根长(胁迫条件下的根长/对照条件下
根长 )。在胁迫条件下均显著低于在对照条件下
(P<0.05), 说明胁迫抑制了拟南芥幼苗根的生长 ;
150 mmol L−1和 250 mmol L−1甘露醇以及 150 mmol
L−1 NaCl胁迫下, 转基因植株 Tp1、Tp2和 Tp3的相
对根长均显著高于野生型(P<0.05), 5 个转基因植株
的相对根长的平均值分别是野生型植株的 1.2、1.3
和 1.2 倍, 说明逆境条件下转基因植株的生长速度
好于野生型。


图 5 甘露醇及 NaCl 胁迫下转 PvP5CS1 基因和野生型拟南芥幼
苗的相对根长
Fig. 5 Relative root length of transgenic and wild type Arabi-
dopsis seedlings treated with mannitol and NaCl
标以不同小写字母者在 P<0.05水平上差异显著。
Bars superscripted by different letters are significantly different at
the 0.05 probability level.

2.2.5 转基因拟南芥成株耐盐性鉴定 300 mmol
L−1 NaCl处理 7 d后, 幼苗叶片开始变黄, 其中野生
型(Wt)叶片黄化程度比转基因植株严重, 对照的叶
片没有变黄, 说明 NaCl已经开始对植株的生长产生
毒害; 胁迫第 15 天, 大部分野生型植株死亡, 而转
基因植株的死亡程度较小, 其中 Tp2、Tp3和 Tp5株
系的死亡程度最轻(图 6)。图 7表明胁迫 15 d野生型
的死亡率(90%)显著高于转基因植株的平均死亡率
(P<0.05)。转基因植株的平均死亡率为 42%, 其中最
高的是 Tp1(50%)和 Tp4(48%), 最小的是 Tp5(11%),
Tp1和 Tp4, Tp3和 Tp5之间差异不显著, 其他差异
均达显著水平(P<0.05)。
2.2.6 转基因拟南芥成株的抗旱性鉴定 干旱处
理 25 d, 全部处理植株呈现枯死状, 复水培养 5 d后,
部分枯死拟南芥又复活(图 8)。转基因植株的死亡率
分别为 45%(Tp1)、60%(Tp2)、61%(Tp3)、53%(Tp4)
和 61%(Tp5), 平均死亡率为 56%, 显著低于野生型
的 70%(Wt)(P<0.05)(图 9), 暗示转基因植株比野生
型的耐旱能力高, 其中以 Tp1和 Tp4的耐旱力最高。
3 讨论
3.1 拟南芥 pCHF3表达载体
pCHF3 表达载体是拟南芥中常用的表达载体,
具有 35S启动子和 NOS终止子, 多克隆位点便于将
目标基因连接到载体上, 从而便于构建不同基因的
表达载体。载体上增加了抗生素位点, 使其在细菌
中具有利福平抗性 , 在植物体内有卡那霉素抗性 ,
便于进行阳性株系的筛选。应用这个载体徐重益等[11]
第 1期 陈吉宝等: 转 PvP5CS1基因拟南芥植株对干旱和盐胁迫的反应 151




图 6 300 mmol L−1 NaCl 胁迫处理转基因拟南芥幼苗的生长状况
Fig. 6 Growth of transgenic and wild type Arabidopsis seedlings treated with 300 mmol L−1 NaCl



图 7 300 mmol L−1 NaCl 处理 15 d 后转基因株系和野生型幼苗
的死亡率
Fig. 7 Death rate of transgenic Arabidopsis seedling treated
with 300 mmol L−1 NaCl for 15 days
标以不同小写字母者在 P<0.05水平上差异显著。
Bars superscripted by different letters are significantly different at
the 0.05 probability level.

