全 文 ：书西北植物学报!
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文章编号$
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收稿日期$
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&修改稿收到日期$
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基金项目$国家自然科学基金"
%#!""!"&
#&中央高校基本科研业务费专项资金"
01!"#!"!%
#
作者简介$吴
!
茜"
#232
#!女!在读硕士研究生!主要从事植物抗逆生理研究
4)56-7
$
89:-"*!"
!
#!&+;<5
"
通信作者$殷俐娜!副研究员!从事植物抗逆生理及分子机制方面的研究
4)56-7
$
7-/6
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/8.96>+?@9+;/
超表达拟南芥
$%
烯醛还原酶基因对
烟草抗旱性的作用机理分析
吴
!
茜#!!王仕稳#!%!曹
!
丹#!!陈道钳*!张梅娟*!邓西平#!%!殷俐娜#!%"
"
#
中国科学院水利部水土保持研究所!黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室!陕西杨陵
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中国科学院大学!北
京
#"""*2
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西北农林科技大学 水土保持研究所!陕西杨陵
(#!#""
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*
西北农林科技大学 生命科学学院!陕西杨陵
(#!#""
#
摘
!
要$为研究是否可以利用
!)
烯醛还原酶"
A4B
#来清除活性氧下游的醛自由基达到提高植物的抗旱性!以超表
达拟南芥
A4B
基因烟草和野生型烟草"
CB
#为研究材料!利用干旱胁迫处理进行抗旱性分析!测定了干旱胁迫及复
水后各个烟草株系的生物量(光合速率(叶绿素荧光参数(叶绿素含量(
D1A
和
E
!
F
!
含量等指标结果显示$"
#
#
干旱胁迫下!转基因烟草株系的生物量(叶绿素含量(净光合速率(
GC
"
最大光化学效率及
E
!
F
!
的清除能力均显
著高于对照&"
!
#复水之后!烟草植株的各项生理指标都得到一定程度的恢复!而转基因株系相比于野生型恢复迅
速!恢复能力更强研究认为!超表达
A4B
基因可以通过清除活性氧及其下游醛自由基来提高烟草的抗旱能力
关键词$抗旱性&
!)
烯醛还原酶"
A4B
#&干旱胁迫&烟草&生理指标
中图分类号$
H(32
文献标志码$
A
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1
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9
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R
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R
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R
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Q
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R
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Q
