全 文 ：收稿日期： 2014-03-01； 修回日期： 2014-04-14
基金项目： 国家自然科学基金资助项目 （31200465）； 国家高技术研究发展计划 （ “ 863” 计划 ）项目
（2013AA102701-3）
作者简介： 赵婷， 从事植物分子生物学研究， E-mail: 1458373105@qq.com。 通信作者： 卓仁英， 研究员， 博
士， 从事植物抗逆分子生物学研究， E-mail: zhuory@gmail.com； 姜彦成， 副教授， 从事分子生物学
研究。 E-mail: xjzkjyc@xju.edu.cn
浙 江 农 林 大 学 学 报， 2015， 32（1）： 25 - 32
Journal of Zhejiang A＆ F University
doi:10.11833/j.issn.2095-0756.2015.01.004
东南景天耐镉相关基因 SaFer的克隆与功能初步分析
赵 婷1,2,3, 韩小娇2,3， 刘明英2,3， 乔桂荣2,3， 蒋 晶2,3， 姜彦成1， 卓仁英2,3
（1. 新疆大学 生命科学与技术学院， 新疆 乌鲁木齐 830046; 2. 中国林业科学研究院 亚热带林业研究所，
浙江 富阳 311400; 3. 中国林业科学研究院 林木遗传育种国家重点实验室， 北京 100091）
摘要： 铁蛋白（ferritin）是一种专门存储铁的重要胁迫相关蛋白， 参与镉离子吸收的调控。 从构建的东南景天 Sedum
alfredii cDNA文库中筛选出东南景天 Ferritin基因 cDNA全长， 命名为 SaFer， 编码序列为 1 117 bp， 开放阅读框为
759 bp， 编码 252个氨基酸。 以东南景天基因组 DNA为模板分离到 SaFer 基因组序列， 长度为 1 702 bp， 含有 7 个
内含子。 氨基酸序列同源性分析表明： SaFer与苹果 Malus domestica Ferritin亲缘关系最近， 同源性高达 76%。 实时
荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）分析发现： 根系中 SaFer 基因在镉胁迫 12 h 后表达显著上调。 镉胁迫实验显
示， 转基因拟南芥 Arabidopsis thaliana 比野生型有更高的耐镉胁迫能力。 SaFer 基因的分离及其初步功能验证为研
究东南景天耐镉机制和林木耐镉转基因育种提供了理论依据。 图 9表 1参 23
关键词： 植物学； 东南景天； 铁蛋白（ferritin）； 镉胁迫； 表达分析
中图分类号： S718.3； Q943.2 文献标志码： A 文章编号： 2095-0756（2015）01-0025-08
Isolation and expression of a cadmium-resistant gene （SaFer）
from Sedum alfredii
ZHAO Ting1,2,3, HAN Xiaojiao2,3, LIU Mingying2,3, QIAO Guirong2,3, JIANG Jing2,3,
JIANG Yancheng1, ZHUO Renying2,3
（1. Department of Biology and Technology, Xinjiang University, Urumqi 830046, Xinjiang, China; 2. The Research
Institute of Subtropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Fuyang 311400, Zhejiang, China; 3. State Key
Laboratory of Tree Genetics and Breeding, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China）
Abstract: Abiotic stress was a Serious problem that affect plants growth and products. In plants, ferritin is a
