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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2015, 31(10):111-118
收稿日期 ：2015-02-11
基金项目 ：国家自然科学基金项目（31260064），中国烟草总公司云南省公司科技计划项目（2011YN10）
作者简介 ：张建波，女，硕士研究生，研究方向 ：植物生理生化 ；E-mail ：326088720@qq.com
通讯作者 ：龚明，男，博士，教授，博士生导师，研究方向 ：植物逆境生物学 ；E-mail ：gongming63@163.com
干旱和低温胁迫影响烟草幼苗海藻糖代谢的差异比较
张建波1  王莎莎1  郝大海1  杨慧芹1  马文广2  高雪3  崔明昆1  龚明1
（1. 云南师范大学生命科学学院 生物能源持续开发利用教育部工程研究中心 云南省生物质能与环境生物技术重点实验室，昆明 650500 ；
2. 云南省烟草农业科学研究院，昆明 650031 ；3. 中国医学科学院医学生物学研究所，昆明 650118）
摘 要 ： 为了明确海藻糖代谢在干旱和低温胁迫下的响应及其差异，以及海藻糖在烟草耐旱和耐冷性中的作用，选用烟草
品种云烟 203 幼苗为实验材料，通过对烟草幼苗进行干旱和 4℃低温胁迫处理，研究叶片中海藻糖含量及代谢相关酶（海藻糖 -6-
磷酸合成酶 TPS、海藻糖 -6- 磷酸磷酸酶 TPP、海藻糖酶 THase）活性及基因表达变化情况。结果表明，在干旱和低温胁迫下，海
藻糖含量表现出先升高后降低趋势，均在处理 2 d 时海藻糖积累达到最大，且干旱胁迫下海藻糖含量高于低温胁迫。TPS、TPP 活
性在干旱和低温胁迫下先升高后降低，且干旱高于低温 ；THase 活性在干旱和低温胁迫下均不断升高，低温下的 THase 活性高于干
旱。TPS、TPP、THase 基因在干旱下的表达量均高于 0 d 对照，低温下低于 0 d 对照。以上结果表明，干旱和低温胁迫均能促使烟
草体内海藻糖的积累，干旱更能诱导相关基因的表达、相关酶活性及海藻糖含量的升高，表明海藻糖对干旱响应更敏感。
关键词 ： 干旱胁迫 ；低温胁迫 ；海藻糖代谢 ；胁迫响应 ；烟草
DOI ：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.10.019
Comparison of Metabolic Differences of Trehalose in Nicotiana tabacum
Seedlings Under Drought and Chilling Stress
Zhang Jianbo1 Wang Shasha1 Hao Dahai1 Yang Huiqin1 Ma Wenguang2 Gao Xue3 Cui Mingkun1 Gong Ming1
（1. Engineering Research Center of Sustainable Development and Utilization of Biomass Energy of Ministry of Education，Key Laboratory
of Biomass Energy and Environmental Biotechnology of Yunnan Province，School of Life Sciences，Yunnan Normal University，Kunming
650500 ；2. Yunnan Academy of Tobacco Agricultural Sciences，Kunming 650031 ；3. Institute of Medical Biology，Chinese Academy of
Medical Sciences，Kunming 650118）
Abstract:  In order to investigate differential response of trehalose metabolism to drought and low temperature stress, and roles of
trehalose in the forming of drought and chilling resistance, tobacco seedlings（cv. Yunyan 203）were treated under drought and low temperature
stresses. Then the changes of trehalose content, their activities of enzymes related to metabolism（TPS, TPP and THase）and gene expression
were detected in the tobacco leaves during the drought and chilling stress at 4℃. The results indicated that trehalose content increased firstly,
achieved the maximum level in 2 d, and the trehalose content in the leaves under drought stress always maintained higher level than that under
the chilling stress. Similar to the change pattern of trehalose content, TPS, TPP activities were increased firstly and then decreased, and showed
higher under the drought stress. On the other hand, THase activity demonstrated persistent increase under the drought and chilling stress, and
was higher under chilling stress than that under drought stress. The expression level of TPS, TPP, and THase genes was higher in the drought
stress than the control at 0 d, but the expression level under chilling stress was lower than the control. Above results showed that drought and
chilling stress induced the accumulation of trehalose, the drought stress led to relatively higher level of trehalose content, related enzyme
activities and gene expression, implying that response of trehalose to drought stress was more sensitive than that to chilling stress.