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A4B
R
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A4B
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@Y<9
R
NV.VY?..
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V&
Q
N
=
.-<7<
R
-;67-/@?:?.
!!
随着近年来全球气候变暖!旱灾出现的频率和
程度都在增加!造成作物的大面积减产)#*为保障
人类的粮食安全!提高作物的抗旱能力是在未来极
端气候多发的情况下提高作物产量的重要手段!而
了解植物的抗旱机理是提高作物抗旱能力的基础
干旱对植物造成伤害的原因之一是造成植物体内活
性氧"
Y?6;V-[?<:
=R
?/.
Q
?;-?.
!
BFC
#的大量积累!从
而引起植物的氧化伤害)!)**在植物细胞中!
BFC
的产生主要来源于线粒体(叶绿体和过氧化物体
在干旱条件下!植物体内呼吸链中的电子传递受阻(
光合作用中与卡尔文循环相关酶类活性的降低等!
均可造成
BFC
的大量积累这些性质活泼的
BFC
一方面可通过直接修饰
1LA
(
BLA
(蛋白质以及碳
水化合物等!给细胞造成伤害!甚至引起细胞死
亡)$)&*另一方面!
BFC
中的单线态氧和羟基自由
基极易攻击细胞膜重要组分多聚不饱和脂肪酸
"
Q
<7
=
9/.6V9Y6V?@>6VV
=
6;-@.
#!产生脂质自由基!脂
质自由基与
F
!
进行耦合!进而产生更活跃的脂质
过氧化自由基!其再攻击多聚不饱和脂肪酸!继而引
发脂质过氧化的链式反应!产生大量的醛)(*醛是
一种在
BFC
下游所产生的(比
BFC
具有更强攻击
力的一类物质!能够使膜的完整性遭到破坏!并造成
细胞毒害
有研究证明环境逆境可以引起和加剧植物体内
醛的积累!而醛的过量积累也是逆境胁迫引起植物
伤害的重要原因之一)3)#"*累积的活性醛类物质不
仅性质活泼!寿命较长!而且非常容易扩散!可以与
距它们生成部位较远处的蛋白质(核酸等发生反
应)##)#!*在植物中!越来越多的研究证明醛参与了
各种生物和非生物逆境下的毒害作用!并成为限制
植物生长的重要因素之一例如在干旱(盐害(高
温(氧化胁迫以及重金属毒害等逆境条件下!均可造
成丙二醛"
D1A
#在植物体内的大量累积)2!#%)#&*
D1A
是生物体内自由基作用于脂质发生过氧化反
应的氧化终产物!其在醛类物质中毒性相对较低
近年!
S-/
等)#"*和
D6/<
等)3*的研究更有力地证明
了活性醛基是造成植物铝毒害和强光伤害的直接原
因之一!并且清除植物体内过量的醛可以提高植物
抵抗上述逆境胁迫的能力因此!有效清除过多的
醛对维持生物体的正常生理功能至关重要
随着人们对植物抗逆过程更深入的了解!近几
年有关醛还原酶对提高植物抗逆性的贡献也逐渐被
重视!对植物中醛脱氢酶的研究也逐渐增多醛脱
氢酶被认为是生物体内活性醛类物质清除过程中的
重要酶类!能够清除活性醛并降低其对植物体造成
的伤害醛脱氢酶催化醛类物质氧化生成羧酸!清
除有毒的醛类并减少脂类的过氧化反应!对提高植
物抗干旱(抗盐碱和清除活性氧等能力具有重要作
用张海玲等)#(*通过转乙醛脱氢酶"
6;?V67@?N
=
@?
@?N
=
@Y<
R
?/6.?
!
AU1E
#基因番茄的抗逆研究表明!
在干旱(高盐和低温胁迫条件下!转基因植株较对照
株的相对电导率和丙二醛含量均有所降低!转入番
茄的乙醛脱氢酶基因表达后!可将逆境下诱发膜脂
过氧化反应产生的有毒醛类物质分解为无毒羧酸!
从而降低了活性醛类物质对植物体造成的氧化胁
迫!维持了细胞膜结构的完整性&
ON?/
等)#3*发现!
甜菜碱乙醛脱氢酶"
\A1E
#能够将甜菜碱醛氧化成
对生物体起渗透保护作用的细胞相溶性物质甜菜