special iron storage protein closely related to stress. A cDNA from the Sedum alfredii cDNA library, designated
as SaFer, was isolated and analyzed by homologous analysis and by Real-Time Reverse Transcription-PCR
（qRT-PCR）. Then, cadmium-stress experiments were conducted to compare transgenic Arabidopsis thaliana
overexpressed SaFer to a wild type. Results showed that SaFer cDNA was 1 117 bp long with an opening read-
ing frame （ORF） of 759 bp. The ORF of SaFer encoded a polypeptide of 252 amino acids with a calculated
molecular weight of about 27.8 kDa, and the homologous analysis showed that it was most closely related to
ferritin of Malus domestica with 76% identities. The length of the genomic sequence of SaFer was 1 702 bp and
contained 7 introns. Expression profiles in roots were analyzed by qRT-PCR and the results showed that the
transcription level of SaFer was enhanced after 12 h cadmium stress. Transgenic Arabidopsis thaliana overex-
pressing SaFer displayed much higher Cd tolerance than the wild type which was further supported by physio-
浙 江 农 林 大 学 学 报 2015 年 2 月 20 日
表 1 引物名称及对应序列
Table 1 Name and sequence of primers
引物名称 引物序列 （5′→3′）
ORF-F 5′-ATGATGCTTAAGGCGGTCTCATC-3′
ORF-R 5′-CTAAGCCAACATCTGGTCGAAGT-3′
Fer-RTF 5′-CAAAAGCGCGAATCATCGTC-3′
Fer-RTR 5′-AACTTGGCAAGGCCCTTCAG-3′
TUB-RTF 5′-TTATGGCGATTCCGAGCTTCA-3′
TUB-RTR 5′-ATTATTTCCAGCGCCGGATTG-3′
AtActin-RTF 5′-GCACCCTGTTCTTCTTACCG-3′
AtActin-RTR 5′-AACCCTCGTAGATTGGCACA-3′
logical indexes such as SOD activity and electric conductivity. The results showed that SaFer could provide a
glimpse into S. alfredii cadmium-tolerance and could contribute to the breeding of cadmium-tolerant plants.
［Ch， 9 fig. 1 tab. 23 ref. ］
Key words: botany； Sedum alfredii; ferritin; cadmium stress; expression change
随着中国工业化的迅速发展， 土壤重金属污染已严重影响了食品安全。 如何治理土壤重金属污染已