Key words:  drought stress ；chilling stress ；trehalose metabolism ；stress response ；Nicotiana tabacum
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.10112
海 藻 糖（Trehalose） 是 由 两 个 葡 萄 糖 分 子 以
α，α-1-1 糖苷键连接而成的一种非还原双糖，广泛存
在于细菌、酵母菌、霉菌、食用菌、低等植物、昆虫、
无脊椎动物和高等植物等多种有机体中［1，2］。海藻
糖的非还原性决定了它对酸、碱、高温等的稳定性。
另外，它本身具有很强的吸水性，使它在生物体内
具有抗脱水作用，在逆境条件下可通过识别外界刺
激、产生和传递信号、基因表达和代谢调节来保护
植物免受不良环境的伤害［3-7］，尤其在干旱条件下，
海藻糖通过氢键与氨基酸相连，能起到防止蛋白质
变性和细胞融合的作用［8］。内源海藻糖之所以能提
高植物的抗逆性，是因为它具有保护恶劣环境下植
物细胞活性物质免遭破坏的非特异功能，能增加双
层脂膜的流动性和酶的稳定性［9］。
植物体内主要以葡萄糖为底物合成海藻糖。
该 反 应 首 先 在 海 藻 糖 -6-磷 酸 合 成 酶（trehalose
6-phosphate synthesase，TPS）的作用下，催化尿苷
二磷酸葡萄糖（UDP）和 6-磷酸葡萄糖反应生成中
间产物 6-磷酸海藻糖，再在海藻糖 -6-磷酸磷酸酶
（trehalose 6-phosphate phosphatase，TPP） 的 作 用 下
去磷酸化，生成海藻糖。海藻糖的分解主要通过以
海藻糖为专一底物的海藻糖酶（Trehalase，THase）
的水解反应实现［10］。
已有一些研究表明，某些物种对不良环境的
抗逆耐受能力与它们体内的海藻糖浓度有直接关
系［11］。目前，在烟草［12］、棉花［13］、小麦［14］等作
物中已有了较深入的研究，但大多数研究主要集中
在某个单一胁迫下海藻糖含量及酶类活性的变化，
然而在自然界中，植物往往面临着多种逆境胁迫，
如春播作物的幼苗往往同时面临着低温和干旱的胁
迫。而目前尚未见到海藻糖参与植物对干旱和低温
的共同响应及其响应差异比较的相关报道。因此，
本实验以烟草为材料，通过不同时间的干旱和低温
处理，研究烟草幼苗海藻糖含量、相关酶活性及基
因表达的变化，旨在了解植物细胞海藻糖对干旱和
低温的响应及其差异，为进一步研究海藻糖参与植
物的抗旱抗冷机制提供理论参考。
1 材料与方法
1.1 材料
材料培养及处理方法参照本实验室前期的处
理方法［15，16］。供试材料为烟草（Nicotiana tabacum
L.）品种云烟 203，采用烟草悬浮育苗（参照 GB/
T25241.1-2010 烟草集约化育苗技术规程），称重法
控制土壤水分含量（漂浮盘每孔中烟草专用基质干
重为 4.5 g），在 26/20℃、光照时间为 16/8 h（昼 / 夜）、
相对湿度（RH） 70% 的人工气候箱（三洋，日本）
中正常培养至十字期。
1.2 方法
1.2.1 胁迫处理
1.2.1.1 干旱胁迫处理 当幼苗在漂浮盘中生长到
四叶一心时，排干漂浮池中的水分，并将漂浮盘架空，
在 26/20℃、光照时间为 16/8 h（昼 / 夜）、RH70%
条件下，使培养基质逐渐失水，从而对幼苗造成干
旱胁迫，并在干旱胁迫的不同阶段（0、0.5、1、2、
4 和 6 d）进行样品采集，取叶片，液氮速冻后迅速
置于 -80℃保存备用。干旱胁迫 6 d 后幼苗已严重萎
蔫，并已有大量的幼苗死亡［15］。
1.2.1.2 低温胁迫处理 当幼苗在漂浮盘种生长至
四叶一心时，培养温度降至 4℃低温胁迫，其他培
养条件不变，在低温胁迫的不同阶段（0、0.5、1、2、
4 和 6 d）进行样品采集，取叶片，液氮速冻后迅速
置于 -80℃保存备用。
