全 文 ：书西北植物学报!
"#$! %$
"
%
#$"$&""$&$
!"#$%&#%&()$*+,""-.)/#0-/
!!
文章编号$#"""(&"!$
"
!"#$# "%("$&"(")
!!!!!!!!!!!!!!!
!"#
$#"*+)") % , *-../*#"""(&"!$*!"#$*"%*"$&"
收稿日期$!"#&(#"(#) &修改稿收到日期$
!"#$("#("$
基金项目$国家重点基础研究发展计划" !"#$01#$"&"! #&国家自然科学基金"$#&+2#32
#&西北农林科技大学科研启动基金"
4#"2"!#%"&
#
作者简介$陈晓丽" #22" #!女!在读硕士研究生!主要从事植物水分生理生态研究 5(67-8$
9:;/<-7=8-&#!$! #)%*9=6 " 通信作者$邓西平!博士!教授!博士生导师!主要从事植物水分生理生态研究
5(67-8
$>;/ ? < @! 6.*-.A9*79*9/ 过表达 12,( 基因甘薯增强抗旱性的生理机制 陈晓丽#!!李红兵!!王林林#!!李孟洁!!李雨霖!!郭尚洙%!邓西平!" " # 西北农林科技大学 生命科学学院!陕西杨陵 +#!#"" & ! 中国科学院水利部水土保持研究所 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国 家重点实验室!陕西杨陵 +#!#"" & % 韩国生命工学研究院!韩国大田# 摘 ! 要$以超表达甘薯橙色基因"
!"#$#的转基因甘薯" BC #以及非转基因甘薯" DB #为实验材料!通过 #$E
聚乙二
醇
)"""
"
F5G()"""
#模拟干旱条件!研究转基因与非转基因甘薯幼苗在水分胁迫不同时间的光合系统!膜脂过氧化
及抗氧化防御系统中主要指标的变化情况!探讨转基因甘薯耐旱性的生理机制结果显示$" # #随 F5G()""" 胁迫 时间延长!甘薯叶片的叶绿素(类胡萝卜素含量及其叶片净光合速率(气孔导度(胞间 0H ! 浓度(蒸腾速率都显著降 低!但转基因株系降低幅度小于非转基因植株" ! #在正常供水和水分胁迫下!超表达 !"#$
基因甘薯叶片中
H

)
!
(
IJK
含量均低于非转基因甘薯!即转基因甘薯具有较低的活性氧水平且脂膜受损伤较小"
%
#
F5G()"""
胁迫
!&
:
后!甘薯叶片中
CHJ
(
FHJ
酶活性均增加!
&3:
达到最大值!且转基因甘薯中
!
种酶活性显著高于非转基因甘薯
研究表明!过表达
!"#$基因可以有效减轻甘薯在水分胁迫条件下受损害的程度!且可能主要通过提高甘薯的抗氧 化胁迫能力来完成 关键词$转基因甘薯&水分胁迫&光合系统&抗氧化系统
中图分类号$L+32 文献标志码$
K
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
BW7/.
?
;/-97/>/=/(XW7/.
?
;/-9.A;;X
@
=X7X=;.A;W;T.;>7.;<
@
;W-6;/X7867X;W-78T/>;W#$E F5G()""".-6T87X;>A7X;W.XW;..9=/>-X-=/*^;. @ =/.;=V8- @ -> @ ;W=<->7X-=/ ! @ :=X=. ] /X:;X-97/>7/X-=<->7( X-\;. ] .X;6>TW-/ ? A7X;W.XW;..-/XW7/. ? ;/-9.A;;X @ =X7X=8-/;. " BC # =\;W;< @ W;..-/ ? !"#$7/>/=/(XW7/.(
?
;/-98-/;
"
DB
#!
A;W;.XT>-;>X=;<
@
8=W;X:;
@
:
]
.-=8=
?
-9786;9:7/-.6=VXW7/.V;WW-/
??
;/;-/9W;7.;X:;
>W=T
?
:X.XW;..X=8;W7/9;=V.A;;X
@
=X7X=*B:;W;.T8X..:=A;>X:7X
$"
#
#
K.A7X;W.XW;..X-6;;;>
!
9:8=(
W=
@
:
]
8
!
97W=X;/=->.
!
@
:=X=.
]
/X:;X-9
@
7W76;X;W..T9:7.