碱!使细胞在干旱和高盐等逆境胁迫下维持渗透平
衡!增强植物的抗逆性
在脂质氧化过程中经常产生一类含有
#
!
$
)
不饱
和双键的
!)
烯醛!由于
!)
烯醛上
#
位的碳原子具有
较高的亲电性!可通过迈克尔"
D-;N6?7
#加成与细胞
内的巯基物质或氨基基团发生反应!从而破坏细胞
的代谢平衡!引起细胞毒害甚至造成细胞死亡)3*
#22$
年!
\6X-
=
;N9^
等首次从拟南芥中克隆了
%
)
晶
体"
0OY
#
G#
基因!并在酵母中证明了该基因对二甲
基甲酰胺"
@-65-/?
#产生的氧化伤害有抗性随后!
D6/<
等)3!#2*证实
G#)0OY
蛋白对
*)
羟基
)!)
壬烯醛
"
*)N
=
@Y<:
=
)!4)/!
EL4
#等含有
#
!
$
)
不饱和
双键的烯醛以及环氧乙烯具有特异的专一性根据
G#)0OY
蛋白具有的这种专一性反应!国际生物化学
和分子生物学协会将此酶统一命名为
!)
烯醛还原
酶"
!)67^?/67Y?@9;V6.?
!
A4B
#目前在植物中只有
来自拟南芥的
AV)A4B
蛋白被鉴定具有
A4B
的活
性!其可以催化烯醛基中不饱和双键的加氢还原!生
成饱和的醛!然后再由其它的醛还原酶作用生成二
氧化碳和水!从而极大地减少这些高活性的不饱和
双键与细胞内小分子物质的反应
S-/
等)#"*利用
A4B
对烯醛基的专一性!并对铝胁迫下产生的醛种
类进行了鉴定!同时证明醛独立参与了铝的细胞毒
害作用!而转基因烟草的高抗铝性来自其对醛的有
效特异性清除能力!该转基因烟草还表现出抗强光
伤害的能力)3*但是关于
A4B
在植物抗旱中的功
能和机理的研究目前还是空白
本研究利用超表达拟南芥
A4B
基因的烟草植
株!通过比较转基因烟草和野生型烟草在干旱胁迫
下的抗性!探索
A4B
是否可以提高植物的抗旱性!
明确
A4B
在植物抗旱中的生理生化作用!验证是
否可以通过清除活性氧下游的醛自由基来提高植物
的抗旱能力!以期为提高作物抗旱性提供一定的理
论基础和实验依据
(&##
&
期
!!!!!!!!!
吴
!
茜!等$超表达拟南芥
!)
烯醛还原酶基因对烟草抗旱性的作用机理分析
#!
材料和方法
A+A
!
材料培养和处理
所选植物材料为野生型烟草
CB
和
!
个超表达
拟南芥
A4B
基因的烟草株系
A4B#*
和
A4B#3
"利
用相同的表达载体转化烟草后获得的不同株系#
基因克隆(转基因植物的培育及检测见文献)#"*
烟草种子用质量分数为
#`
的次氯酸钠灭菌
!"
5-/
后置于
*a
冰箱春化!
@
后播种于
DC
培养基
上
!$a
培养
!"@
后获得无菌苗!移种在装有
"+$
^
R
育苗基质"有机质
#
!$`
!腐植酸
#
#"`
!
Lb
G
!
F
$
bW
!
F
#
!+"`
!
Q
E$+3
&
(+"
#的花盆中每
个品种
*"
盆!光照周期为
#&N
光照%
3N
黑暗!
"@
后间苗!每盆剩
#
株长势一致的幼苗进行干旱处理
通过控制浇水进行自然干旱!并每天称重补水维持
各盆之间土壤含水量水平一致当野生型烟草
CB
最新展开叶严重萎蔫时"第
#"
天#进行复水处理
分别于干旱处理前(干旱处理
#"@
和复水
*@
后采
样进行相关指标的测定
A+$
!
测定指标及方法
A+$+A
!
生物量
!
取各个株系烟草植株的地上部分!
装入信封中!称取鲜重!在
#"$a
杀青
%"5-/
后!于
3"a
下烘至恒重!称取干重!并计算植株含水量
A+$+$
!
叶片含水量
!
剪取新鲜完全展开叶
"+$
R
左
右!称取鲜重"
!"
#!
3"a
下烘至恒重!称取干重"
#"
#!
计算烟草叶片含水量)"
!"#"
#%
!"c#""`
*
A+$+B
!
气体交换参数
!
净光合速率"
$
/
#(气孔导
度"
%
.
#及蒸腾速率"
&
Y
#用
U-)&*""
光合仪"
U-)OFB
T/;+
!
L4
!
JCA
#测定选取最新
#
片完全展开叶!
U41
光量子设为
$""

