全 文 ：植物生理学通讯 第 44卷 第 2期，2008年 4月268
过量表达谷胱甘肽转移酶基因对转基因拟南芥抗旱能力的影响
戚元成 1,2，张小强 2，刘卫群 2，邱立友 2,*
河南农业大学 1农学院，2生命科学学院，郑州 450002
提要：盐地碱蓬谷胱甘肽转移酶基因(GST)在拟南芥中过量表达后，在干旱胁迫下，转基因拟南芥植株的干重比野生型
植株高，其总谷胱甘肽含量和谷胱甘肽库的氧化水平都比野生型植株的高，而丙二醛含量则比野生型的低。这些显示转
基因拟南芥的抗干旱胁迫能力有所增强。
关键词：谷胱甘肽转移酶基因；抗旱性；拟南芥
Effects of Glutathione S-Transferase Overexpression on Drought Resistance of
Transgenic Arabidopsis thaliana
QI Yuan-Cheng1,2, ZHANG Xiao-Qiang2, LIU Wei-Qun2, QIU Li-You2,*
1College of Agronomy, 2College of Life Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China
Abstract: The effects of Suaeda salsa glutathione S-transferase (GST) overexpression in Arabidopsis thaliana
on damage extent during drought stress were demonstrated. The dry weight of transgenic A. thaliana plants
was higher than that of wild plants under drought stress. The total glutathione content was much higher and the
glutathione pool was more oxidized and malondialdehyde (MDA) content of transgenic A. thaliana plants was
much lower than in wild A. thaliana plants under stress condition. The results indicated that GST overexpression
increased the desiccation tolerance of transgenic A. thaliana plants.
Key words: glutathione S-transferase; desiccation tolerance; Arabidopsis thaliana
收稿 2007-10-15 修定 2008-03-02
资助 国家“8 6 3”项目(2 0 0 2 AA6 2 9 0 8 0 )和国家重点基础
研究发展规划项目(G19 950117 00)。
* 通讯作者(E-mail：qliyou@henau.edu.cn；Tel：0371-
6 3 5 5 5 1 5 3 )。
王丽萍等(2002)曾从盐地碱蓬(Suaeda salsa)
cDNA文库中克隆了谷胱甘肽转移酶基因(glutathione
S-transferase，GST)。戚元成等(2004)的工作表
明，过量表达GST基因的拟南芥转基因植株比野
生型有较强的抗盐胁迫能力。此外，据 Swindell
(2006)报道，不同胁迫类型可以影响相同类型基
因的表达，且同种类型基因的表达产物可以抵御
不同胁迫类型。根据这些认识，本文比较干旱胁
迫下转基因和野生型拟南芥中几种与抗旱性相关的
生理指标差异，初步证实过量表达GST基因与拟
南芥抗旱性有关系。
材料与方法
转基因和野生型拟南芥(Arabidopsis thaliana
ecotype Columbia)由山东师范大学逆境植物重点实
验室提供。
将拟南芥种子悬浮于0.1%的琼脂溶液中，于
4 ℃低温下处理 3 d。蛭石、草炭和珍珠岩按体
积比 6:2:1混合制备营养土，土装在黑色秧盘中。
浇水，直至营养土刚好吸足为止(即托盘中没有剩
余的水)。将上述种子播种在同一秧盘中，用保
鲜膜覆盖，7 d后每隔 1 d浇灌一次Hoagland溶
液。培养期间温度保持在 23 ℃，相对湿度为 70%，
光源为荧光灯，光照强度为 85 µmol·m-2·s-1，照光 16
h·d-1。4周后转基因和野生型两种植株均用 30%
PEG分别处理 0、90、120 min后，从托盘中移
出用作实验。
转基因和野生型拟南芥分别取3株测定干重。
丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量按Draper
和Hadley (1990)文中方法测定，略有改动。取 1