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` ] 6;-/9W;7.;> ! 7/>&3:87X;W ! X:;;/` ] 6;79X-\-X-;.W;79:;>X:;67<-6T6 ! A:-8; ! A:-9:-/BC8-/;. -..- ? /-V-97/X8 ] :- ? :;WX:7/X:7X-/DB @ 87/X.*C=A;97/9=/98T>;X:7X=\;W;< @ W;..-=/!"#$
?
;/;9=T8>;V(
V;9X-\;8
]
W;>T9;>767
?
;>;
?
W;;=V.A;;X
@
=X7X=T/>;WX:;9=/>-X-=/=VA7X;W.XW;..*B:;X=8;W7/9;X=A7X;W
>;V-9-X67
]
Q;79:-;\;>6=.X8
]
Q
]
-6
@
W=\-/
?
X:;7/X-=<->7/X7Q-8-X
]
=V.A;;X
@
=X7X=*
>&
?
8"!*
$XW7/. ? ;/-9.A;;X @ =X7X= & A7X;W.XW;.. & @ :=X=. ] /X:;X-9. ] .X;6 & 7/X-=<->7X-\;. ] .X;6 !! 正常条件下!植物细胞中产生的活性氧与其清 除系统保持平衡!而当环境胁迫长期作用于植株!产 生的活性氧超出了活性氧清除系统的能力时!就会 引起活性氧累积产生氧化伤害!从而使细胞功能失 常!机体出现各种自由基综合症植物体在长期进 化过程中也相应地形成了酶促和非酶促两大类保护 系统!酶促保护系统包括超氧化物歧化酶" CHJ #(过 氧化物酶" FHJ #(过氧化氢酶" 0KB #和谷胱甘肽硫 转移酶等!非酶促系统主要包括一些抗氧化剂如抗 坏血酸" a9 #(类胡萝卜素" 07W #(花青素" K/X:=9 ] 7( /-/. #和谷胱甘肽" GCM #等!它们的协调作用赋予植 物体以清除活性氧的能力!减轻或避免活性氧对细 胞造成伤害!从而表现出对氧化胁迫的抗性 甘薯富含次生代谢产物!尤其是抗氧化化合物 包括花青素(类胡萝卜素和维生素 0 * # + 橙色薯肉 甘薯品种富含类胡萝卜素类胡萝卜素在高等植物 中参与光合作用!一方面阻止激发态叶绿素分子的 激发能从反应中心向外传递&另一方面!它也保护叶 绿素分子免遭光氧化损伤另外!类胡萝卜素作为 K1K 合成的前体!也是人类饮食中维生素 K 的主 要来源*!+橙色基因" =W7/ ? ; ! #$
#的发现提供了改
良作物类胡萝卜素含量的新手段!
#$基因是在菜头 呈橘黄色的花椰菜中发现的天然半显性突变!能使 原本不积累类胡萝卜素的组织如菜头(茎髓(叶子基 部等大量积累类胡萝卜素*%(&+ #$
基因编码一个定
位于质体富含半胱氨酸的
J/7b
类似蛋白正如花
椰菜的
HW
蛋白质,热休克蛋白"
MCF
#!作为分子
伴侣可调控质粒例如!番茄
MCF!#
可保护光合体
系
"
免受氧化胁迫!促进叶绿体转换成有色体!进而
导致类胡萝卜素积累*$+从橙肉甘薯分离的橙色基 因" !"#$
#通过提高类胡萝卜素生物合成基因的表
达水平来增加类胡萝卜素的积累*)+转
#$基因的 土豆块茎和拟南芥花序都表现出类胡萝卜素含量升 高的现象!说明 #$
基因在改良作物的类胡萝卜素
含量方面具有广泛的应用前景*++
甘薯是中国主要的农作物之一!已有许多文献
指出水分胁迫下甘薯的旱害与氧化胁迫有关*3(#"+
干旱胁迫能诱导过量活性氧的产生*##+!导致植物体
内活性氧积累!从而对植物的细胞结构和生理代谢
产生严重的危害!进而使植物遭受生理损害本实
验通过室内水培实验检验
F5G()"""
模拟的干旱胁
迫下!过表达
!"#$基因甘薯是否通过提高自己的抗 氧化能力来增强其对干旱胁迫的抗性 # ! 材料和方法 @*@ ! 实验材料 供试材料紫肉甘薯 C4I 及过表达 !"#$
基因的
!
个转基因株系"
HW!"+
!
HW!#"
#由韩国生命工学研
究院提供!其中转基因株系由包含花椰菜花叶病毒
%$C 启动子的 @ GR1## 植物表达载体构建得到 @ G( R1##(PQHW !进而转化 C4I 获得从盆栽植株中剪 取五叶一心苗移入 # % !M=7 ? 87/> 溶液中!散射光照 强度为 !"" # 6=8 ) 6 ! ) . # !室温为 !"$
%"c
!室
内水培
#
!">

@*A
!
