全 文 ：书　［收稿日期］　２０１４－０７－１７；２０１５－０１－２０修回
　［基金项目］　北京市教委人才强教计划项目（ＰＨＲ２０１１８４０２）
　［作者简介］　张　雷（１９７１－），男，副教授 ，从事园林植物生物技术的教学与科研。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｌｓｙ１２２６＠１６３．ｃｏｍ
［文章编号］１００１－３６０１（２０１５）０２－０１００－０１９３－０５
转ｍｅｒＡ基因金盏菊对环境中汞污染的修复效果
张 雷，丁艳丽，付涌玉
（北京联合大学 特殊教育学院，北京１０００７５）
　　［摘　要］为了提高金盏菊植物对环境中重金属（Ｈｇ）污染的修复效果，构建ｍｅｒＡ 重组表达载体质粒，
再经农杆菌介导法建立遗传转化体系筛选出转ｍｅｒＡ 基因的金盏菊植株，研究其对汞的富集率。结果表明：
转ｍｅｒＡ基因金盏菊对土壤中Ｈｇ２＋的转移率提高８４％，而且大部分Ｈｇ２＋在ｍｅｒＡ基因作用下，转化为无毒
的 Ｈｇ挥发到空气中，提高了其忍受 ＨｇＣｌ２的浓度；在 Ｈｇ２＋胁迫下，转基因植株中脯氨酸含量、ＳＯＤ酶活
性、ＰＯＤ酶活性及 ＭＤＡ含量均有不同程度的提高。转基因金盏菊具有较强的抗重金属汞胁迫的能力。
［关键词］金盏菊；ｍｅｒＡ基因；植物修复；抗汞污染
［中图分类号］Ｓ６８１．７；Ｘ５３ ［文献标识码］Ａ
Ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　Ｅｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　Ｃａｌｅｎｄｕｌａ　ｏｆｉｃｉｎａｌｉｓ　ｗｉｔｈ　ｍｅｒＡ
Ｇｅｎｅ　ｏｎ　Ｍｅｒｃｕｒｙ　Ｐｏｌｕｔｉｏｎ
ＺＨＡＮＧ　Ｌｅｉ，ＤＩＮＧ　Ｙａｎｌｉ，ＦＵ　Ｙｏｎｇｙｕ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｕｎｉｏｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７５，Ｃｈｉｎａ）
　 　 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　Ｃ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ　ｗｉｔｈ　ｍｅｒＡ　ｇｅｎｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｂｙ
Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ－ｍｅｄｉａｔｅｄ　ｇｅｎｅｔｉｃ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ｍｅｒｃｕｒｙ　ｐｏｌｕｔｉｏｎ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ
ｍｅｒｃｕｒｙ　ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ　ｒａｔｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　８４％ Ｈｇ２＋ｉｎ　ｓｏｉｌ　ｃａｎ　ｂｅ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｄ　ｉｎｔｏ　ｌｅａｖｅｓ　ｏｆ
ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　Ｃ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ　ｗｉｔｈ　ｍｅｒＡｇｅｎｅ　ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｍｏｓｔ　Ｈｇ２＋ｉｎ　ｌｅａｖｅｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ　ｉｎｔｏ　ｎｏｎｔｏｘｉｃ　Ｈｇ
ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｒＡｇｅｎｅ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｉｔｓ　ｔｏｌｅｒａｎｃｅ　ｔｏ　ＨｇＣｌ２ｓｔｒｅｓｓ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｌｉｎｅ　ａｎｄ　ＭＤＡ