成为国内外的研究热点。 利用超积累植物清除重金属污染即植物修复技术以其潜在的高效、 廉价和环境
友好性而获得了广泛关注［1］。 重金属超积累植物是指其地上部积累的重金属离子大于 100 mg·kg－1， 同时
植物的地上部重金属含量与根系重金属含量的比值大于 1 的植物［2－3］。 到目前为止， 世界各地已经发现
的超积累植物共 400多种， 主要是镍（Ni）超积累植物， 而镉超积累植物比较少见。 目前公认的镉超积累
植物有遏蓝菜 Thlaspi caerulescens, 鼠耳芥 Arabidopsis halleri 和东南景天 Sedum alfredii ［4－9］。 矿山型东南
景天是在浙江省衢州市废弃的铅、 锌矿区发现的一种锌（Zn2+）/镉（Cd2+）超积累植物［10］。 矿山型东南景天
是经过自然进化的镉超积累植物， 查清东南景天重金属超积累的分子机制对林木耐镉新品种培育具有重
要意义。 铁蛋白在植物体内作为一种重要的胁迫反应蛋白参与外界环境胁迫反应。 当植物受到寒冷、 干
旱、 重金属离子等环境胁迫时体内都发现有铁蛋白的存在［11］。 铁蛋白可以储存铁原子， 减少铁介导的自
由基反应， 从而提高植物的抗胁迫能力［12］。 铁蛋白通过芬顿反应螯合细胞内的铁， 从而保护植物细胞免
受因各种环境胁迫而导致的细胞氧化性损伤［13］。 此外， 铁蛋白还可以储存部分重金属离子， 如 Cu2+和
Zn2+等， 通过调节铁离子浓度来调控代谢所需的金属离子含量， 从而抵御环境胁迫， 因此， 植物铁蛋白
在缓解重金属的毒害方面也可能具有一定的作用［14］。 目前， 尚无东南景天 Ferritin 基因方面的研究。 本
研究是从中国林业科学研究院林木遗传育种国家重点实验室（本实验室）前期构建的东南景天 cDNA 文库
中分离克隆出 1 个 Ferritin 基因 cDNA， 并分析了镉胁迫条件下东南景天根部中该基因的表达变化， 及
转基因拟南芥 Arabidopsis thaliana 在镉胁迫下的生理变化， 为深入研究东南景天 Ferritin 基因如何参与
镉胁迫反应机制及其在林木耐镉转基因育种中应用奠定基础。
1 材料与方法
1.1 植物材料、 菌株和载体
哥伦比亚生态型拟南芥 Col-0， 东南景天， 大肠埃希菌 Escherichia coli DH5α， Bl21 DE Star， 根癌
农杆菌 Agrobacterium tumefaciens EHA105， 植物表达载体 pBI121 均由本实验室保存； pGEM-T Easy 载
体购自美国 Promega 公司。
1.2 酶和主要试剂
LA Taq高保真聚合酶、 rTaq DNA 聚合酶和限制性内切酶 Sfi I 购自宝生物工程（大连）有限公司， T4
DNA 连接酶购自美国 Promega 公司， 核糖核酸（RNA）提取使用总 RNA 纯化试剂盒（NORGEN, 加拿大），
反转录试剂盒 Prime ScriptTM RT reagent Kit 和荧光定量试剂盒 SYBR Prime ScriptTM RT-PCR Kit 均购自
Takara 公司（Takara,中国大连）， DNA 凝胶回收试剂盒购自 AXYGEN 公司（AXYGEN, 中国上海）， NAN-
ODROP2000 分光光度计、 ABI 7300 实时定量聚合酶链式反应（PCR）仪、 TaKaRa 梯度 PCR 仪、 高速冷
冻离心机 5804R 分别购自美国 Thermo 公司、 美国 Ap-
plied Biosystems 公司、 日本 TaKaRa 公司和德国 Eppen-
dorf 公司， DNA 测序和引物合成由生工生物工程 （上海）
股份有限公司完成（表 1）。
1.3 东南景天 SaFer基因组序列克隆及同源性分析
从本实验室前期构建的东南景天 cDNA 文库中筛选
出 Ferritin 基因 cDNA 全长, 利用十六烷基三甲基溴化铵
（CTAB）法提取东南景天基因组 DNA［15］。 根据 Ferritin 基
因序列设计特异性引物： ORF-F 和 ORF-R， 以东南景天
基因组 DNA 为模板 ， PCR 反应程序 ： 95 ℃预变性 10
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第 32 卷第 1 期