成功地将小麦抗旱相关基因 TaPP2Ac/a转入拟南芥,
并获得表达。本研究采用该载体将普通菜豆的
PvP5CS1 基因转入拟南芥。通过 RT-PCR 证实外源
PvP5CS1 基因己经整合到拟南芥基因组中, 并在后
代中稳定遗传。
3.2 P5CS1提高了拟南芥株系脯氨酸的积累
植物体内游离脯氨酸与植物的抗逆性密切相关,
其中脯氨酸参与渗透调节作用一直是研究者最关心
的问题之一。研究表明, 脯氨酸在植物细胞中起渗
透平衡剂的作用[12], 同时在渗透和脱水胁迫条件下,
脯氨酸具有保护亚细胞结构和蛋白质完整性的作
用[13]。吡咯啉-5-羧酸合成酶是脯氨酸合成代谢的限
速酶, 逆境条件下该基因的诱导表达往往伴随着脯
氨酸合成的增加[14]。Kavi-Kishor 等[15]发现转豇豆
VaP5CS 基因烟草在正常条件下脯氨酸的含量是对
照的 10~18 倍, 在水分胁迫条件下却只有对照的 2
倍。Su 等[14]将豇豆的 P5CS 转入水稻, 发现水分胁
迫前, 用胁迫诱导型启动子启动的两个转基因株系
的脯氨酸含量分别是对照的 138%和 121%; 水分胁
迫 8 d后, 脯氨酸含量分别是对照的 182%和 169%。
转水稻 P5CS 基因矮牵牛在控水 14 d 后, 叶片中脯
氨酸的积累明显比对照多[16]。本研究显示, 处理前,
转基因株系脯氨酸含量的平均值是野生型的 1.38 倍,
处理后转基因株系脯氨酸含量的平均值最高可达野
生型的 2.68 倍(150 mmol L−1 甘露醇), 说明由于
PvP5CS1 基因的转入, 明显提高了转基因拟南芥株
系脯氨酸的积累速度。150 mmol L−1甘露醇胁迫下
PvP5CS1 基因对拟南芥幼苗全株脯氨酸积累的贡献
为 168%, 显著大于 250 mmol L−1甘露醇胁迫下的
(30%), 说明脯氨酸合成速度在 150 mmol L−1 甘露
152 作 物 学 报 第 36卷



图 8 干旱胁迫处理转基因拟南芥幼苗的生长状况
Fig. 8 Growth of transgenic and wild type Arabidopsis seedlings treated with drought stress



图 9 干旱胁迫处理转基因拟南芥幼苗的死亡率
Fig. 9 Death rate of transgenic and wild type Arabidopsis
seedling under drought stress
标以不同小写字母者在 P<0.05水平上差异显著。
Bars superscripted by different letters are significantly different at
the 0.05 probability level.

醇胁迫下快于在 250 mmol L−1 甘露醇胁迫下, 反映
了 PvP5CS1酶活性在轻度干旱胁迫下高于严重胁迫
下, 暗示轻度干旱胁迫对 PvP5CS1 基因表达的诱导
强于严重胁迫 , 这和干旱、盐胁迫的前期阶段
PvP5CS1 基因表现上调表达, 后期下调表达的结果相
一致[10]。
3.3 转 P5CS1拟南芥株系对渗透胁迫的反应
细胞膜的选择透性是其维持生理功能的最重要
的条件之一。当质膜的选择透性因逆境伤害而明显
改变时, 细胞内的物质大量外渗, 从而引起组织浸
泡液电导率变化, 该变化可反映出质膜的伤害程度
和所测材料抗逆性的大小。目前还没有关于渗透胁
迫对转脯氨酸合成酶基因株系细胞电导率变化的报
道。本研究显示, 渗透和盐胁迫引起转基因株系和
野生型拟南芥幼苗电导率升高, 说明逆境对拟南芥
幼苗造成伤害。150、250 mmol L−1 甘露醇和 150
mmol L−1 NaCl胁迫下, 转基因株系相对电导率的平
均值分别是野生型植株的 85%、77%和 85%, 表明野
生型植株受到的伤害大于转基因株系, 转基因株系
的耐逆能力高于野生型, 证明 PvP5CS1 基因的转入
改善了拟南芥株系的抗逆性。
本研究显示, 逆境胁迫下转基因株系的相对根
长大于野生型, 150、250 mmol L−1 甘露醇和 150
mmol L−1 NaCl胁迫下, 转基因植株相对根长的平均
值分别是野生型植株的 1.2、1.3 和 1.2 倍。Kavi-
Kishor 等[15]、Zhu 等[4]和 Su 等[17]的结果也显示转
P5CS 基因株系在逆境胁迫下根的生长好于野生型,
这些结果说明, P5CS基因的转入可以改善株系的抗
逆能力, 提高逆境下植物根的生长。转基因拟南芥
成株在盐和干旱胁迫下的死亡率显著低于野生型 ,
进一步证明转基因株系的抗逆能力明显得到改善。
4 结论
PvP5CS1基因在转基因拟南芥体内的正常表达,
显著提高了盐和干旱胁迫下转基因幼苗脯氨酸含量,
减少了细胞的损伤, 增强了根系的生长, 从而改善
了株系的抗旱耐盐能力, 使得转基因株系在干旱和
盐胁迫下有更高的存活率。
References
[1] Bohnert H J, Jensen R G. Strategies for engineering water stress
tolerance in plants. Trends Biotechnol, 1996, 14: 89–97
[2] Schat H, Sharma S S, Vooijs R. Heavy metal induced accumula-
tion of free proline in a metal-tolerant and a non-tolerant ecotype
第 1期 陈吉宝等: 转 PvP5CS1基因拟南芥植株对干旱和盐胁迫的反应 153