ｃｏｎｔｅｎｔ，ａｎｄ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ＳＯＤ　ａｎｄ　ＰＯＤ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　Ｃ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ　ｗｉｔｈ　ｍｅｒＡｇｅｎｅ　ａｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｕｎｄｅｒ
Ｈｇ２＋ｓｔｒｅｓｓ　ｔｏ　ｖａｒｙｉｎｇ　ｄｅｇｒｅｅｓ．Ｉｎ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　Ｃ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ　ｗｉｔｈ　ｍｅｒＡｇｅｎｅ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｒ
ｔｏｌｅｒａｎｃｅ　ｔｏ　Ｈｇ２＋ｓｔｒｅｓｓ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃａｌｅｎｄｕｌａ　ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ；ｍｅｒＡｇｅｎｅ；ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ；ａｎｔｉ－ｍｅｒｃｕｒｙ　ｐｏｌｕｔｉｏｎ
　　植物修复技术（Ｐｈｙｔｏｒｅｌｎｅｄｉａｔｉｏｎ）是近年来发
展起来的一种绿色生态技术，其中，利用重金属超富
集植物（Ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）进行修复是当前环境生
物学研究的热点领域，是经济、有效的污染治理方
法［１］。目前，已有对Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｚｎ
和Ａｓ等超富集植物的研究报道［２］，但相对而言植
物不易富集汞（Ｈｇ），还未见关于 Ｈｇ超富集植物的
报道。而采用分子生物学手段鉴定和克隆吸收或降
解汞污染物的基因，并通过转基因技术改良遗传特
性来提高植物对汞污染的耐性及转化能力，不但有
助于植物修复的机理研究，而且可提高植物对环境
污染的修复效率。
金盏菊 （Ｃａｌｅｎｄｕｌａ　ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ　Ｌ．）为菊科
（Ｃｏｍｐｏｓｉｔａｅ）金盏菊属（Ｃａｌｅｎｄｕｌａ）的一年或二年
生草本植物，又称金盏花、黄金盏和长生菊等。原主
要分布于欧洲南部，易栽培，资源丰富，现世界各地
广泛栽植，我国四川、贵州、湖北、广西、广东和福建
等省均有栽培。因为其花色艳丽丰富，花期长，生长
快，适应性强等特点，在园林绿化建设中广泛使用。
ｍｅｒＡ是一种从革兰氏阴性细菌中分离的可溶解并
依靠ＮＡＤＰＨ传递电子的汞离子还原酶（ｍｅｒ－ｃｕｒｉｃ
ｒｅｄｕｃｔａｓｅ）。这种酶可将有毒 Ｈｇ２＋ 转变为毒性很
小的金属性 Ｈｇ。ｍｅｒＡ 基因在植物中表达可影响
植物的金属耐受性。Ｒｕｇｈ［３］报道，ｍｅｒＡ 转基因黄
杨较对照中 Ｈｇ的含量高出１０倍，植物抗汞能力也
提高３～４倍。科学家已经成功地把细菌的ｍｅｒＡ
和ｍｅｒＢ 基因导入拟南芥、烟草、杨树、鹅掌楸和印
度大麻中，转基因植物对汞的耐性明显提高。Ｂｉｚｉｌｙ
等［４］将ｍｅｒＡ 和ｍｅｒＢ 基因同时转入拟南芥后发
现，转基因拟南芥耐受汞的能力较野生型提高５０
倍。但目前关于该基因在花卉植物上的应用鲜见报
道，且未见其在金盏菊上的应用研究报道。为此，笔
者等研究构建ｍｅｒＡ 重组表达载体质粒，通过农杆
菌介导法建立遗传转化体系，筛选转ｍｅｒＡ 基因金
盏菊植株，以提高金盏菊植株的抗汞污染力，在美化
环境的同时又达到对土壤污染的修复效果。
１ 材料与方法
１．１ 供试材料
金盏菊为北京市花卉市场所购。转ｍｅｒＡ基因
　贵州农业科学　２０１５，４３（２）：１９３～１９７
　Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
金盏菊植株为本院通过农杆菌转化获得。
１．２ 试验设计
试验共设６个浓度梯度，即 ＨｇＣｌ２浓度分别为
５ ｍｇ／ｋｇ、１０ ｍｇ／ｋｇ、２０ ｍｇ／ｋｇ、３０ ｍｇ／ｋｇ、
４０ｍｇ／ｋｇ和５０ｍｇ／ｋｇ，以去离子水为对照（ＣＫ）。
供试土壤在自然条件下风干、过筛。将含有不同浓
度重金属汞的水溶液与土壤混合，水∶土比例为
１∶２．５（Ｖ／Ｗ），平衡３０ｄ后待用。每个花盆中盛土
壤６００ｇ，每种处理设置３个重复花盆。挑选大小
一致、生长良好的转基因植株和非转基因植株作为
研究对象。
将植 株 放 置 于 学 院 花 房 进 行 培 养，温 度
２０～２５℃，栽种３个月后，测量幼苗株高和根系，统
计生长指标；植株用自来水冲洗，再用去离子水冲洗
３次，沥干、烘干、称重，计算生物量，收获的植株分
为根、茎、叶三部分，１０５℃下杀青３０ｍｉｎ，７００℃下
烘至恒重并粉碎，粉碎的植物及土壤样品采用浓
ＨＣｌ－ＨＮＯ３（３∶１，Ｖ／Ｖ），消化，原子吸收分光光度
计法测定其中的重金属含量。
１．３ 指标测定
脯氨酸含量采用水合茚三酮方法测定［５］，丙二
醛（ＭＤＡ）含量采用硫代巴比妥酸（ＴＢＡ）比色法测
定［５］，超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性（以抑制 ＮＢＴ光
化还原５０％为一个酶活性单位）采用 ＮＢＴ光化还
原法测定［５］，过氧化物酶（ＰＯＤ）活性参照 Ｍａｅｈｌｙ
的愈创木酚氧化法测定［６］。
１．４ 转ｍｅｒＡ基因金盏菊对重金属汞的转运能力
通常以转运系数和富集系数表示植物对重金属
的转运能力和富集能力，这是评价植物抗重金属污
染能力的重要指标。转运系数（ＴＦ）［７］以植株地上
部重金属含量与地下部分重金属含量之比表示；富
集系数［８］以植株地上部分重金属含量与相应土壤中
重金属含量之比表示。
２ 结果与分析
２．１ ＨｇＣｌ２对２种金盏菊植株生长的影响
从图１看出，随着土壤中 Ｈｇ２＋浓度的升高，非
转基因植株高度和根系长度在迅速下降，当汞浓度
从０增大到３０ｍｇ／ｋｇ时，金盏菊植株的高度和根
系长度分别下降７４％和７６％；而转ｍｅｒＡ基因金盏
菊植株的高度和根系长度变化很小，分别下降
４．５％和５．２％。汞对金盏菊植株叶绿素的破坏也
十分明显，对照植株因为汞的毒害，叶绿素含量下降
９５％。在浓度为３０ｍｇ／ｋｇ时，逐渐出现黄绿色斑
点，叶片开始失绿、变小、脱落，直至萎蔫死亡
（图２Ａ－Ｂ）；而转ｍｅｒＡ基因金盏菊植株在所有浓度
下的变化较小（图２Ｃ－Ｄ），在高浓度（＞３０ｍｇ／ｋｇ）
条件下，虽然受到一定毒害作用，其植株高度、根系
长度和叶绿素含量均呈小幅度变化，生长良好。说
明，转ｍｅｒＡ基因金盏菊抗汞能力强于非转基因植
株。
根
系
长
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汞浓度 /(mg/kg)
Hg%concentration
CK 转基因植株
图１ ＨｇＣｌ２处理下非转基因与转基因金盏菊的根系长度、植株高度和叶绿素含量的变化
Ｆｉｇ．１　Ｒｏｏｔ　ｌｅｎｇｔｈ，ｐｌａｎｔ　ｈｅｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｎｏｎ－ＧＭＯ　ａｎｄ　ＧＭＯ　Ｃ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ　ｕｎｄｅｒ　ＨｇＣｌ２ｓｔｒｅｓｓ
A B C D
　　注：Ａ、Ｂ为普通金盏菊（即非转ｍｅｒＡ基因金盏菊），Ｃ、Ｄ为转基因金盏菊；Ａ、Ｃ土壤中ＨｇＣｌ２浓度为２０ｍｇ／ｋｇ，Ｂ、Ｄ土壤中ＨｇＣｌ２浓度为
３０ｍｇ／ｋｇ。
　　Ｎｏｔｅ：Ａ　ａｎｄ　Ｂ，ｎｏｎ－ＧＭＯ　Ｃ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ；Ｃ　ａｎｄ　Ｄ，ＧＭＯ　Ｃ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ；Ａ　ａｎｄ　Ｃ，ＨｇＣｌ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｉｓ　２０ｍｇ／ｋｇ；Ｂ　ａｎｄ　Ｄ，
ＨｇＣｌ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｉｓ　３０ｍｇ／ｋｇ．
