全 文 ：核 农 学 报 2011，25(3):0432 ～ 0435
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
收稿日期:2010-08-29 接受日期:2011-01-25
基金项目:国家 863 项目(2008AA10Z123)，国家转基因专项(2009ZX08003-022B)
作者简介:刘应红(1982-)，男，四川资阳人，博士，研究方向为玉米遗传育种。E-mail:sclydx@ 163． com
通讯作者:黄玉碧(1963-)，男，四川南充人，教授，博士生导师，研究方向为玉米遗传育种。Tel:028-86290868;E-mail:yubihuang@ sohu． com
文章编号:1000-8551(2011)03-0432-04
外源激素和糖类对玉米 zSs1 表达的影响
刘应红1 秦嘉岳2 黄小珍2 胡育峰1 黄玉碧1，2
(1. 四川农业大学玉米研究所，四川 雅安 625014;2. 四川农业大学农学院，四川 雅安 625014)
摘 要:为明确外源激素和糖类对叶片 zSs1 表达的影响，本文以玉米优良自交系 18 － 599 叶片为材料，
在分别含有甘露醇、蔗糖、葡萄糖的培养基中处理，然后分别添加 ABA、GA，提取总 RNA，通过 Real-time
PCR 检测 zSs1 基因 mRNA 表达量变化。结果表明:与只含基础盐处理相比，单独用甘露醇和葡萄糖处
理玉米叶片，zSs1 基因表达量没有明显变化;而单独用蔗糖处理叶片时，zSs1 基因表达量增加约 2 倍;分
别添加 ABA 或 GA 后，zSs1 基因的表达量也均增加约 2 倍;蔗糖和 ABA 或 GA 的增强作用具有累积效
应。
关键词:玉米;淀粉合成酶 I;表达;激素;糖类
EFFECTS OF EXOGENOUS PHYTOHORMONES AND CARBOHYDRATES
ON EXPRESSION OF zSs1 IN MAIZE
LIU Ying-hong1，2 QIN Jia-yue2 HUANG Xiao-zhen2 HU Yu-feng1 HUANG Yu-bi1，2
(1. Maize Research Institute，Sichuan Agricultural University，Ya’an，Sichuan 625014;
2. College of Agriculture，Sichuan Agricultural University，Ya’an，Sichuan 625014)
Abstract:In order to study the effect of exogenous hormones and sugars on expression of zSs1 gene in maize，the leaves
of maize inbred line 18-599 were soaked in culture mediums，contained mannitol，sucrose and glucose respectively，then
treated with ABA or GA and the expression levels of zSs1 mRNA were detected by real-time fluorescence quantitative
PCR． The results showed that:compared with those cultured in basic salt，the transcripts of zSs1 didn’t change when
treated with mannitol or glucose alone，but increased about 2 times when treated with sucrose． After adding ABA and
GA respectively，the expression levels of zSs1 gene was increased about 2-fold either in mannitol，glucose or sucrose，
and the increase effects of sucrose and ABA seemed to be a additive．
Key words:maize;zSs1;expression;phytohormones;carbohydrates
淀粉是玉米籽粒的主要组成部分，不仅可以作为
粮食、饲料，而且是重要的工业原材料，广泛用于食品、
化工、能源、机械、建筑、制药等行业［1］。籽粒中淀粉