of Silene vulgaris. Physiol Plant, 1997, 101: 477–482
[3] Trotel P, Bouchereau A, Niogret M F, Larher F. The fate of
osmo-regulated proline in leaf discs of rape (Brassica napus L.)
incubated in a medium of low osmolarity. Plant Sci, 1996, 118:
31–45
[4] Zhu B, Su J, Chang M, Verma D P S, Fan U L, Wu R. Overex-
pression of a Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase gene and
analysis of tolerance to water-and salt-stress in transgenic rice.
Plant Sci, 1998, 139: 41–48
[5] Igarashi Y, Yoshiba Y, Sanada Y, Yamaguchi-Shinozaki K, Wada
K, Shinozaki K. Characterization of the gene for Δ1-pyrroline-5-
carboxylate synthetase and correlation between the expression of
the gene and salt tolerance in Oryza sativa. Plant Mol Biol, 1997,
33: 857–865
[6] Sawahel W A, Hassan A H. Generation of transgenic wheat plants
producing high levels of the osmoprotectant proline. Biotechnol
Lett, 2002, 24: 721–725
[7] Han K H, Hwang C H. Salt tolerance enhanced by transformation
of a P5CS gene in carrot. J Plant Biotechnol, 2003, 5: 149–153
[8] Chen J-B(陈吉宝). Cloning, Function Analysis and Single Nu-
cleotide Polymorphism of Common Bean (Phaseoleae vulgaris
L.) P5CS Gene. PhD Dissertation of Chinese Academy and
Agricultural Sciences, 2008 (in Chinese with English abstract)
[9] Chen J B, Wang S M, Jing R L, Mao X G. Cloning the PvP5CS
gene from common bean (Phaseolus vulgaris) and its expression
patterns under abiotic stresses. J Plant Physiol, 2009, 166: 12–19
[10] Chen J-B(陈吉宝), Jing R-L(景蕊莲), Mao X-G(毛新国), Chang
X-P(昌小平), Wang S-M(王述民). A response of PvP5CS2 gene
to abiotic stresses in common bean. Acta Agron Sin (作物学报),
2008, 34(7): 1121−1127 (in Chinese with English abstract)
[11] Xu C-Y(徐重益), Jing R-L(景蕊莲). Isolation, Location and
Functional Analysis of Drought-Response Gene TaPP2Ac/a from
Wheat (Triticum aestivum L.). PhD Dissertation of Chinese
Academy and Agricultural Sciences, 2007
[12] Kavi-Kishor P B, Sangam S, Amrutha R N, Laxmi P S, Naidu K
R, Rao K R S S, Rao S, Reddy K J, Theriappan P, Sreenivasulu N.
Regulation of proline biosynthesis, degradation, uptake and
transport in higher plants: Its implications in plant growth and
abiotic stress tolerance. Curr Sci, 2005, 88: 424–438
[13] Verslues P E, Agarwal M, Katiyar-Agarwal S, Zhu J, Zhu J K.
Methods and concepts in quantifying resistance to drought, salt
and freezing, abiotic stresses that affect plant water status. Plant J,
2006, 45: 523–539
[14] Armengaud P, Thiery L, Buhot N, Grenier-De March G, Savouré
A. Transcriptional regulation of proline biosynthesis in Medicago
truncatula reveals developmental and environmental specific
features. Physiol Plant, 2004, 120: 442–450
[15] Kavi-Kishor P B, Hong Z, Miao G H, Hu C A A, Verma D P S.
Over expression of Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase in-
creases proline overproduction and confers osmtolerance in
transgenic plants. Plant Physiol, 1995, 108: 1387–1394
[16] Yamada M, Morishita M, Urano K, Shiozaki N, Yamagu-
chi-Shinozaki K, Shinozaki K, Yoshiba Y. Effects of free proline
accumulation in petunias under drought stress. J Exp Bot, 2005,
56: 1975–1981
[17] Su J, Wu R. Stress-inducible synthesis of proline in transgenic
rice confers faster growth under stress conditions than that with
constitutive synthesis. Plant Sci, 2004, 166: 941–948