1.2.2 海藻糖含量的测定 海藻糖含量的测定参照
宋维民等［17］的蒽酮 - 硫酸法稍作改动，称取 0.2 g
植物叶片，在冰水浴中用 1 mL 0.5 mol/L 三氯乙酸溶
液研磨，定容到 5 mL，0℃震荡 2 h，10 000 r/min 离
心 10 min，取上清液 0.2 mL，加入 0.2 mL 0.1 mol/L
H2SO4，摇匀后沸水浴加热 10 min（从水浴中心沸腾
算起），冷却后加入 4 mL 0.2% 蒽酮 - 硫酸溶液，摇
匀后沸水浴中加热 10 min，冷却后于 630 nm 处测吸
光值。
1.2.3 海藻糖相关酶活性的测定 TPS 和 TPP 酶活
性测定参照 Shinjinee 等［18］的方法稍作改动。酶提
取系统的配制 ：取 0.2 g 样品，加 2 mL 提取液（20
mmol/L Tris-HCl，pH8.0， 内 含 1 mmol/L EDTA，1
mmol/L 苯 甲 眯 盐 酸 盐，1 mmol/L 苯 甲 基 磺 酰 氟，
15 mmol/L 2-巯基乙醇，10%（W/V）丙三醇，0.1%
（W/V）Tween40），冰浴研磨后，12 000 r/min 离心
10 min，上清液为酶提取液，-4℃保存。
1.2.3.1 TPS 酶 活 性 测 定 TPS 酶 活 性 测 定 参 照
2015,31(10) 113张建波等：干旱和低温胁迫影响烟草幼苗海藻糖代谢的差异比较
Shinjinee 等［18］的方法稍作改动。以尿苷二磷酸葡
萄 糖（uridine diphosphate glucose，UDPG） 和 葡 萄
糖 -6-磷 酸（Glucose-6-phosphate，G-6-P） 为 底 物，
加入 400 μL 酶反应液（50 mmol/L Tris-HCl，pH8.5，
含 10 mmol/L MnCl2，1 μg 肝素盐）、适量酶提取液
和 100 mmol/L HCl，沸水浴 10 min，冷却后加入 150
mmol/L NaOH，沸水浴 10 min，然后用蒽酮比色法
测定波长 630 nm 下的吸光度，用加热灭活的酶液作
空白对照。计算时以每分钟催化生成的海藻糖 -6-磷
酸的微摩尔数为一个酶活单位。
1.2.3.2 TPP 酶 活 性 测 定 TPP 酶 活 性 测 定 参 照
Shinjinee 等［18］ 的 方 法 稍 作 改 动。 以 海 藻 糖 -6-磷
酸（Trehalose-6-phosphate，T-6-P） 为 底 物， 加 入
400 μL 酶 反 应 液（50 mmol/L Tris-HCl，pH7.5， 含
2 mmol/L MnCl2，0.15 mmol/L T-6-P）和适量酶提取
液，37℃ 水 浴 15 min 后， 加 入 4 倍 体 积 的 Master
Mix（6 mL H2SO4 加到 30 mL 水中，冷却后加入 0.044
g 孔雀石绿，得到橙色溶液 ；取该溶液 10 mL，加入
2.5 mL 7.5% 钼酸铵和 200 μL 100% Tween20，即为
Master Mix），混匀后 37℃水浴 5 min，测定 630 nm
处的 OD 值。以每分钟催化生成的磷酸盐的微摩尔
数为一个酶活单位。
1.2.3.3 THase 酶 活 性 测 定 THase 酶 活 性 测 定 参
照钟国华［19］的方法稍作改动。但其酶提取系统的
提取液与上面两种不一致，采用 pH 为 5.8 的 0.02
mol/L PBS，其余步骤一样。得到酶液后，取 0.25
mL，加入 0.25 mL 提取液和 2 mmol/L 海藻糖标准液
0.5 mL，摇匀后在 37℃水浴中温浴 30 min。然后加
入 3，5-二硝基水杨酸试剂 2 mL，混匀，沸水浴加热
5 min，冷却后测 550 nm 处的 OD 值。烟草海藻糖酶
的活力单位定义为 ：生成 1 mmol 葡萄糖的量为一个
酶活力单位。.