min； 95 ℃变性 30 s， 56 ℃退火 30 s， 72 ℃延伸 1 min， 共 30 个循环； 最后 72 ℃延伸 10 min。 经体积
分数为 1%琼脂糖凝胶电泳后回收目的片段， 连接 T-easy 载体， 转化大肠埃希菌 DH5α， 筛选阳性菌落
送至生工生物工程（上海）股份有限公司测序。
将获得的氨基酸序列与美国国家生物技术信息中心（NCBI）数据库中的蛋白质序列进行局部序列比
对基本检索工具（BLAST）比对， 分析该基因与其他物种基因的同源性， 用 MEGA 4.0 软件进行多序列比
对并构建系统进化树。
1.4 东南景天根部 SaFer基因镉胁迫后表达分析
用 400 μmol·L－1的氯化镉（CdCl2）胁迫东南景天无性系植株， 胁迫时间分别为 0， 0.5， 6， 12， 24，
48， 72 和 96 h。 按照 NORGEN 的 RNA 提取试剂盒说明， 分别提取东南景天根部总 RNA， 用 NanoDrop
2000 分光光度计测定浓度， 并用体积分数为 1%的琼脂糖电泳分析完整性。 使用 Prime ScriptTM RT
reagent Kit 反转录合成第 1 链。 反转录体系为 2.0 μL 5×primeScript Buffer, 500 ng 总 RNA, 0.5 μL Oligo
dT Primer, 0.5 μL Random 6 mers, 0.5 μL primeScript RTase, 用 RNase 无核糖核酸酶水补足至 10.0 μL。
反应程序为： 37 ℃/30 min， 85 ℃/5 s， 将合成后的 cDNA稀释 10倍， 用于实时荧光定量 PCR。
根据 cDNA 全长序列设计实时荧光定量 PCR 引物： Fer-RTF 和 Fer-RTR。 参照试剂盒 SYBR Prime-
ScriptTM RT-PCR Kit 说明书， 以东南景天微管蛋白基因 beta-Tubulin （TUB）为内参： TUB-RTF 和 TUB-
RTR。 反应在 ABI 7300 实时定量 PCR 仪上进行， 反应体系为： cDNA 模板 2.0 μL， 2×SYBR Premix Ex
TaqTM 10.0 μL， 特异引物（10 μmol·L－1）0.4 μL， 50×ROX Reference Dye 0.4 μL， 用水补足 20.0 μL。 PCR
扩增条件为： 95 ℃ 30 s 预变性后， 95 ℃变性 5 s， 60 ℃复性 31 s， 共 40 个循环。 每个试样平行做 4 次
反应， 重复试验 2次。 数据分析采用 ΔΔCT法计算相对定量， 目标基因相对定量=2-ΔΔCT［16］。
1.5 拟南芥的转化和筛选
参考杨靓等［17］的方法对载体 pBI 121进行改造引入 Sfi I 酶切位点获得目的载体 pBI121G， 利用 sfi 1
限制性内切酶对 SaFer基因片段和改造后的表达载体 pBI121G 进行酶切， 将相应的目的片段连接后的植
物表达载体命名为 pBI121G-SaFer， 并电激转化根癌农杆菌 EHA105， 利用花序浸染法转化拟南芥， 筛
选阳性转基因植株。 通过 PCR 和实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）检测分析转基因拟南芥的表
达模式。
1.6 SaFer转基因拟南芥的检测
分别利用 SaFer 特异引物 PCR和 RT-PCR相结合筛选转基因拟南芥阳性植株。 拟南芥幼苗移栽于营
养土 22 d 后， 根据 RNA 提取试剂盒说明书分别提取野生型和 PCR 阳性株系拟南芥叶片总 RNA， 按照
Takara逆转录试剂盒说明书对提取得到的总 RNA 反转录， 并将合成的 cDNA 稀释 10 倍， 用于荧光定量
PCR分析。
设计东南景天 Ferritin 基因荧光定量 PCR 引物： Fer-RTF 和 Fer-RTR， 以拟南芥 Actin 为内参基因：
AtActin-RTF和 AtActin-RTR（表 1）， 反应在 ABI 7300实时定量 PCR仪上进行。
1.7 转基因拟南芥的耐镉性试验
1.7.1 种子萌发试验 为了分析不同浓度镉离子胁迫对拟南芥种子发芽率的影响， 将收获的转基因拟南
