全 文 ：植物生理学通讯 第42卷 第5期，2006年10月 877
外源SOD 和 APX 基因在转基因烟草中的表达与遗传
刘飞虎1,* 梁雪妮2 周玮1 刘明求1
云南大学1 生命科学学院，2 成人教育学院，昆明 650091
提要 分析转超氧化物歧化酶基因(SOD)或抗坏血酸过氧化物酶基因(APX)烟草及其自交和杂交后代的叶片中超氧化物歧
化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性的结果表明：转基因烟草的SOD和POD活性在终花期最强，不同叶位叶中SOD活性
差异不明显，POD 活性以下部叶为最高；转基因烟草的 SOD 或 POD 活性显著高于近等基因的非转基因品系。杂交后代
(F1、F2)的 SOD 活性能保持稳定，略高于亲本；自交后代(S1~S3)与自交亲本的 SOD 和 POD 活性相当。
关键词 转基因烟草；超氧化物歧化酶；抗坏血酸过氧化物酶；外源基因；基因表达
Expression and Heredity of Exogenous SOD or APX Gene in Transgenic To-
bacco (Nicotiana tabacum L.)
LIU Fei-Hu1,*, LIANG Xue-Ni2, ZHOU Wei1, LIU Ming-Qiu1
1College of Life Science, 2College of Adults Education, Yunnan University, Kunming 650091, China
Abstract In this experiment, superoxide dismutase (SOD) and/or ascorbate peroxidase (APX) activities in
leaves of SOD- or APX-gene transformed tobacco (Nicotiana tabacum L.) plants and their self-bred and
hybridization progenies were analyzed. The transgenic tobacco had highest SOD and peroxidase (POD) activi-
ties at the end-bloom stage; no significant difference in SOD activity was observed in leaves at upper, middle
and base parts of a plant, but the base leaves had the highest POD activity. The transgenic tobacco had SOD
and POD activities remarkably higher than the non-transgenic tobacco. The SOD activities in hybrid progenies
(F1 and F2) maintained steady and were a little more than parental plants. While the SOD or POD activities of
self-bred progenies (S1–S3) and their parents were similar.
Key words transgenic tobacco (Nicotiana tabacum L.); superoxide dismutase (SOD); ascorbate peroxidase
(APX); exogenous gene; gene expression
收稿 2006-06-06 修定 　2006-09-18
资助 云南省人才基金(2000C0001G)。
*E-mail: plantbreed2004@yahoo.com.cn, Tel: 0871-
5035256
在非生物逆境和一些生物逆境胁迫下，植物
体内产生过量的活性氧类物质对植物造成伤害。
超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、
过氧化物酶(peroxidase，POD)、抗坏血酸过氧化
物酶(ascorbate peroxidase，APX)和过氧化氢酶
(catalase, CAT)均属于植物的保护酶系统，它们清
除植物体内过多的活性氧，可以保护植物免受或
减轻逆境胁迫的伤害。培育 SOD 基因高表达(SOD
活性显著增强)的转基因植物并提高其抗逆性的研
究多有报道(Gupta 等 1993；McKersie 等 1993；
Yu 等 1999；Yu 和 Rengel 1999；Kwon 等 2002；
曾淑华等 2005)，但转 POD (或 APX)基因增强植