1.2.4 基因表达测定 以半定量 RT-PCR 技术分析
海藻糖代谢关键酶基因（TPS、TPP、THase）在干
旱和低温胁迫过程中的表达水平。采用 Trizol 法提取
样品的总 RNA，逆转录反应以总 RNA（5 μg）为模
板，使用随机引物，采用一步法合成 cDNA（M-MLV
Reverse Transcriptase，Promega，USA）。目的基因序
列来自本实验室前期借助 Illumina Hiseq2000 高通量
测序平台获得的转录组信息［20］，目的基因序列如表
1 所示。半定量 RT-PCR 选用烟草 18S rRNA 作为内
参基因。最后用 Image J 软件对 PCR 结果进行灰度
分析，根据扩增产物的亮度判断目的基因的表达水
平变化。
表 1 反转录引物名称及序列
基因名称 基因编号 引物序列（5-3）
trehalose 6-phosphate synthesase（TPS） GI ：292677820 F ：GTATCTGAGGCTATGGGTTTG
R ：TGCTGTTTGTCCTGTTGTAAG
trehalose 6-phosphate phosphatase（TPP） GI ：292677822 F ：AGTAAGGAATAGTGTGGGAGAG
R ：ACAAAAGGGTTGGTTAGAAGTG
Trehalase（THase） GI ：283131195 F ：TATAGTACCCATCGAAAGTTAG
R ：GACCATAGGATTGAAGAGCAGC
1.2.5 数据处理 每组实验重复 3 次，每次实验 2
个测定重复。实验原始数据用 SPSS11.5 统计软件分
析 和 Duncan 多 重 比 较。 统 计 结 果 用 Sigmaplot10.0
作图。
2 结果
2.1 烟草幼苗在干旱和低温胁迫下叶片海藻糖含
量的变化
烟草幼苗在干旱和低温胁迫早期，体内会迅速
积累海藻糖。如图 1 所示，干旱胁迫下海藻糖含量
呈现先升高后降低的趋势，在处理 2 d 时含量达到
最大值，是处理前 0 d 对照海藻糖含量的 1.4 倍 ；低
温胁迫下也表现出先升高再降低的趋势，在 2 d 时
达到最大值，比处理前 0 d 对照高了 90.8%。两个胁
迫下海藻糖含量变化的总体趋势都是先升高后降低，
但是干旱胁迫下海藻糖的积累量远高于低温胁迫，
在 0.5、1、2、4 和 6 d 分别比低温胁迫下的海藻糖
含 量 高 96.6%、76.9%、25.6%、78.2% 和 105.6%，
表现出极显著差异，说明海藻糖对干旱响应更敏感。
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.10114
2.2 海藻糖代谢相关酶活性变化
海藻糖 -6-磷酸合成酶（TPS）和海藻糖 -6-磷酸
磷酸酶（TPP）是合成海藻糖的关键酶，TPS 能首
先催化 UDPG 和 G-6-P 形成中间产物 6-磷酸海藻糖，
TPP 能将 6-磷酸海藻糖脱磷酸，最终形成海藻糖。
干旱和低温胁迫下 TPS、TPP 活性变化（图 2）显
示，TPS 活性在干旱和低温下均先升高后降低，干
旱胁迫下的 TPS 活性在 1 d 时达到最大，比处理前 0
d 升高 72.5% ；低温胁迫下 TPS 活性在 2 d 时达到最
大，比处理前 0 d 高 21.2%。从两个胁迫的比较来看，
干旱胁迫下 TPS 活性在 1 d 和 2 d 分别比低温下的活
性高 52.3% 和 35.5%，表现出极显著差异 ；低温胁