图２ ＨｇＣｌ２处理下２种金盏菊植株的生长状况
Ｆｉｇ．２　Ｇｒｏｗｔｈ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｎｏｎ－ＧＭＯ　ａｎｄ　ＧＭＯ　Ｃ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ＨｇＣｌ２ｓｔｒｅｓｓ
·４９１·
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　贵 州 农 业 科 学
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
表 种植不同类别植株土壤中的ＨｇＣｌ２浓度变化
Ｔａｂｌｅ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｎｏｎ－ＧＭＯ　ａｎｄ　ＧＭＯ　Ｃ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ　ｏｎ　ＨｇＣｌ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｓｏｉｌ　 ｍｇ／ｋｇ，％
类　别
Ｔｙｐｅｓ
土壤汞总量
Ｔｏｔａｌ　Ｈｇ２＋
剩余汞量
Ｒｅｓｉｄｕａｌ　Ｈｇ２＋
植株吸收汞量 Ｈｇ２＋
ａｍｏｕｎｔ　ａｂｓｏｒｂｅｄ　ｂｙ
Ｃ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ
Ｈｇ２＋转移率
Ｈｇ２＋ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｒａｔｅ
普通金盏菊 Ｎｏｎ－ＧＭＯ　Ｃ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ　 ３０　 ２４．５０　 ５．５０　 １８
转ｍｅｒＡ基因金盏菊 ＧＭＯ　Ｃ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ　 ３０　 ５．０９　 ２４．９１　 ８３
２．２　 ２种金盏菊植株不同器官中Ｈｇ２＋的含量及其
对Ｈｇ转运与富集力
从图３看出，普通金盏菊与转ｍｅｒＡ 基因金盏
菊植株体内的 Ｈｇ２＋含量大小均为根＞茎＞叶，均
反映出根对 Ｈｇ２＋具有较强的富集力。但转ｍｅｒＡ
基因金盏菊各器官中 Ｈｇ２＋含量明显下降，根、茎、
叶分别比非转基因植株降低４４．４％、６６．７％ 和
５２．６％，整个植株含汞量比普通金盏菊下降５４％。
转ｍｅｒＡ基因金盏菊对 Ｈｇ２＋的转运能力明显高于
普通金盏菊。然而，转ｍｅｒＡ 基因金盏菊根的富集
系数较普通金盏菊低。由于大量的 Ｈｇ被转运至地
上部分，减轻了对植物根系的影响。从表中可知，转
ｍｅｒＡ基因金盏菊对土壤 Ｈｇ２＋的吸收能力很强，能
吸收土壤中８３％的 Ｈｇ２＋，是普通金盏菊的４．５倍，
显示其对土壤中无机汞（ＨｇＣｌ２）具有良好的清除能
力。说明，转基因植物不是因为富集 Ｈｇ２＋到达清
除汞的作用，而是将土壤中的 Ｈｇ２＋吸收以后，通过
ｍｅｒＡ酶的作用，在将其转化为 Ｈｇ，并通过叶片释
放到空气中。所以，转ｍｅｒＡ 基因金盏菊植株中的
汞含量呈明显的下降趋势，能在高浓度 Ｈｇ２＋环境
中生长，表现出较强的抗汞能力。
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2
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叶片 茎 根
CK 转基因植株
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2.5
转运系数(TF)%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%富集系数(BF)
非转基因植株 转基因植株
不
同
器
官
中
H
g2
+
含
量
/(m
g/
kg
)
器官
Organic
　　图３　 ２种金盏菊植株不同器官中Ｈｇ２＋的含量
及其对Ｈｇ转运与富集力
　Ｆｉｇ．３　Ｈｇ２　ｃｏｎｔｅｎｔ，Ｈｇ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ａｎｄ　ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ
ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｏｒｇａｎｓ　ｏｆ　ｎｏｎ－ＧＭＯ
ａｎｄ　ＧＭＯ　Ｃ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ
２．３ ＨｇＣｌ２胁迫对２种金盏菊植株脯氨酸含量的
影响
从图４－ａ看出，第１天，转ｍｅｒＡ基因金盏菊脯
氨酸含量无明显的变化规律，由于汞的作用时间短，
吸收的汞量较少，尚未能大量运输到地上部，所以对
脯氨酸含量影响不大。第５～９天，在 ＨｇＣｌ２浓度为
０～２０ｍｇ／ｋｇ时，随着植株对吸收增加，体内汞浓度
增加，脯氨酸含量随汞浓度升高而呈增高的趋势，在
ＨｇＣｌ２浓度为２０ｍｇ／ｋｇ时达最高值。在 ＨｇＣｌ２高
浓度（＞３０ｍｇ／ｋｇ）胁迫下，由于超过植株的忍受
力，严重破坏植株生理功能，其体内脯氨酸含量明显
下降。第９天，由于植株已经死亡，未测定其脯氨酸
含量。由此可知，植株在 ＨｇＣｌ２胁迫下，可以调节自
身脯氨酸的形成并产生一定的抗性，但其抗性作用
有限。
　　从图４－ｂ中可看出，转基因植株在不同 ＨｇＣｌ２
浓度的处理中，其体内脯氨酸含量随着汞浓度的增
加而升高，即使在高浓（＞３０ｍｇ／ｋｇ）情况下，植株
体内脯氨酸含量仍继续升高，最高可提高４倍。脯
氨酸浓度升高，是因为ｍｅｒＡ 基因的作用降低了植
株中 Ｈｇ２＋的浓度，减轻其对植株的毒害，随着时间
延长脯氨酸含量增加，从而增强了植株的抗逆性。
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第 1天 第 5天 第 9天
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氨
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HgCl2浓度 /(mg/kg)
HgCl2%%%concentration
HgCl2浓度 /(mg/kg)
a,%转 merA基因金盏菊
b,%普通金盏菊
　　图４ 不同浓度ＨｇＣｌ２胁迫２种植株的脯氨酸含量
　Ｆｉｇ．４　Ｐｒｏｌｉｎｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｎｏｎ－ＧＭＯ　ａｎｄ　ＧＭＯ
Ｃ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ＨｇＣｌ２ｓｔｒｅｓｓ
·５９１·
　张　雷 等　转ｍｅｒＡ基因金盏菊对环境中汞污染的修复效果
　ＺＨＡＮＧ　Ｌｅｉ　ｅｔ　ａｌ　Ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　Ｃａｌｅｎｄｕｌａ　ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ　ｗｉｔｈ　ｍｅｒＡＧｅｎｅ　ｏｎ　Ｍｅｒｃｕｒｙ　Ｐｏｌｕｔｉｏｎ
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HgCl2浓度 /(mg/kg)
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/(μ
m
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0%%%%%%%%10%%%%%%%%20%%%%%%%30%%%%%%%%40%%%%%%%%50
HgCl2浓度 /(mg/kg)
HgCl2%concentration
转基因植株 CK
　图５ ＨｇＣｌ２胁迫下２种金盏菊植株的ＳＯＤ、ＰＯＤ活性和 ＭＤＡ含量变化
　Ｆｉｇ．５　ＭＤＡ　ｃｏｎｔｅｎｔ，ＳＯＤ　ａｎｄ　ＰＯＤ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｎｏｎ－ＧＭＯ　ａｎｄ　ＧＭＯ　Ｃ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ＨｇＣｌ２ｓｔｒｅｓｓ
２．４ ＨｇＣｌ２胁迫对２种金盏菊植株ＳＯＤ、ＰＯＤ活性
和 ＭＤＡ含量的影响
从图５看出，普通金盏菊植株随着汞浓度升高，
ＳＯＤ酶活性逐步升高，在 ＨｇＣｌ２浓度为２０ｍｇ／ｋｇ