的合成主要在造粉体中完成，由腺苷二磷酸葡萄糖焦
磷酸化酶(ADP-glucose pyrophosphorylase，AGPase)、淀
粉合成酶(starch synthase，SS)、淀粉分支酶(starch
branching enzyme，SBE )及 淀 粉 脱 支 酶 (starch
debranching enzyme，DBE)等一系列酶催化合成［2］。
其中 SS 的作用是将 AGPase 合成的腺苷二磷酸葡萄糖
(ADP-glucose，ADPG)分子上的葡萄糖残基转移到葡
聚糖引物的非还原端，延长葡聚糖链［3］。虽然目前玉
米中已经发现了 10 种 SS 同型体，但有研究显示玉米
胚乳中 zSSⅠ活性占胚乳淀粉合成酶总活性的 65%以
上。Guan 等报道 zSSⅠ不仅可以延长葡聚糖链，还可
能起始淀粉的合成，因此 zSSI 在玉米淀粉生物合成中
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3 期 外源激素和糖类对玉米 zSs1 表达的影响
具有重要的作用［4］。研究 zSSI 的编码基因 zSs1 的表
达调控模式对于了解玉米淀粉生物合成途径具有重要
意义。RT-PCR 是研究基因量化表达的有效工具，在
控制作物重要性状的基因表达研究中大量应用［5 ～ 7］。
糖类是植物碳代谢和能量代谢的基本底物，也是
淀粉生物合成的原料，同时糖类也具有与植物激素类
似的功能，是控制植物生长发育的重要信号分子［8］。
就淀粉的生物代谢途径而言，植物激素和糖类能诱导
该途径中多个基因的表达［9，10］。研究表明外源 GA3
对陆地棉矮化突变体 AS98 的 α-淀粉酶活性影响具有
浓度效应，低浓度 GA3 具有促进作用
［11］。研究发现蔗
糖能增强红薯 ADPGPPase 大小亚基的 mRNA 表达水
平［12］;水 稻 培 养 细 胞 中 蔗 糖 和 ABA 能 增 强
ADPGPPase 大亚基 OsAPL3 的转录水平的表达，淀粉
含量也相应增加［13］。玉米胚乳悬浮细胞中 sbe1 基因
受外源葡萄糖的诱导［14］;玉米 wx 基因表达受外源蔗
糖的诱导［15］;在禾本科植物种子萌发期间，糊粉层细
胞中 α-淀粉酶合成和释放严格地受 GA3 诱导和 ABA
抑制［16］。
本研究以玉米优良自交系 18 － 599 叶片为材料，
分别在含有甘露醇、蔗糖、葡萄糖的培养基中处理，或
分别再添加 ABA、GA 处理，然后提取总 RNA，通过实
时荧光定量 PCR 检测 zSs1 基因 mRNA 水平表达量变
化，以期探索外源激素和糖类对 zSs1 基因表达的影
响，为进一步了解玉米淀粉生物合成的调控机理和利
用人工手段调节玉米淀粉的生物合成奠定基础。
1 材料与方法
1. 1 材料及处理
玉米优良自交系 18 － 599 种子由四川农业大学玉
米研究所提供。将玉米种子盆栽于光照培养箱中，培
养条件为:28℃ 光照 16h，24℃ 黑暗 8h，相对湿度
70%。30d 后，取光照中期的玉米叶片用 0. 1% 的
HgCl［17］2 灭菌 5 ～ 10min，无菌水清洗 4 ～ 6 次，分别置
于 9 种不同培养基上培养 48h。基础培养基为
20mmol /L CaCl2，20mmol /L 琥珀酸钠，pH5. 0，碳源分
别为 0. 2mmol /L 的甘露醇、葡萄糖、蔗糖，每种碳源又
设 3 种处理，不含激素、添加 100μmol /L 的 ABA 和
50μmol /L 的 GA，于光照中期取样，液氮速冻，－ 70℃
保存备用。
1. 2 测定方法
1. 2. 1 总 RNA 的提取与检测 玉米处理样品总
RNA 提取按天根植物总 RNA 提取试剂盒说明进行，
并经 DNaseI 处理去除痕量的基因组 DNA。用核酸蛋
白仪测定 A260和 A280值，检测 RNA 样品的纯度及浓
度，并对 RNA 样品进行琼脂糖凝胶电泳分析。
1. 2. 2 cDNA 第 1 链的合成 以玉米叶片总 RNA 为
模板，按宝生物工程(大连)有限公司反转录试剂盒
(PrimeScriptTM)操作说明合成第一链 cNDA。反应条
件:37℃下反转录 15min;85℃ 下反转录酶失活反应
5s。反转录产物贮存于 － 80℃冰箱备用。
1. 2. 3 Real-time PCR 检 测 分 析 利 用 Primer
Premer5. 0 引物设计软件，根据 GenBank 中 zSs1 基因
序列(序列号:AF036891)，在其 3端非编码区设计基
因特异引物 Ss1-F:5-TGGGAAGGGCTAATGAAG-3和
Ss1-R:5-CTATAGGATGATGAACTGATG-3。内 参 基