迫下 TPS 活性在 0.5 d 时极显著高于干旱胁迫下的活
性，比干旱高 21.6%，4 d 和 6 d 时也高于干旱胁迫，
但差异不显著（图 2-A）。
TPP 活性在干旱和低温胁迫下也表现出先升高
后降低的趋势，干旱胁迫下 TPP 活性在 1 d 时达到
最大，比 0 d 对照高 94.1%，此后降低 ；低温胁迫下
TPP 活性在 0.5 d 时达到最大，比 0 d 对照高 30.2%，
此后也不断降低。从两个胁迫下 TPP 活性比较来看，
干旱胁迫下 TPP 活性在 1、2 和 4 d 时均高于低温胁
迫下的活性，分别高了 97.1%、70.0% 和 26.2%，表
现出极显著差异 ；低温胁迫仅在 0.5 d 时高于干旱胁
迫，比干旱高 19.3%（图 2-B）。
海藻糖酶（Thase）是以海藻糖为专一底物来分
解海藻糖的关键酶，最终将海藻糖水解为葡萄糖。
Thase 活性变化趋势（图 3）显示，在干旱和低温胁
迫下 Thase 活性均不断升高，6 d 时达到最大，此时
干旱和低温下的 Thase 活性分别是处理前 0 d 活性的
4.5 倍和 7.1 倍。干旱胁迫下的 Thase 活性均低于低
温胁迫下的活性，在 0.5、1、2、4 和 6 d 分别比低
温 胁 迫 低 51.8%、41.2%、35.8%、44.0% 和 31.8%，
均表现出极显著的差异。
从海藻糖含量与相关酶活性变化来看，海藻糖
含量与合成海藻糖的 TPS、TPP 活性呈一定正相关
关系，尤其是在干旱胁迫下，TPS、TPP 活性在 1 d
和 2 d 时较高，海藻糖含量也较高 ；与分解海藻糖
的海藻糖酶呈负相关关系。低温胁迫下合成海藻糖
的 TPS、TPP 活性较低，而海藻糖酶的活性不断升高，
最终使低温下海藻糖积累量较低。
2.3 基因表达的变化
干旱和低温胁迫下 TPS、TPP、THase 表达情况
如图 4 和图 5 所示。TPS 在干旱胁迫 0.5 d 时表达量
下降，此后上调，在 4 d 时达到最大，为处理前 0 d
༴⨶ᰦ䰤d0 0.5 1 2 4 6⎧㰫㌆ਜ਼䟿μ
g·
g-
1 D
W

0
200
400
600
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**
**
**
**
**
** 和 * 分别表示差异极显著（P<0.01）和差异显著（P<0.05），下同
图 1 干旱和低温胁迫下烟草叶片中海藻糖含量的变化
༴⨶ᰦ䰤d0 0.5 1 2 4 6TPS䞦⍫ᙗ/μg·g·
m
in
-1 DW
0
200
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**
** **
༴⨶ᰦ䰤d0 0.5 1 2 4 6TPP䞦⍫ᙗ/μg·g
·m
in
-1 DW
0
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1000
1200
1400
1600 ᒢᰡվ⑙
*
**
**
**
B
A
图 2 干旱和低温胁迫下烟草叶片中 TPS 活性（A）和
TPP 活性（B）的变化
2015,31(10) 115张建波等：干旱和低温胁迫影响烟草幼苗海藻糖代谢的差异比较
的 2.2 倍，之后下降 ；处理后低温下的表达量均低
于 0 d 的表达量。干旱胁迫下 TPS 的表达量均高于
低温下的表达量，除 0.5 d 外，均表现出极显著差
异，且在 0.5 d 和 1 d 分别比低温胁迫下的表达量高
10.5% 和 93.4%，2、4 和 6 d 的表达量分别是低温的