水分胁迫处理
参照张明生等*2+的实验结果!将水培
#
!">
的培养苗转入含
#$E 聚乙二醇" F5G()""" #的 # % ! M=7 ? 87/> 培养液中进行轻度水分胁迫处理!溶液水 势" % RA #约为 "*&&IF7 !分别于胁迫 % ( ) ( !& ( &3 和 +!: 后取样测定各项指标对照材料用不含 F5G()""" 的 # % !M=7 ? 87/> 溶液培养 @*B ! 测定指标及方法 @*B*@ ! 叶绿素含量 ! 叶绿素含量的测定采用丙酮 提取方法称取甘薯叶片鲜样约 "*! ? !置于研钵中 用液氮迅速研磨成粉状!用$6O3"E
丙酮分
%
次
"
!
(
!
和
#6O
#冲洗研钵使粉末充分浸泡于丙酮中!
避光
&c
放置
!:
!每
"*$: 振荡 # 次 !: 后将丙 酮提取液于 &"""d ? 离心 !"6-/ !取上清液!稀释 & 倍后分别测定 &+" ( ))% ( )&)/6% 个波长下的吸 光值 HJ &+" ( HJ ))% 和 HJ )&) !据此计算叶绿素 7 " 7 #( 叶绿素 Q " Q #(叶绿素" ( #和类胡萝卜素" <*9 #的 含量!公式如下$
7e#!*!#HJ
))%
!*3#HJ
)&)
Qe!"*#%HJ
)&)
$*"%HJ ))% (e7fQe#+*%!HJ )&) +*#3HJ ))% <*9e " #"""HJ &+" %*!+7#"&Q #% !!2 @*B*A ! 光合指标 ! 净光合速率(蒸腾速率(气孔导 度和胞间 0H ! 浓度的测定使用美国 O-(0H^ 公司 #&$
%
期
!!!!!!!!!!!!
陈晓丽!等$过表达 !"#$
基因甘薯增强抗旱性的生理机制
生产的
O-()&""
气体交换光合测定系统!采用开放
式气路!测定条件为"
!3g!
#
c
!空气
0H
!
浓度
"
$""g#" # # 6=8 ) 6 ! ) . # !光照强度"$""g#
#
#
6=8
)
6
!
)
.
#

@*B*B
!
活性氧含量
!
超氧阴离子"
H

)
!
#含量的测定
参照王爱国等*#!+的方法!所不同的是样品提取液为
@
M+*3
的磷酸缓冲液!其中含有
!"66=8
%
O5J(
BK(D7
和
!66=8
%
O
盐酸羟胺*#%+
@*B*C
!
丙二醛含量
!
丙二醛"
IJK
#含量测定按照
赵世杰等*#&+的方法
@*B*D
!
抗氧化酶活性
!
CHJ
和
FHJ
活性的测定
参照高俊风*#$+编写的实验指导书 以上各生化指标均用倒 % (倒 & 叶混合样进行 测定!每个处理重复 % 次!光合作用参数每个处理测 定 % 个不同的叶片实验结果取 % 次测定的平均 值!表示为平均值 g 标准差 @*C ! 数据统计分析 差异显著性分析采用 CFCC#)*" 软件完成 ! ! 结果与分析 A*@ ! 水分胁迫对甘薯幼苗光合色素含量的影响 在受到干旱胁迫时!植物叶绿体受损!叶绿素含 量降低!从而影响到光合作用效率如图 # 所示!转 基因甘薯" HW!"+ 和 HW!#" #和非转基因甘薯" C4I # 幼苗叶片叶绿素 7 含量在 #$EF5G()"""
处理下均
开始下降!并在胁迫
!&:
后二者无显著差异&随胁
迫时间增加!非转基因甘薯和转基因甘薯株系
HW!#"
叶绿素
7
含量持续降低!而另一株系
HW!"+
反而略有增加!但仍始终低于胁迫前"
0U
#水平&在
干旱胁迫
&3
和
+!:
后!转基因甘薯叶绿素
7
含量
显著高于非转基因甘薯!
HW!"+
株系又显著高于
HW!#"
株系"图
#
!
K
#同时!在水分胁迫条件下!转
基因和非转基因甘薯幼苗叶片叶绿素
Q
含量随胁迫
时间的变化趋势与叶绿素
7
的表现大致相同"图
#
!