g拟南芥叶片，加入 4 mL 0.25%硫代巴比妥酸(溶
于 10%的三氯乙酸)溶液后研磨，于 95 ℃下加热
30 min，冰浴冷却，以 15 000×g离心 10 min，取
上清液测定 OD532、OD600和OD450值。按MDA
(µmol·mL-1)= 6.45×(OD532-OD600)-0.560×OD450计算。
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测定谷胱甘肽含量时，取 0.5 g拟南芥叶片，
加入 1 mL 1 mol·L-1 HClO4，4 ℃下研磨后，以
18 500×g离心 20 min，取上清液，用 K2CO3调
pH到 5.6，再以 18 500×g离心 20 min，取上清
液作为测试 GSH的备用母液。总谷胱甘肽含量
的测定于 1 mL的反应体系中进行，反应体系含
800 µL 0.3 mmol·L-1 NADPH、100 µL 6 mmol·L-1
2-硝基苯甲酸(2-nitrobenzoic acid，DTNB)、100
µL提取液、1个单位的谷胱甘肽还原酶。15 min
后测定 A 412值。测定氧化态谷胱甘肽(oxidized
glutathione，GSSG)时，也以上述 1 mL反应体系
和反应组分，另在提取液中加 2 µL的 2-乙烯嘧
啶，然后将反应体系放在 25 ℃下培养 1 h后测
定 A412值。总谷胱甘肽和氧化态谷胱甘肽含量之
差即为还原态的谷胱甘肽(reduced glutathione，
GSH)含量。
结果与讨论
1 干旱胁迫下转基因拟南芥的生物量变化
经PEG处理的转基因和野生型拟南芥植株在
表型上没有明显变化，野生型的干重比转基因的
显著下降(图 1)。这表明干旱胁迫条件下过量表达
GST以后的转基因拟南芥生长态势较好。
(图 2)。这表明GST基因过量表达的转基因植株，
其脂质过氧化物类物质的积累下降。
3 干旱胁迫下转基因拟南芥的GSH含量变化
在非干旱胁迫条件下，转基因和非转基因
拟南芥的谷胱甘肽总量差异不大，但在干旱胁
迫条件下两者的谷胱甘肽总量都有较大幅度的提
高(图 3 )。同时，在非干旱胁迫条件下，两者
的谷胱甘肽总量差异虽不大，但转基因的拟南
芥中 GSH受氧化的水平却明显高于非转基因植
株；在干旱胁迫条件下，这种氧化水平的差异
更加明显，并随着胁迫时间的延长而逐渐增大
(图 4 )。
图 1 干旱胁迫下转基因和非转基因植株的干重变化
Fig.1 Changes in dry weight in transgenic and non-transgenic
plants under drought stress
图 3 干旱胁迫下转基因和非转基因植株
的GSSG+GSH含量变化
Fig.3 Changes in GSSG+GSH content in transgenic and non-
transgenic plants under drought stress
2 干旱胁迫下转基因拟南芥的MDA含量变化
干旱胁迫前后，转基因植株中MDA含量变
化较小，而非转基因植株的MDA含量明显增加
图 2 干旱胁迫下转基因和非转基因植株
叶中的MDA含量变化
Fig.2 Changes in MDA content of leaves in transgenic and
non-transgenic plants under drought stress
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图 4 干旱胁迫下转基因和非转基因植株
的GSSG/(GSSG+GSH)比值变化
Fig.4 Changes in GSSG/(GSSG+GSH) ratio in transgenic and
non-transgenic plants under drought stress
参考文献
戚元成, 张世敏, 王丽萍, 王明道, 张慧(2004). 谷胱甘肽转移酶基
因过量表达能加速盐胁迫下转基因拟南芥的生长. 植物生理
与分子生物学学报, 30 (5): 517~522
王丽萍, 戚元成, 赵彦修, 张慧(2002). 盐地碱蓬 GST基因的克
隆、序列分析及其表达特征. 植物生理与分子生物学学报,
28 (2): 133~136
Draper HH, Hadley M (1990). Malondialdehyde determination as
index of lipid peroxidation. Methods Enzymol, 186: 421~
431
Swindell WR (2006). The association among gene expression
responses to nine abiotic stress treatments in Arabidopsis
thaliana . Genetics, 174 (4): 1811~1824