因 Ubi 特异引物 Ubi-F:5-GTCGTTTAAGCTGCCG-3，
Ubi-R:5-CACAGGCTTCAATTTCAAAC-3。以稀释 10
倍的反转录第 1 链 cDNA 为模板，对 zSs1 基因进行荧
光定量 PCR 扩增，分别检测目的基因在玉米叶片中受
外源激素和糖类处理后的表达变化情况。标准曲线的
建立以倍比稀释的 cDNA 为模板。荧光定量 PCR 按
RealMasterMix(SYBR Green)PCR 试剂盒(北京天根科
技有限公司)操作说明进行，PCR 反应条件为 2. 5 ×
RealMasterMix 11. 25μl，上、下游特异引物各 0. 5μl，
cDNA 模板 2μl，添加 ddH2O 至 25μl。实时荧光定量
PCR 的程序为:95℃预变性 1min;95℃变性 20s，58℃
退火 20s，68℃延伸 20s，40 个循环。延伸结束后 65℃
～ 95℃进行溶解曲线分析。每组设 3 次重复。
2 结果与分析
2. 1 总 RNA 的完整性检测
提取处理后玉米叶片总 RNA，经琼脂糖凝胶电泳
检测表明(图 1)，28S、18S 两条带清晰可见，且 28S 亮
度约为 18S 亮度的 2 倍;核酸蛋白仪测定 A260 /A280值
介于 1. 9 ～ 2. 1 之间，表明提取总 RNA 样品的完整性
和纯度较好，均符合反转录的要求。
2. 2 标准曲线的建立
采用 Real-time PCR 技术分别对 zSs1 基因、内参基
因 Ubi 进行荧光定量分析，并绘制标准曲线(图 2)，结
果表明，标准品 cDNA 起始浓度的对数值与 Ct 值呈一
直线，且重复性好，基因起始模板的拷贝对数与 Ct 值
均成反比线性关系，且相关系数大于 99%。说明
zSs1、Ubi 引物的设计较为合理。
2. 3 融解曲线
如图 3 显示，zSs1 基因和内参基因 Ubi 的 PCR 产
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核 农 学 报 25 卷
图 1 不同处理玉米叶片总 RNA 琼脂糖凝胶电泳图
Fig． 1 Agarose gel electrophoresis
of RNA from maize leaf
1:基础盐处理;2:甘露醇处理;3:甘露醇加 ABA 处理;4:甘露醇
加 GA 处理;5:葡萄糖处理;6:葡萄糖加 ABA 处理;7:葡萄糖加
GA 处理;8:蔗糖处理;9:蔗糖加 ABA 处理;10:蔗糖加 GA 处理
1:Cultured in basic salt;2:treated with mannitol alone;3:treated
with mannitol and ABA;4:treated with mannitol and GA;5:treated
with glucose alone;6:treated with glucose and ABA;7:treated
with glucose and GA;8:treated with sucrose alone;9:treated with
sucrose and ABA;10:treated with sucrose and GA
物的融解曲线峰值分别在 84. 5℃和 85. 0℃，融解温度
均一，溶解曲线单一峰值，未见杂峰出现。说明 PCR
参数选择合适，zSs1 基因和内参基因 Ubi 的 PCR 产物
特异较好，非特异性产物对结果影响较小。
2. 4 不同外源性激素和糖类对玉米 zSs1 表达的影响
从图 4 可知，与只含基础盐培养基处理的叶片相
比，zSs1 基因在甘露醇和葡萄糖处理培养基中的表达
没有明显变化，而在分别添加 ABA 和 GA 的甘露醇培
养基中表达量明显增加;添加 ABA 和 GA 后 zSs1 基因
的表达量约增加 2 至 3 倍。在含葡萄糖的培养基中分
别添加 ABA 和 GA 后表达量均增加 2 倍左右;zSs1 基
因在蔗糖培养基中的表达量约为在甘露醇培养基中的
2. 5 倍，分别添加 ABA 和 GA 后，表达量继续增加，均
再增加了约 2 倍。 zSs1 基因在添加 ABA 的蔗糖培养
基中的表达量约为在添加 ABA 甘露醇培养基中的
1 . 8倍，约为添加ABA的葡萄糖培养基中的2 . 1倍;
图 2 标准曲线的绘制
Fig． 2 Standard curve
A:Ubi 基因的标准曲线图;B:zSs1 基因的标准曲线图
A:standard curve for Ubi gene;B:standard curves for zSsI gene
zSs1 基因在添加 GA 的蔗糖培养基中的表达量约为添