1
#另外!在正常供水条件下! 个转基因甘薯株系
类胡萝卜素含量显著高于非转基因甘薯水分胁迫
!&:
后!转基因株系类胡萝卜素含量下降!非转基
因甘薯类胡萝卜素含量略有上升!二者含量几乎相
等&随胁迫时间增加!转基因和非转基因甘薯类胡萝
卜素含量都有所下降!然而转基因株系的类胡萝卜
素含量仍显著高于非转基因甘薯!
HW!"+
株系又显
著高于
HW!#"
株系"图
#
!
0
#以上结果说明在水分
胁迫条件下!转基因甘薯幼苗光合色素含量显著高
于非转基因甘薯!从而提高其光合作用效率
A*A
!
水分胁迫对甘薯幼苗叶片净光合速率及有关
参数的影响
图
!
显示!各类甘薯幼苗叶片净光合速率"
%
/
#
在水分胁迫
!&:
后均明显下降!但进一步延长胁迫
时间!转基因甘薯
%
/
小幅降低!非转基因甘薯
%
/
反而稍有增加!但仍低于转基因甘薯
%
/
"图
!
!
K
#&
各类甘薯幼苗叶片气孔导度"
&
.
#在水分胁迫后同样
大幅下降!然后趋于稳定!在胁迫
!&
和
&3:
后!转
基因甘薯
&
.
仍高于非转基因甘薯"图
!
!
1
#&同时!
转基因甘薯叶片蒸腾速率"
(
W
#在无水分胁迫时显
著高于非转基因甘薯!在水分胁迫条件下!各类甘薯
(
W
均明显大幅度降低!但转基因株系蒸腾速率仍显
著高于非转基因植株"图
!
!
J
#另外!与以上指标
变化类似!各类甘薯株系幼苗胞间
0H
!
浓度"

-
#在
受到水分胁迫后也均明显降低!但转基因株系

-
显
著低于非转基因甘薯"图
!
!
0
#以上结果说明在水
分胁迫条件下!各类甘薯幼苗的光合作用均受到抑
制!但转基因甘薯的抑制程度低于非转基因甘薯
A;B
!
水分胁迫对甘薯叶片
$E ! A 和 FG< 含量的影响 H ! 接受一个电子后形成 H ) ! ! H ) ! 是活性氧自 图 # ! 水分胁迫下甘薯幼苗叶片光合色素含量的变化 HW!"+ 和 HW!#" 为转 !"#$
基因株系!
C4I
为非转基因株系&下同
Z-
?
*#
!
B:;
@
:=X=.
]
/X:;X-9
@
-
?
6;/X9=/X;/X.-/
8;7\;.=V.A;;X
@
=X7X=.;;>8-/
?
T/>;WA7X;W>;V-9-X
HW!"+7/>HW!#"7W;XW7/.
?
;/-98-/;.
!
A:-8;
C4I/=/(XW7/.
?
;/-898-/;
&
B:;.76;7.Q;8=A
!&$西 ! 北 ! 植 ! 物 ! 学 ! 报 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! %$
卷
由基的一种!是所有氧自由基的前身!其大量积累会
对细胞产生氧化伤害!使生物体生物膜的结构及功
能受到损伤!引起核酸和蛋白质变性等!从而对细胞
及组织产生多种生物学效应由图
%
!
K
可见!转基
因和非转基因甘薯幼苗叶片
H

)
!
含量均随水分胁迫
时间的增加而不断提高!但胁迫后不同时间转基因
甘薯
H

)
!
含量均低于非转基因甘薯!尤其是胁迫
!&
:
后!转基因甘薯
H

)
!
含量显著低于非转基因甘薯!
表明转基因株系积累了较少的活性氧自由基前身
同时!丙二醛"
IJK
#是脂质过氧化的最终产
物!其含量反映植物细胞受环境胁迫等伤害的程度
由图
%
!