1.0 倍、2.3 倍和 2.7 倍（图 4 和图 5-A）。
TPP 基因在干旱胁迫下与 TPS 表现出类似的规
律，在 0.5 d 表达下降，此后上调，到 4 d 时达到最
大，是处理前 0 d 的 1.9 倍，之后下降 ；低温胁迫下
TPP 表达量在 0.5 d 时略微升高，之后降低，且都低
于 0 d 的表达量。干旱胁迫下 TPP 表达量在 0.5 d 时
低于低温胁迫 31.0%，之后均高于低温胁迫下的表
达量，且都表现出极显著差异，在 1 d 和 2 d 分别比
低温高 73.0% 和 81.8%，在 4 d 和 6 d 时分别是低温
的 1.3 倍和 1.2 倍（图 4 和图 5-B）。
Thase 基因在干旱胁迫 0.5 d 表达下调，此后一
直处于上调状态，6 d 时达到最大，是处理前 0 d 的
2.0 倍。低温胁迫下，THase 表达量均低于处理前 0
d 的表达量。在整个处理期，干旱胁迫下 Thase 表
达量均高于低温胁迫的表达量，0.5 d 时比低温高
24.8%，表现出显著差异，在 1、2、4 和 6 d 表达量
分别是低温的 2.6 倍、1.1 倍、1.3 倍和 2.9 倍，表现
出极显著差异（图 4 和图 5-C）。
从整体来看，干旱胁迫诱导 TPS、TPP 和 Thase
基因表达，TPS、TPP 活性在 1-2 d 显著升高，Thase
活性不断升高，最终使海藻糖含量呈现先升高后降
低趋势，在干旱胁迫 2 d 时含量达到最大 ；低温胁
迫下 TPS、TPP 和 Thase 基因的表达量降低，TPS、
TPP 活性变化也不大，但 Thase 活性不断升高，说
明低温更利于海藻糖的分解，最终检测到海藻糖的
积累量显著低于干旱胁迫下的积累量（图 4 和图 5）。
༴⨶ᰦ䰤d0 0.5 1 2 4 6THase䞦⍫ᙗμg·
g·
m
in
-1 DW
0
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600
800
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1200
1400 ᒢᰡվ⑙
**
**
**
**
**
图 3 干旱和低温胁迫下烟草叶片中海藻糖酶活性的变化
图 4 干旱（A）和低温（B）胁迫下烟草叶片中 TPS、
TPP、THase 基因 PCR 扩增产物电泳图
0 d 0.5 d 1 d 2 d 4 d 6 d
TPS
TPP
THase
18S
0 d 0.5 d 1 d 2 d 4 d 6 d
TPS
TPP
THase
18S
A
B
3 讨论
海藻糖作为保护性物质，既是一种贮藏性糖类，
又是一种典型的应激代谢产物，当生物体生长环境
良好时，体内不积累海藻糖 ；而当生物体处于胁迫
环境时，体内就会迅速积累海藻糖，而且这些海藻
糖会随着不良环境的解除而被降解［21，22］。例如，当
卷柏处于干旱条件下时，体内会积累大量的海藻糖，
含量可达干重的 12%［1］。但目前国内外尚未见到同
一物种体内的海藻糖对不同逆境胁迫的响应差异及
其比较。本研究以烟草幼苗为材料，发现在干旱和
低温胁迫早期（2 d），烟草幼苗体内海藻糖大量积
累（图 1），这可能是烟草幼苗对干旱和低温的适应
性响应 ；而干旱比低温能诱发更高的海藻糖的积累
量，暗示着干旱能更有效地激活烟草幼苗的海藻糖
合成途径。
本研究的结果显示，在干旱和低温胁迫下，海
藻糖含量、相关酶活性及基因表达都有一定程度的