加 GA 的甘露醇培养基中的 2. 5 倍，约为添加 GA 的葡
萄糖培养基中的 2. 3 倍。
3 讨论
植物激素作为信息传递物质，在作物的生长发育
过程中尤其是籽粒灌浆时期，对淀粉合成有重要的调
控作用［3］。糖类是植物碳代谢和能量代谢的基本底
物，也是淀粉生物合成的原料，同时也具有与植物激素
类似的功能，是控制植物生长发育的重要信号分
子［8］。本试验对不同糖类和植物激素对玉米叶片中
zSs1 基因表达的影响进行了初步研究，结果发现单独
用甘露醇处理，玉米叶片中 zSs1 基因表达量与基础盐
处理没有明显变化，证明甘露醇适合作为本试验调节
培养基渗透压的物质。单独用葡萄糖处理叶片，zSs1
基因表达量也没有发生明显变化，而用蔗糖处理后，玉
米叶片中 zSs1 基因的表达量显著增强。有报道称用
高浓度糖处理组织后，一些基因的表达上调并不是因
为糖类的作用，而是渗透压升高的缘故［17］。本试验中
含等渗的甘露醇培养基处理叶片，zSs1 基因表达量没
有发生明显变化，zSs1 基因表达的上调是因为蔗糖的
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图 3 基因融解曲线图
Fig． 3 Melt curve peak chart of gene
A:Ubi 基因融解曲线;B:zSs1 基因融解曲线
A:melt curve peak chart of Ubi gene;B:melt curve peak chart of zSs1 gene
图 4 zSs1 基因在经过激素和糖类处理后的表达情况
Fig． 4 Expression of zSs1 gene after leaves treated
by exogenous hormones and sugars
CK:基础盐处理;NTC-1:空白对照;Man:甘露醇;
Glu:葡萄糖;Suc:蔗糖
CK:cultured in basic salt;Man:mannitol;
Glu:glucose;Suc:sucrose
处理，而不是渗透压影响的结果，表明蔗糖能促进玉米
叶片 zSs1 基因的表达。张海艳等认为，在淀粉合成场
所造粉体中，蔗糖是淀粉合成的碳源，淀粉合成底物增
加从而诱导淀粉合成相关酶的表达量增加［18］，与本研
究结论一致。此外，Ahn 等报道蔗糖能诱导马铃薯中
淀粉合成酶的表达［19］，本研究也得出了相似的结论。
用葡萄糖单独处理后 zSs1 的表达量没有发生明显变
化，可能是因为葡萄糖不是植物体内糖类运输的主要
形式。
在添加甘露醇的培养基中分别再添加 ABA 或 GA
后叶片 zSs1 基因的表达量明显增加，含葡萄糖的培养
基中同样如此，表明 ABA 和 GA 对 zSs1 的表达有诱导
作用，两种外源激素均能上调叶片中 zSs1 基因的表
达。zSs1 基因在单独用蔗糖处理时其表达量比用甘露
醇单独处理升高 2 倍左右，在含蔗糖的培养基里再分
别添加 ABA 或 GA 后，表达量比用甘露醇单独处理的
表达量要高 4 ～ 5 倍，说明蔗糖和植物激素 ABA 或 GA
均能促进叶片中 zSs1 基因的表达，且其促进作用呈叠
加效应。这与淀粉合成中的另一个关键酶 AGPase 的
一些编码基因有些差别。Akihiro 等报道，水稻 AGPase
酶大亚基编码基因 OsAPL3 在单独受蔗糖或 ABA 处理
时表达量变化不明显，而用蔗糖和 ABA 协同处理时表
达量显著增加［20］，拟南芥 AGPase 酶基因也有类似的
报道［21］。
本研究结果初步了解了外源糖类和植物激素对玉
米 zSs1 基因表达的影响，一方面为 zSs1 基因启动子的
元件分析，解析 zSs1 表达作用机理奠定了基础，同时
为改良玉米栽培条件，提高淀粉产量和改良淀粉品质
提供了理论依据。
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(下转第 505 页)
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其品质的影响不大，5kGy 即可满足杀菌保藏的需求。
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(责任编辑 高美须 裴 颖
櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀
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(责任编辑 王媛媛)
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