芥 T3 代种子和野生型拟南芥种子经体积分数为 75%的乙醇消毒后， 挑选均匀饱满的种子各 20 粒， 播
种在含不同氯化镉浓度（0， 0.5， 1.0， 1.5， 2.0， 2.5， 3.0， 3.5， 4.0， 5.0， 6.0 mmol·L－1）的 1/2MS 的固体
培养基上， 4 ℃处理 2 d， 之后置于 23 ℃， 16 h 光照/8 h 黑暗条件下培养。 以胚根突破种皮 0.5 mm 为
萌发标准， 每天观察种子萌发情况， 统计萌发数。 随后选择氯化镉浓度为 1.5 mmol·L－1和 2.0 mmol·L－1，
处理方法同上， 每天统计萌发数， 分析处理后第 7 天统计发芽率［18］， 发芽率=（供试种子的发芽数/供试
种子）×100％。
1.7.2 镉胁迫条件生理试验 转基因拟南芥种子的处理方法同上， 在培养基中培养 12 d 后， 移栽至营
养土中培养 40 d， 用含 2 mmol·L－1 氯化镉的 Hoagland 浸泡转基因拟南芥和野生型拟南芥， 以未经处理
的转基因拟南芥和野生型拟南芥为对照， 测定处理 1, 3, 6 d后拟南芥叶片的生理指标： 超氧化物歧化酶
（SOD）活性采用四氮唑蓝（NBT）光还原法测定［19］； 质膜相对透性用 DDS-11A型电导率仪测定［20］。
赵 婷等： 东南景天耐镉相关基因 SaFer 的克隆与功能初步分析 27
浙 江 农 林 大 学 学 报 2015 年 2 月 20 日
2 结果与分析
2.1 东南景天 SaFer基因 cDNA及 DNA序列分析
对从东南景天 cDNA文库中筛选出的铁蛋白基因序列进行生物信息学分析， 确认其为全长 cDNA 序
列， 将其命名为 SaFer（登录号为 KF850427）， cDNA长为 1 117 bp， 含有 1 个 759 bp 的开放读码框， 5′
UTR 长 73 bp， 3′UTR 长 285 bp， 编码 252 个氨基酸。 根据 SaFer 基因 cDNA 序列设计特异性引物， 以
东南景天基因组 DNA 为模板分离到了 SaFer 基因组序列， 长为 1 702 bp（登录号为 KF850428）。 序列比
对发现， 东南景天 SaFer 基因含有 7 个内含子， 长度与位置分别为 104 bp（376 ~ 479 bp）， 67 bp（564 ~
630 bp）， 80 bp（692 ~ 771 bp）， 446 bp（860 ~ 1 305 bp）， 99 bp（1 368 ~ 1 466 bp）， 81 bp（1 533 ~
1 613 bp）和 66 bp（1 686 ~ 1 751 bp）（图 1）。 将东南景天 SaFer 与部分植物蛋白质序列进行比对与亲缘
关系分析发现（图 2）， SaFer 与苹果 Malus domestica 的同源性最高（76%）， 而与拟南芥的同源性最低
（65%）。
图 1 SaFer基因组结构
Figure 1 Gene structure of SaFer
图 2 SaFer与其他植物 Ferritin 的进化关系
Figure 2 Phylogenetic tree besed on Ferritin of Sedum alfredii and other species
28
第 32 卷第 1 期
2.2 SaFer基因在东南景天根部的表达分析
将提取的根部总 RNA 经反转录后利用 qRT-PCR 分
析 SaFer基因的表达情况。 从图 3 可以看出SaFer 基因在
东南景天胁迫 12 h 时表达量最高， 为对照的 8.5 倍， 24
h 急剧下降至对照的 2.0 倍， 之后随着胁迫时间的增加，
表达量缓慢上升。
2.3 转基因植株的鉴定
提取转基因阳性植株和野生型拟南芥叶片的 DNA，
以 SaFer 基因的特异引物进行 PCR 反应， PCR 产物电泳
结果如图 4 所示， 转基因阳性植株可以扩增出约 750 bp
的目的条带， 而野生型拟南芥没有 PCR 产物（WT）， 选
择其中 2个转基因阳性株系命名为 A1-1和 A1-2。
提取拟南芥转基因阳性植株以及野生型植株的总 RNA， 反转录后利用 qRT-PCR 分析目的基因