物抗性的报道较少(Kornyeyev等2001)。外源基因
在转基因植物中的表达水平及其遗传稳定性是基因
工程育种者最关心的问题，也是转基因植物安全
性评价的一个方面。某些转基因作物外源基因表
达和遗传特性的研究较多(简玉瑜等2001；Payton
等 2001；王军辉等 2004)，而关于转 SOD 或 POD
基因烟草中外源基因表达稳定性的分析尚未见报
道。本文报道转SOD 和 APX 基因烟草(Nicotiana
tabacum L.)的外源 SOD、POD 表达水平及其在不
同世代的遗传稳定性，以期能为评价 SOD 和 APX
基因过量表达的转基因植物的利用价值提供参考。
材料与方法
试验于2001~2004年进行，烟草(Nicotiana
tabacum L.)由国外引进，转基因烟草品系有：转
Fe-SOD 基因叶绿体高表达品系(简称 Fe-H)，转
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Mn-SOD 基因叶绿体高表达品系(简称 Mn-H)，转
反义Mn-SOD 基因品系(低表达，简称 Mn-L)，转
APX 基因叶绿体高表达品系(简称 APX-H)，受体
亲本品系(非转基因对照，简称 N-GM O )，以及
转基因品系的杂交 F 1、F 2 和自交 S 1、S 2、S 3。
2001年，种植转基因品系的部分种子进行杂
交和自交，获得 F1 和 S1；2002~2003 年，继续
培育杂交和自交后代并进行预备试验；2004 年，
将所有材料同时种植于土壤肥力一致的苗圃中，
杂交(自交)亲本、杂交后代、自交后代、N-GMO
分区种植，设立保护行，株行距为40 cm×60 cm
(植株生长偏小，故较密)，按常规栽培管理。
分别于十四叶龄期、开花前期、盛花期(所有
植株大量开花，并有少量结实)和开花后期(花全凋
谢，已大量结实)，从每个试验材料中选择10 株
生长一致的植株，分单株取中部叶片为样品(从顶
部展开叶往下数，十四叶龄期取第 8 叶，其他时
期取第12 叶)，测定SOD 和 POD 活性以及蛋白质
含量。于盛花期对部分材料(Fe-H、Mn-H、APX-
H)取第2叶、第12叶和第17叶(每个品系取10株)，
测定不同叶位叶片的 S O D、P O D 活性。
用刘祖祺和张石城(1994)介绍并略加改进的方
法(中国科学院上海植物生理研究所和上海市植物
生理学会 1999)测定 SOD、POD 活性和可溶性蛋
白质含量。提取粗酶液时，称取 0.5 g 左右叶片
(去除主叶脉)，分 3 次共加入 5 mL 提取液[50
mmol·L-1 pH 7.8磷酸缓冲液，内含0.1 mmol·L-1
EDTA、0.3% (W/V) Triton X-100、4% (W/V)聚
乙烯吡咯烷酮]，于冰浴中研磨，匀浆后在4℃下
以 13 000×g 离心20 min，上清液即为粗酶液，在
0℃中保存；随即测定 SOD 和 POD 活性以及可溶
性蛋白质含量。采用氯化硝基四氮唑蓝(NBT)光
还原法测定 SOD 活性，愈创木酚法测定 POD 活
性、考马斯亮蓝(G - 2 5 0 )法测定可溶性蛋白质
含 量 。
结果与讨论
1 不同生育期转基因烟草的SOD 和 POD活性差异
从图1和图 2可以看出：(1)不同品系SOD 活
性的差异主要表现在生育后期(终花期)，其他生
育期则差异甚小。对于 P O D 而言，虽然也是终
花期活性最强，但不同品系 POD 活性的生育期差
异有所不同，有些品系在始花期，所有品系在盛
花期也有较高的 POD 活性。(2) APX-H 的 SOD 活
性比非转基因的品系(对照)明显增强，推测 APX
和SOD均为与逆境胁迫相关的酶(它们共同参与清
除植物因遇逆境而产生的过量活性氧)，外源APX
基因的表达还可能会激发内源 SOD 基因的超量表
达，因而转 APX 基因品系的 SOD 活性得以提高。
此外，Mn-L 中的反义基因并不抑制植株中内源
SOD 基因的表达，因此其 SOD 活性水平与 N-GMO
图1 不同生育期转基因烟草的SOD活性
Fig.1 SOD activities of transgenic tobacco
during different growth stages
图2 不同生育期转基因烟草的POD活性
Fig.2 POD activities of transgenic tobacco
during different growth stages
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相当。一些研究证明，反义基因技术确能抑制内
源基因的表达，但同时也有不少反义基因抑制作
用不明显或完全无效的例子(涂长春和殷震1992；
马峻等 2002)。
2 转基因烟草植株间 SOD 和 POD 活性的差异
终花期取样测定的结果表明，同一烟草品系