时达峰值，其活性提高３９．９％，显示金盏菊有一定
抗污染能力。但随着浓度的进一步提高，由于
Ｈｇ２＋破坏酶蛋白结构，抑制ＳＯＤ酶活性，使其活性
显著降低，在５０ｍｇ／ｋｇ浓度时，活性比最初下降
５４．８％。转ｍｅｒＡ基因金盏菊ＳＯＤ酶活性变化与
非转基因植株不同，随着环境中 Ｈｇ２＋浓度的升高，
其活性逐渐升高，在 ＨｇＣｌ２浓度为４０ｍｇ／ｋｇ时，达
最高值，比最初时增加９１．８％。ＰＯＤ活性和 ＭＤＡ
含量也呈类似的变化规律，分别提高５０％和８０％。
说明，转基因植株抗氧化酶活性很强，具有较强的清
除Ｏ２－的能力，显示出转基因植株具有抗汞能力强
的特点。
３ 结论与讨论
１）本研究结果表明，转ｍｅｒＡ 基因金盏菊具有
良好的抗汞污染能力，普通植株在土壤中 ＨｇＣｌ２浓
度为３０ｍｇ／ｋｇ条件下逐渐死亡，而转基因植株在
５０ｍｇ／ｋｇ条件下依然能生存，显示其具有较强的抗
性。通过分析植株中汞的含量以及土壤中汞浓度的
变化，发现转基因植株能去除土壤中 ８４％ 的
ＨｇＣｌ２，而且植株内转运能力提高了２倍，大部分
Ｈｇ２＋转运到叶片中，通过酶的作用还原为没有毒性
的 Ｈｇ并挥发到空气中。因此植物体内富集的汞含
量较少，仅为非转基因植株的２０％，避免受到第二
次污染，有效提高转ｍｅｒＡ基因金盏菊的应用价值。
２）Ｒｕｇｈ等［３］研究中，将ｍｅｒＡ 以组成型表达
方式转入多种植物中，使转基因植物产生较强的抵
抗能力，研究发现，致死浓度量至少可提高１０倍，且
体内积累的 Ｈｇ２＋浓度比对照低得多，表明转基因
植物能将 Ｈｇ（０）挥发出体外［９］。这与本研究观察
到的情况类似，同时，在研究中发现所用转基因植株
的各项生理指标有较大差异，这可能与基因插入的
位置及拷贝数有关。除ｍｅｒＡ基因外，ｍｅｒＢ在清除
有机汞污染中具有很好的作用，其编码产物 ｍｅｒＢ
是一种有机汞分解酶，将 ＭｅＨｇ分解为ＣＨ４和 Ｈｇ
（Ⅱ）。将ｍｅｒＡ 和ｍｅｒＢ 转入同一植物，可介导其
耐受杀死对照植株（野生型）ＭｅＨｇ剂量的５０倍浓
度［４］。在后期的研究中可以利用该基因开展进一步
的研究。
３）植物体内脯氨酸含量的变化常作为植物逆
境生理的一个指标，其含量的增加有利于保持原生
质与环境的渗透平衡，提高植物抗逆性。Ｓｃｈａｔ
等［１０］认为，重金属胁迫下脯氨酸的积累取决于重金
属诱导植物体内水分缺失的情况。在 ＨｇＣｌ２处理
下，金盏菊植株体内产生水分胁迫时脯氨酸积累意
义之一是作为渗透调节物质，可以使细胞和组织持
水平衡，稳定生物大分子结构，保持膜结构的完整性
而使细胞免受伤害。本研究结果表明，转基因植株
随着土壤中 Ｈｇ２＋浓度的升高，体内脯氨酸显著升
高，达对照的４倍。表明，转ｍｅｒＡ基因金盏菊具有
很好的抗性，所以在高浓度 Ｈｇ２＋条件下，依然能正
常生长。
４）在逆境下植物机体活性氧化代谢的失调导
致自由基积累，Ｏ２－升高，诱发膜脂不饱和脂肪酸发
生连锁的过氧化反应，导致脂肪酸发生降解产生脂
质过氧化物，进而使得细胞膜结构损伤和生理代谢
紊乱。王小平等［１１］研究发现，由于 Ｈｇ２＋胁迫下植
株体内的活性氧代谢失衡，根系和叶片发生膜脂过
氧化，此时植物体内 ＭＤＡ、ＳＯＤ积累，抗氧化酶活
性提高，参与植物体内活性氧自由基的清除，减少重
金属对细胞膜和蛋白质造成损伤，从而提高植物的
抗重金属能力。在本研究中发现：转基因金盏菊有
类似的情况，当 ＨｇＣｌ２浓度升高时，转ｍｅｒＡ基因金
盏菊植株体内的ＳＯＤ、ＰＯＤ和 ＭＤＡ等抗氧化酶活
性及含量保持较高水平，起到防止膜脂不饱和脂肪
酸氧化和保护细胞膜的作用，反映转基因植物具有
很强抗污染能力。当然酶浓度的升高与ｍｅｒＡ基因
是否存在必然关系，还有待进一步探究。
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（责任编辑：杨　林）
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　张　雷 等　转ｍｅｒＡ基因金盏菊对环境中汞污染的修复效果
　ＺＨＡＮＧ　Ｌｅｉ　ｅｔ　ａｌ　Ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　Ｃａｌｅｎｄｕｌａ　ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ　ｗｉｔｈ　ｍｅｒＡＧｅｎｅ　ｏｎ　Ｍｅｒｃｕｒｙ　Ｐｏｌｕｔｉｏｎ