变化。干旱条件下 TPS、TPP 活性与海藻糖含量呈正
相关关系，这与前人的研究结果一致，如 Van 等［23］
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.10116
将拟南芥和卷柏 TPS 酶 N 端的部分氨基酸去除后，
转化酿酒酵母，发现 TPS 活性增加了 10-40 倍，海
藻糖的含量也增加了 20-40 倍。Garg 等［24］将大肠杆
菌中的 TPS 和 TPP 基因融合在一起形成 TPSP，转
入籼稻中，海藻糖含量达到非转基因籼稻的 3-10
倍。在这个基础上，可以推断在干旱胁迫环境中，
烟草可能通过激活相关基因的表达来提高这些酶的
活性，使海藻糖含量升高，最终提高烟草抗胁迫
能力。
低温胁迫下，海藻糖代谢相关基因 TPS、TPP
和 THase 表达下降，对应的酶活性 TPS、TPP 变化
不显著，THase 不断升高，海藻糖含量却有所积累。
相关基因表达下降的原因可能是低温刺激下细胞代
谢发生紊乱，使细胞受到不可逆的伤害［25］。本研
究中低温下基因表达与酶活性变化不一致，原因可
能有两点 ：一是由于植物对低温胁迫响应是一个复
杂的生理生化过程，包括多个基因的共同调控［26］，
TPS 和 TPP 是多基因家族，低温下并不是所有的
基因都同时高表达或低表达［27，28］，本研究中 TPS、
TPP、THase 表达量不仅没有升高，反而降低，是否
是因为所选的基因仅为众多调控基因之一，这几个
基因刚好在干旱下高表达而在低温下低表达 ；二是
低温下这 3 个酶活性除了受到转录调控外，还受到
转录后调控，具体原因还需进一步验证。另外，结
果显示低温下相关酶活性变化不大而海藻糖含量却
有所升高，此时的海藻糖是否可能由其他糖转化而
来，也需要进一步研究。
总体来看，海藻糖对干旱和低温胁迫的响应不
同，干旱胁迫下合成海藻糖的 TPS、TPP 活性较高，
而低温胁迫下较低，因此干旱环境下烟草体内会积
累更多的海藻糖。由于烟草在非生物逆境胁迫下，
烟草体内的海藻糖含量变化与海藻糖酶活性的变化
呈现一种此消彼长的关系［29］，低温胁迫下海藻糖酶
活性高于干旱胁迫下的海藻糖酶活性，所以低温下
海藻糖含量低于干旱。
综上所述，干旱胁迫通过诱导海藻糖相关基因
的高表达，使相关酶活性升高，最终促使烟草体内
海藻糖含量升高来增强烟草抗胁迫能力，提高抗旱
性 ；低温胁迫下海藻糖相关基因表达降低，除海藻
糖酶活性升高外，合成海藻糖的相关酶活性变化较
小，最终低温胁迫下海藻糖的积累量远低于干旱胁
迫下的积累量。
4 结论
在干旱和低温胁迫下，烟草品种云烟 203 幼苗
体内有大量海藻糖积累，以增强抗旱抗冷能力。烟
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A
C
B
0 d 的基因相对表达量设定为 100%
图 5 干旱和低温胁迫下烟草叶片中 TPS（A）、TPP（B）
和 THase（C）基因表达情况
2015,31(10) 117张建波等：干旱和低温胁迫影响烟草幼苗海藻糖代谢的差异比较
草幼苗体内海藻糖对干旱和低温环境的响应不同，
与低温胁迫相比，干旱胁迫下海藻糖代谢相关基因
表达量较高、合成海藻糖的 TPS、TPP 活性较高而
分解海藻糖的 THase 活性较低，最终导致海藻糖含
量也较高。因此，与低温胁迫相比，海藻糖对干旱
胁迫的响应敏感性更高。
参 考 文 献
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（责任编辑 马鑫）