1
可知!各类甘薯幼苗叶片中
IJK
含量在
水分胁迫后均随胁迫时间的延长而不断增加!表明
植株受伤害的程度不断加深&然而!相比于非转基因
植株!转基因植株在正常供水和水分胁迫后均保持
了较低的
IJK
含量!如胁迫
&3:
后!非转基因甘
薯株系
IJK
含量约为转基因甘薯株系的
#*$倍 这说明转基因甘薯对水分胁迫的适应性较强!受活 性氧攻击的损伤较轻 A;C ! 水分胁迫对甘薯幼苗叶片 7$G
和
9$G 活性 的影响 抗氧化酶系统极易受到环境胁迫的影响!同时 也是反映植物对环境胁迫耐受程度的重要指标其 中!超氧化物歧化酶" CHJ #是抵御活性氧伤害的第 一道防线!它可以将 H ) ! 歧化为 M ! H ! 而过氧化物 酶" FHJ #可在逆境或衰老初期表达!清除 M ! H ! FHJ 广泛存在于植物体内不同组织中!它作为活性 较高的适应性酶!能够反映植物生长发育的特点(体 内代谢状况以及对外界环境的适应性图 & ! K 表 明!在正常水分条件下!转基因甘薯幼苗叶片 CHJ 活性稍高于非转基因甘薯!但差异不明显& F5G 模 拟干旱胁迫 !&: 后!转基因和非转基因甘薯幼苗叶 图 ! ! 水分胁迫下甘薯幼苗叶片光合参数的变化 Z- ? *! ! B:; @ :=X=. ] /X:;X-9 @ 7W76;X;W.-/8;7\;.=V.A;;X @ =X7X=.;;>8-/ ? T/>;WA7X;W>;V-9-X9=/>-X-=/ 图 % ! 水分胁迫下甘薯幼苗叶片 H ) ! 和 IJK 含量的变化 Z- ? *% ! B:;.T @ ;W=<->;7/-=/7/>678=/>-78>;: ] >;9=/X;/X-/8;7\;.=V .A;;X @ =X7X=.;;>8-/ ? T/>;WA7X;W>;V-9-X9=/>-X-=/ %&$
%
期
!!!!!!!!!!!!
陈晓丽!等$过表达 !"#$
基因甘薯增强抗旱性的生理机制
图
&
!
水分胁迫下甘薯幼苗叶片
CHJ
和
FHJ
活性的变化
Z-
?
*&
!
B:;CHJ7/>FHJ79X-\-X-;.-/8;7\;.=V.A;;X
@
=X7X=.;;>8-/
?
T/>;WA7X;W>;V-9-X9=/>-X-=/
片
CHJ
活性均升高!胁迫
&3:
后!甘薯幼苗叶片
CHJ
活性达到最高!但转基因甘薯株系
CHJ
活性
显著高于非转基因甘薯&随着胁迫时间的延长!
CHJ
活性均有所降低!但转基因甘薯株系幼苗
CHJ
活性
降低幅度较小!仍显著高于非转基因甘薯同时!在
正常水分条件下!转基因甘薯与非转基因甘薯幼苗
叶片
FHJ
活性无显著差别!但在水分胁迫
!&:
后!
转基因甘薯幼苗
FHJ
活性显著高于非转基因甘薯!
特别是转基因甘薯株系
HW!"+
在胁迫后
FHJ
活性
约为胁迫前的
!*$倍&与 CHJ 活性变化趋势相似! 胁迫 &3: 后!甘薯幼苗 FHJ 活性达到最大&胁迫 +! : 后! FHJ 活性均有所降低!但仍高于胁迫前水平 "图 & ! 1 #这说明水分胁迫可以诱导甘薯幼苗叶片 CHJ 和 FHJ 活性提高!相比于非转基因植株!转基 因株系幼苗酶活性的增强更明显!从而使得转基因 甘薯幼苗具有更强的抗氧化能力 % ! 讨 ! 论 作物叶绿素含量的高低是反映其光合能力的重 要指标之一!叶绿素的含量往往直接影响着光合作 用的速率和光合产物的形成!最终影响作物产量和 品质的提高*#)(#++通常情况下!水分胁迫会对植物 的叶绿体造成一定的损伤!降低叶片中叶绿素的含 量!从而降低植物的光合速率!导致光合功能迅速衰 退本实验结果显示$转基因甘薯叶片中叶绿素和
类胡萝卜素含量在水分胁迫后明显下降!但转基因
株系的含量显著高于非转基因甘薯!表明水分胁迫
对转基因株系光合能力的损伤要小于非转基因甘
薯可见!过表达