SaFer 的表达情况， 从图 5 可以看出东南景天 SaFer 基因在转基因拟南芥中的表达量远远高于野生型拟
南芥， 而在野生型拟南芥中未检测到其表达。
图 5 转基因拟南芥的表达分析
Figure 5 Expression levels of transgenic Arabidopsis thaliana
图 4 转基因拟南芥的 PCR检测
Figure 4 PCR analysis of transgenic Arabdopsis thaliana
2.4 转基因拟南芥的镉抗性试验
2.4.1 拟南芥种子的萌发试验 为了解镉离子（Cd2+）胁迫对拟南芥种子萌发的影响， 需要确定合适的镉
处理浓度。 实验用不同浓度氯化镉处理转基因拟南芥种子和野生型拟南芥种子， 观察其萌发的情况。 如
图 6所示， Cd2+处理抑制拟南芥种子萌发， 且不同浓度的 Cd2+对拟南芥种子萌发率的抑制作用差异显著。
在 Cd2+浓度为 0.5 mmol·L－1时拟南芥种子的萌发率与对照差别不大， 随着 Cd2+浓度的增加萌发率下降，
到 2.0 mmol·L－1明显下降， 说明拟南芥种子对 1.5 和 2.0 mmol·L－1的 Cd2+浓度比较敏感， 并且转基因种
子萌发率均高于野生型。 胁迫条件下种子发芽率可以反应转基因植株的抗逆性。 从图 7 可见： 处理前，
野生型和转基因拟南芥 A1-1 和 A1-2 的种子发芽率差异不显著， 而当 Cd2+浓度为 1.5 和 2.0 mmol·L－1时，
野生型种子的萌发率分别是 18%和 11%， 而转基因株系平均发芽率分别为 79%和 67%， 显著高于野生
型（P＜0.005）。
2.4.2 生理指标的测定 超氧化物歧化酶（SOD）是一种清除超氧阴离子自由基的酶。 镉胁迫会引起活性
氧在植物中过量积累。 从图 8 可以看出： 野生型拟南芥和转基因拟南芥在无胁迫处理时 SOD 酶活性基
本一致， 野生型拟南芥的 SOD 活性为 405.2 × 16.67 nkat·g－1， 转基因拟南芥 SOD 活性平均为 421.3 ×
16.67 nkat·g－1， 胁迫处理 1, 3, 6 d 后， 所有植株的 SOD 活性均上升， 野生型拟南芥中的 SOD 活性分别
上升至 483.7， 522.8和 561.5 × 16.67 nkat·g－1， 分别比处理前上升了 19.4%， 29%和 38.6%， 而转基因拟
南芥中 SOD 酶的活性则上升至 565， 608.7 和 666.2 × 16.67 nkat·g －1， 同比上升了 34.2%， 44.6% 和
58.2%。 虽然两者的 SOD 活性镉胁迫后都呈增加的趋势， 但转基因拟南芥的 SOD 活性增加幅度明显高
于野生型拟南芥， 说明 SaFer基因表达提高了转基因拟南芥铁离子螯合能力， 增加 SOD活性来清除过氧
化物的伤害， 进而提高植物对镉胁迫的耐受能力。 当植物受到逆境影响时， 细胞膜遭到破坏， 膜透性增
图 3 不同胁迫时间 SaFer基因的表达分析
Figure 3 Expression levels of SaFer at different stress times
t/d
赵 婷等： 东南景天耐镉相关基因 SaFer的克隆与功能初步分析 29
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大， 从而使细胞内的电解质外渗， 导致电导率增大， 膜透性变化的程度可以反应植物抗逆性的强弱。 如
图 9所示： 在未处理情况下野生型拟南芥电导率为 0.086 S·m-1， 转基因拟南芥电导率为 0.088 S·m-1， 两
者基本相似。 胁迫 1， 3， 6 d后， 野生型拟南芥叶片电导率分别上升至 0.116， 0.183 和 0.245 S·m-1， 比
处理前分别上升了 35.2%， 112.9% 和 185.2%， 转基因拟南芥电导率分别上升至 0.01， 0.12 和 0.171 S·
m-1， 同比分别上升了 13.9%， 37.9% 和 94.5%。 野生型拟南芥的叶片电导率增加幅度大于转基因拟南
芥。 这表明镉胁迫对转基因拟南芥叶片的伤害低于野生型拟南芥， 从而说明 SaFer 基因表达增强了转基
因拟南芥对镉胁迫的抗性。
图 8 胁迫前后不同拟南芥株系叶片 SOD变化