的不同单株之间(P1~P10)的 SOD 和 POD 活性都表
现出较为明显的差异(图 3、图 4)。因此，我们
在其他内容的分析中都取10株单株为样品，以尽
量消除个体差异对实验结果的影响。来源于同一
品系(一个单株的后代)的不同单株中，部分单株
的 SOD 和 PO D 活性差异较大，推测这种差异可
能是生长环境不完全相同，因而不同植株的生理
状态不同引起的。
求可以宽一些，但测定 P O D 活性时的叶位应一
致，否则即会降低可比性。为了兼顾 POD 和 SOD
两者活性的叶位差异，我们均采用中部叶片为样
品。
4 外源 SOD 或 POD 基因表达稳定性和遗传特点
从图 7~9 可见：
(1)用转 SOD基因的 3个品系为亲本，配制6
个杂交组合，分析 F1、F 2 的 SOD 活性水平的结
果(图 7)表明：①高表达亲本(Fe-H和 Mn-H)为母
本的杂交后代 SOD 活性水平高，低表达亲本(Mn-
L)为母本的杂交后代 SOD 活性水平亦低；②高表
图5 盛花期转基因烟草不同叶位的SOD活性
Fig.5 SOD activities in leaves on different parts of
transgenic tobacco plant during full-blooming stage
图4 终花期转基因烟草POD活性的株间差异
Fig.4 Plant differences of POD activity of transgenic
tobacco during end-blooming stage
图3 终花期转基因烟草SOD活性的株间差异
Fig.3 Plant differences of SOD activity of transgenic
tobacco during end-blooming stage
3 转基因烟草叶位间的 SOD 和 POD 活性差异
盛花期测定的结果中，除个别品系如 APX-H
的下部叶 SOD 活性明显较低外，其它转基因烟草
的SOD活性的叶位差异不明显(图 5); POD活性则
以下部叶片为最高，上部叶片最低，上部和中部
叶片的POD活性差异不显著(图 6)。烟草叶片POD
活性之所以随着叶位的下降而升高，其原因可能
是下部叶接近衰老、生理环境不良(如相对阴暗、
潮湿等)导致与逆境相关的酶 POD 活性上升。基
于这些结果，我们认为测定 SOD 活性时的叶位要
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达杂种的 S O D 活性比高表达亲本的活性略有提
高，其原因有待研究；③杂交后代可以保持外源
SOD 基因高表达的特性，就所研究的世代看，高
表达特征可以稳定遗传。
(2) SOD 或 POD 高表达品系的自交后代分析
结果表明，从 S0 (自交亲本)到 S3 代，外源 SOD
和 POD 基因的表达是稳定的，表现在各自交世代
之间、自交世代与其亲本之间的 SOD 和 POD 活
性基本上稳定，世代间差异不显著，而且都稳定
图7 终花期转基因烟草杂交后代的SOD活性
Fig.7 SOD activities of hybrid progenies of transgenic
tobacco during end-blooming stage
1: Fe-H×Mn-L; 2: Mn-L×Fe-H; 3: Fe-H×Mn-H; 4: Mn-H×
Fe-H; 5: Mn-L×Mn-H; 6: Mn-H×Mn-L; 7: N-GMO; 8: Mn-H; 9:
Fe-H; 10: Mn-L。
图9 盛花期(F)和终化期(E)转基因烟草
自交后代的 POD 活性
Fig.9 POD activities of self-bred progenies of transgenic
tobacco during full-blooming (F) and
end-blooming (E) stages
高于非转基因品系(N-GMO) (图 8、图 9)。但 Mn-
H 的 SOD 活性水平低于 APX - H 的，原因尚待研
究。基于自交后代酶活性水平的稳定性分析，本
文采用的转基因烟草中的外源 SOD 或 APX 基因表
达水平高，而且这种高表达特性可以在后代中稳
定遗传。
图6 盛花期转基因烟草不同叶位的POD活性
Fig.6 POD activities in leaves on different parts of
transgenic tobacco plant during full-blooming stage
图8 终花期转基因烟草自交后代的SOD活性
Fig.8 SOD activities of self-bred progenies of transgenic
tobacco during end-blooming stage
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