!"#$基因增强了甘薯对水分胁迫 的耐受能力!其可能通过保持较高的叶绿素和类胡 萝卜素水平!延缓叶片光合功能来实现同时!在水 分胁迫条件下!甘薯叶片 % / ( & . ( - 和 ( W 也都明显 下降!但转基因株系的 % / ( & . 和 ( W 都高于非转基 因甘薯!表明在水分胁迫条件下转基因甘薯由于具 有较高的叶绿素和类胡萝卜素含量及气孔导度!因 而保持了高于非转基因甘薯的光合和蒸腾能力!反 映了在干旱条件下由于转基因甘薯具有生理代谢上 的优势!因此对干旱表现出了较强的耐性在水分 胁迫后!非转基因甘薯保持了较高的胞间 0H ! 浓度 " - #!这可能由于非转基因甘薯叶绿素和类胡萝卜 素含量显著降低!光合能力严重受损!胞间 0H ! 无 法及时消耗!因而累积造成 水分胁 迫 能 导 致 超 氧 阴 离 子 " H ) ! #(羟 基 ") HM #(过氧化氢" M ! H ! #和单线氧"# H ! #等活性氧 的积累*#3+!为适应干旱胁迫!一些植物已演化出一 套适应机制和策略!如通过调节气孔开度(调节细胞 渗透压以及启动抗氧化防御系统等来使植物免受干 旱的伤害植物中活性氧的清除主要由抗氧化酶系 和抗氧化物质承担*#3+!迄今已有通过导入活性氧清 除酶基因!来人为提高水分胁迫下植物体内自由基 清除酶的活性*#2+!从而提高植物对水分胁迫的耐受 能力的报告本实验中过表达 !"#$
基因甘薯类胡
萝卜素积累能力得到增强!从而提高了其自由基清
除能力类胡萝卜素含量较高能通过清除活性氧
"
H^C
#或与其他抗氧化剂如维生素
5
(
0
协同作用
来增加对非生物胁迫的抵抗*!"+本研究结果表明!
水分胁迫
!&:
后!转基因甘薯植株
H

)
!
含量显著低
于非转基因甘薯!与其同期
CHJ
和
FHJ
活性显著
高于非转基因甘薯相互对应!表明转基因甘薯在水
分胁迫后能保持较低的
H

)
!
水平!是由于其具有更
高的
CHJ
和
FHJ
活性以及更高水平的类胡萝卜素
含量及时清除了过量产生的活性氧
在水分胁迫条件下!植物细胞内活性氧大量积
累!诱发膜脂过氧化反应!产生
IJK
!细胞膜的结
构和功能遭到破坏!对细胞造成不可逆的伤害!甚至
引起细胞死亡*!#+本实验发现!非转基因甘薯叶片
&&$西 ! 北 ! 植 ! 物 ! 学 ! 报 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! %$
卷
中
IJK
含量在胁迫后各时间点都显著高于转基因
植株!说明其受到的伤害大!而转基因植株受到的氧
化伤害相对较小这是由于转基因植株具有较低水
平的
H

)
!
含量!加之转基因株系由于具有较高的
CHJ
和
FHJ
活性!保持了较低水平的活性氧!从而
受到的氧化伤害要小一些另外!类胡萝卜素派生
物
K1K
可以作为植物非生物胁迫信号!通过类胡
萝卜素抗氧化活性和
K1K
增加的协调作用!参与
多种胁迫反应!提高转基因甘薯的抗氧化能力*!"+
因此!转基因甘薯增强了对水分胁迫的耐受能力主
要是通过抗氧化能力的提高来实现的
参考文献"
*
#
+
!
SHCMPDKGKI
!
SKIKUKRKH
!
DKUKBKDPI*G;/=X
]@
-9>-\;W.-X
]
=V7/X:=9
]
7/-/.9=/X;/X7/>9=6
@
=.-X-=/-/
@
TW
@
8;(V8;.:;>.A;;X
@
=X7X=
*
b
+
)*$++,-. / 01-) ! #222 ! CH " # #$
&%&+*
*
!
+
!
BKDKUKS
!
CKCKUPD
!
HMIPSKK*1-=.
]
/X:;.-.=V
@
87/X
@
-
?
6;/X.
$7/X:=9 ] 7/-/. ! Q;X787-/.7/>97W=X;/=->. * b + *(2+%34.5678$.43
!
!""3
!
DC
"
&
#$+%%+&2* * % + ! 0^ PCFF ! RKOU5SJGK ! 15OOIKD5 ! +543*K6TX7X-=/7VV;9X-/ ? 9TW>9=8=TW-/97T8-V8=A;W " *$499-1473+$41+4O*\7W**75$
:
5-9J0
#
*
b
+
*;8
<
2
:
5-14
!
#2+$! AC " # #$
#+%#+)*
*
&
+
!
O[C
!
aKD50Ub
!
4MH[N
!