Figure 8 SOD activity in Arabidopsis thliana leaf under Cd2+ stress
图 9 胁迫前后不同拟南芥株系叶片电导率的变化
Figure 9 Conductivity in Arabidopsis thliana leaf under Cd2+ stress
t/d t/d
κ/
S·
m
-1
3 讨论
随着社会工业化的迅猛发展， 含有重金属的污染物大量排放， 严重污染生态环境和农田土壤， 导致
重金属离子从土壤和水体中进入植物体内， 影响了植物的生长发育和产量， 并通过食物链进入人体， 危
害健康， 如何高效、 绿色清除重金属污染已经成为国内外关注的热点问题。 本研究以超积累植物东南景
天耐镉相关基因 SaFer为研究对象， 通过生物信息学、 荧光定量 PCR以及转基因技术等方面初步分析了
SaFer基因功能， 为解析 SaFer基因在东南景天镉超积累过程中的作用奠定基础。
目前在水稻 Oryza sativa， 苹果和萝卜 Raphanus sativus 等植物的研究中都发现 Ferritin 基因的表达能
够提高转基因植物对重金属的耐受性［21］。 本实验室利用拟南芥花序侵染法将 SaFer 基因转到拟南芥中，
通过 PCR和 qRT-PCR 证实了该基因已经整合到拟南芥基因组中并能在拟南芥中正常表达。 qRT-PCR 结
果显示： 镉胁迫处理后， 根部中 SaFer基因在镉胁迫 12 h 后表达量显著上调， 为对照的 8.5 倍， 24 h 急
剧下降至对照的 2倍， 后随胁迫时间延长表达量缓慢上升， 推测该基因为中后期响应基因。 将转基因株
系和野生型拟南芥种子播种在含有不同镉离子（Cd2+）浓度处理的培养基中进行胁迫处理， 分析发现
图 6 不同浓度镉离子（Cd2+）胁迫下转
基因与野生型拟南芥种子发芽率
Figure 6 Germination rate of transgenic and wild
type Arabidopsis thliana seeds under the
stress of different concentrations Cd2+
图 7 不同浓度镉离子（Cd2+）胁迫下转基
因与野生型拟南芥种子发芽率
Figure 7 Germination of transgenic and wild type
Arabidopsis thliana seeds under the stress
of Cd2+
c
30
第 32 卷第 1 期
SaFer 基因可以提高转基因拟南芥的耐镉能力。 Goto 等［22］推测可能是因为铁蛋白不仅能结合植物体内游
离的铁离子， 而且能很容易地结合其他重金属离子， 抵御氧化胁迫的引起的伤害。 镉胁迫对拟南芥种子
的萌发影响较大， 随着镉离子（Cd2+）浓度升高， 种子发芽率降低， 但转基因拟南芥均高于野生型， 并且
当镉离子（Cd2+）浓度大于 1.5 mmol·L－1时， 萌发率明显下降。 选择 1.5 mmol·L－1和 2.0 mmol·L－1的镉离子
（Cd2+）浓度处理转基因和野生型拟南芥种子发芽率， 结果显示： 转基因拟南芥种子的发芽率明显高于野
生型， 达到显著性差异， 说明转 SaFer 基因拟南芥种子具有较高的耐镉胁迫能力。 环境胁迫会使植物体
内积累过量的超氧负离子和过氧化物， 这些物质会破坏细胞膜结构， 损伤细胞， 胁迫处理后转基因植株
的生理生化变化能反应植株抗逆能力的强弱。 用 2.0 mmol·L－1 氯化镉胁迫转基因和野生型拟南芥， 初步
测定拟南芥的生理生化指标， 分析结果表明： 随着胁迫时间的延长， 镉对拟南芥的伤害越严重。 转基因
和野生型拟南芥的超氧化物歧化酶（SOD）活性均随胁迫时间的延长而增大， 但转基因株系的增长幅度均
高于野生型； 叶片电导率也随胁迫时间的延长而增大， 但野生型的上升幅度明显高于转基因。 说明转基
因拟南芥能更多地清除过氧化物的伤害， 抵御镉离子对细胞膜的破坏， 从而维持细胞膜结构的完整性，
比野生型拟南芥有更高的镉耐受性， 这与秦天才等［23］的分析表现出类似的结果。
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