+543*B:;97T8-V8=A;W#$? ;/;;/9=>;.7J/7b9 ] .X;-/;(W-9:>=67-/(9=/X7-/-/ ?@ W=X;-/X:7X6;>-7X;.:- ? :( 8;\;8.=VQ;X7(97W=X;/;799T6T87X-=/ * b + *%34.5+33 ! "") ! @I " #! #$
%$2&%)"$*
*
$+ ! D5BK(CMK^ P^ P ! PCKK0CHDB ! O[^ P5C ! +543*JT78W=8;V=WX=67X=:;7X.:=9_ @ W=X;-/!#$
@
W=X;9X-/
?@
:=X=.
]
.X;6
"
VW=6=<->7X-\;
.XW;..7/>
@
W=6=X-/
?
9=8=W9:7/
?
;.>TW-/
?
VWT-X67XTW7X-=/
*
b
+
*%34.5+33
!
""$! @J " ) #$
#3!2#3%3*
*
)
+
!
UPICM
!
KMDSH
!
KMD Ib
!
+543*08=/-/
?
7/>9:7W79X;W-`7X-=/=V7/HW7/
?
;
?
;/;X:7X-/9W;7.;.97W=X;/=->799T6T87X-=/7/>.78X
.XW;..X=8;W7/9;-/XW7/.
?
;/-9.A;;X
@
=X7X=9T8XTW;.
*
b
+
*%34.5%2
:
9-737
/:
4.,*-712+=-95$: ! "#% ! JK " 2 #$
&&$&$&*
*
+
+
!
OHF54K1
!
aKD50Ub
!
0HDOPD1b
!
+543*5VV;9X=VX:;97T8-V8=A;WHWXW7/.
?
;/;=/97W=X;/=->799T6T87X-=/7/>9:W=6=
@
87.XV=W67X-=/
-/XW7/.
?
;/-9
@
=X7X=XTQ;W.
*
b
+
*678$.437 > ;? < +$-=+.543*754.
:
!
""3
!
DH
"
!
#$!#%!!%* * 3 + ! M51 "何 ! 冰#! N[MS "许鸿源#! +543*5VV;9X.=V>W=T ? :X.XW;..=/X:; @ ;W6;7Q-8-X ] =V @ 87.676;6QW7/;7/>7/X-(=<->7X-=/;/` ] 6;.=V X:;8;7\;.=V.A;;X @ =X7X= * b + *678$.437
>
&84.
/
?-@
/
$-18358$43A.-B+$9-5 : "广西农业大学学报#! #22+ ! @L " & #$
!3+!2"
"
-/0:-/;.;
#
*
*
2
+
!
4MKDGICM
"张明生#!
BKDZ
"谈
!
峰#!
4MKDGLB
"张启堂#
*F:
]
.-=8=
?
-978-/>-9;.=VW7
@
->->;/X-V-97X-=/V=W.A;;X
@
=X7X=>W=T
?
:X
W;.-.X7/9;7/>.;8;9X-=/=VF5G9=/9;/XW7X-=/
*
b
+
)678$.437 > 07852C+952-.4D7$=43A.-B+$9-5 : " D7X*C9-*5>-* #"西南师范大学学报) 自然科学版#! #222 ! AC " # #$
+&3"
"
-/0:-/;.;
#
*
*
#"
+
!
OPRL
"李文卿#!
FKDSG
"潘延国#!
U5SL
"柯玉琴#!
+543*5VV;9X.=V.=-8A7X;W.XW;..=/6;X7Q=8-.6=V79X-\;=<
]?
;/-/8;7\;.=V
.A;;X
@
=X7X=.;;>-/
?
*
b
+
*E8
F
-4.678$.437 > @ /$-18358$4301-+.1+9 "福建农业学报#! """ ! @D " & #$
& $$" " -/0:-/;.; # * * ## + ! bPKDGI ! 4MKDGb*R7X;W.XW;..(-/>T9;>7Q.9-.-979->799T6T87X-=/XW- ?? ;W.X:;-/9W;7.;> ? ;/;W7X-=/=VW;79X-\;=< ]? ;/. @ ;9-;.7/>T @ ( W; ? T87X;.X:;79X-\-X-;.=V7/X-=<->7/X;/` ] 6;.-/67-`;8;7\;. * b + *678$.437 > ;? < +$-=+.543*754. : ! ""! ! DB " %+2 #$ !&"#!&#"* * #! + ! RKDGKG "王爱国#! O[HGM "罗广华# *LT7/X-X7X-\;W;87X-=/Q;XA;;/X:;W;79X-=/=V: ] >W=< ] 876-/;7/>.T @ ;W=<->;7/-=/W7>-978.-/ @ 87/X. * b + *%34.5%2 : 9-737 /: 7==8.-145-7.9 "植物生理学通讯#! #22" ! AL " ) #$$$ +
"
-/0:-/;.;
#
*
*
#%
+
!
4MKDG^N
"张荣铣#!
N[NI
"许晓明#!
JKPN1
"戴新宾#!
+543*J;98-/;=V
@
:=X=.
]
/X:;X-9VT/9X-=/7/>-X.W;87X-=/A-X:79X-\;=<
]?
;/
-/7W-9;6TX7/XA-X:8=A9:8=W=
@
:
]
8Q9=/X;/X
*
b
+
*678$.437 > %34.5%2 : 9-737 /: 4.,G73+1834$*-737
/:
"植物生理与分子生物学学报#!
!""%
!
AH
"
!
#$#"&#"3 " -/0:-/;.; # * * #& + ! 4MKHCMb "赵世杰#! N[0M0M "许长成#! 4H[L "邹 ! 琦#! +543*P6 @ W=\;6;/X.=V6;X:=>V=W6;7.TW;6;/X=V678=/>-78>;: ] >;-/ @ 87/XX-..T;. * b + *%34.5%2 : 9-737 /: 7==8.-145-7.9 "植物生理学通讯#! #22& ! BK " % #$
!"+!#"
"
-/0:-/;.;
#
*
*
#$+ ! 高俊风 * 植物生理实验指导* I + * 西安$世界图书出版公司!
"""
$#%+!"!* * #) + ! 胡恒觉!黄高宝 * 新型多熟种植研究* I + * 兰州$甘肃科学技术出版社!
#222
$&2!#"* * #+ + ! SH[bM "由继红#! O[bI "陆静梅#! SKDGRb "杨文杰# *5VV;9X.=V07 !f =/ @ :=X=. ] /X:;.-.7/>W;87X;> @ : ] .-=8= ? -978-/>;<;.=VA:;7X .;;>8-/ ? .T/>;W8=AX;6 @ ;W7XTW;.XW;.. * b + *@154@ /$7.7=-140-.-14
"作物学报#!
""!
!
AI
"
$#$
)2%)2)
"
-/0:-/;.;
#
*
*
#3
+
!
bPKDGIS
"蒋明义#!
bPDGbM
"荆家海#!
RKDGCMB
"王韶唐#
*R7X;W.XW;..7/>6;6QW7/;(8-
@
->
@
;W=<->7X-=/-/
@
87/X.
*
b
+
*678$.43 7 > D7$52C+95@HEA.-B+$9-5 : " D7X*C9-*5>-* #"西北农业大学学报)自然科学版#! #22# ! @H " ! #$
332%
"
-/0:-/;.;
#
*
*
#2
+
!
45DGCMM
"曾淑华#!
4MKH4MN
"赵正雄#!
LPDF
"覃
!
鹏#!
+543*5VV;9X.=VA7X;W8=
??
-/
?
=/.=6;
@
:
]
.-=8=
?
-9787/>Q-=9:;6-978-/(
>;<;.=VXW7/.
?
;/-9X=Q799=
"
D-175-4.457"418=O*
#
8-/;.A-X:.T
@
;W=<->;>-.6TX7.;=W
@
;W=<->7.;
?
;/;
*
b
+
*%34.5%2
:
9-737
/:
7==8.-I
145-7.9
"植物生理学通讯#!
""$! C@ "$
#$)"%)") " -/0:-/;.; # * * !" + ! UPICM ! KMDSH ! KMDIb ! +543*J=A/(W; ? T87X-=/=V & (97W=X;/;: ] >W=< ] 87.;-/9W;7.;. & (97W=X;/;7/>X=X7897W=X;/=->.;/:7/9-/ ? .78X.XW;..X=8;W7/9;-/XW7/. ? ;/-99T8XTW;>9;8.=V.A;;X @ =X7X= * b + *%2 : 5712+=-95$
:
!
"#!
!
JC
"
!
#$)2+3* * !# + ! RKDGR1 ! UPISM ! O55MC ! +543*K/78 ] .-.=V7/X-=<->7/X;/` ] 6;79X-\-X ] >TW-/ ?? ;W6-/7X-=/=V78V78V7T/>;W.78X7/>W=T ? :X.XW;.( .;. * b + *%34.5%2 : 9-737 /: 4.,*-712+=-95$
:
!
""2
!
CJ
"
+
#$+"$++*
!编辑"裴阿卫#
!!
$&$
%
期
!!!!!!!!!!!!
陈晓丽!等$过表达 !"#$
基因甘薯增强抗旱性的生理机制