5
+
5
!
+
.
#
!外界
OF
!
浓
度约为
%&"

5<7
+
5<7
#
!气流速度设定为
$""
55<7
+
.
#
!温度维持在
!$a
于处理期间每天
2
$
""
&
##
$
""
进行测定!每处理测定
&
次
A+$+C
!
叶绿素荧光参数
!
烟草暗适应
%"5-/
之
后!选取最新
#
片完全展开叶用荧光仪"
T56
R
-/
R
)
GAD
!
IAU0
!德国#测定荧光参数每个株系测定
%
&
*
个重复按照公式计算出
GC
"
光化学最大量
子效率
!
[
%
!
5
(实际光合量子产量

"
和相对电子
传递速率
(&)
具体公式如下$
!
[
%
!
5
d
"
!
5
!
"
#%
!
5

"
d
"
!
5
eZe
#%
!
5
e
(&)d$*)
+
(&)Z6;V+
$
GC!
%
$
GGC
+

"
式中!
5
为叶片最大荧光值!
!
"
为固定荧光值!
!
5
e
为光下执行饱和脉冲当
GC
"
反应中心都处于关闭
状态时的最大荧光产量!
!e
为执行饱和脉冲前的实
时荧光产量!
$*)
为光合有效辐射!
(&))Z6;V为
吸光系数!
$
GC!
%
$
GGC
为
GC
"
光合色素吸收的光量子
占总光合色素吸收的光量子的比例
A+$+D
!
叶绿素含量
!
选取最上部
!
片完全展开叶
"+$
R
!采用
3"`
的丙酮溶液提取法测定)!"*
AE$EF
!
G
$
-
$
含量
!
选取最上部
!
片完全展开叶
"+$
R
鲜样用液氮冷冻!然后在预冷的研钵中加入
!
5U"+#`
"
"
%
+
#的
_OA
进行研磨匀浆在
#!"""
R
(
*a
离心
%"5-/
取
"+*5U
上清液加入
"+*5U
#"55<7
%
U
的磷酸钾缓冲液"
Q
E(+"
#和
"+35U#
5<7
%
U
的碘化钾!测定
%2"/5
波长下的吸光值变
化!最后根据标准曲线计算出
E
!
F
!
含量)#"*
AE$EH
!
I8=
含量
!
取
"+$
R
最上部完全展开叶鲜
样放入冰浴的研钵中!加入少许石英砂和
"+"$
5<7
%
U
磷酸缓冲液"
Q
E(+"
#!研磨成匀浆将匀浆
转移到试管中!再用
!
&
%5U"+"$5<7
%
U
磷酸缓冲
液分
!
次冲洗研钵!合并提取液并在
$"""
R
下离心
#"5-/
取
!5U
上清液加入
$5U"+$`
硫代巴比
妥酸溶液摇匀将试管放入沸水中煮沸
#"5-/
"自
试管内溶液中出现小气泡开始计时#到时间后立
即将试管取出并放入冷水浴中待试管内溶液冷却
后!再于
%"""
R
离心
#$5-/
!取上清液!以
"+$`
硫
代巴比妥酸溶液为空白测
$%!/5
(
&""/5
和
*$"
/5
处的吸光度
*
$%!
(
*
&""
和
*
*$"
!然后根据以下公
式计算
D1A
含量$
D1A
"
/5<7
%
R
#
d
)
&+*$!c
"
*
&$!
*
&""
#

"+$$2c*
*$"
*
c
+
,
+
-
c!"
c#"""
式中!
+
,
为提取液总体积"
5U
#&
+
-
为测定用提取液
体积"
5U
#&
!"
为样品鲜重"
R
#
A+B
!
数据分析
采用
CGCC#2+"
软件中的邓肯氏多重比较法进
行数据统计分析!显著性水平设定为
#
d"+"$

!
!
结果与分析
$+A
!
干旱胁迫对烟草生物量和叶片含水量的影响
生物量是衡量植物抗旱的一个重要指标如图
#
!
A
所示!正常水分条件下!转基因株系
A4B#*
生长
较慢!其生物量显著低于野生型烟草&干旱胁迫处理
#"@
后!野生型烟草和转基因株系
A4B#*
的生物量
无明显差异!而转基因株系
A4B#3
的生物量显著高
于野生型&复水
*@
后!野生型烟草的生物量是干旱
处理前的
!+(*
倍!转基因烟草株系
A4B#*
和
A4B#3
3&##
西
!
北
!
植
!
物
!
学
!
报
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
%$
卷
的生物量分别是处理前的
$+!&
和
*+%*
倍!转基因株
系和对照之间的生物量差异显著说明在干旱胁迫
下!转基因烟草的生长速度明显高于野生型
干旱处理前!各烟草株系的土壤水分均呈饱和
状态!其叶片绝对含水量之间也无差异干旱胁迫
#"@
后!各株系叶片含水量均显著降低&复水
*@
后!各处理烟草的叶片含水量均略微升高!但仍显著
低于干旱胁迫前!且各株系之间也无显著差异!即各
时期株系间叶片含水量均无显著差异"图
#
!
#
$+$
!
干旱胁迫下烟草的光合气体交换参数的变化
干旱胁迫下烟草净光合速率"
$
/
#(蒸腾速率"
&
Y
#
和气孔导度"
%
.
#如图
!
所示在干旱处理前!转基因
株系和野生型烟草的净光合速率无显著差异随着
干旱时间的延长!转基因株系和对照的净光合速率都
显著降低&在干旱胁迫
#"@
后!野生型烟草的净光合
速率降低到
"+$

5<7
+
5
!
+
.
#
!而转基因株系的净
光合速率约为
#

5<7
+
5
!
+
.
#
!是野生型烟草的
!
倍复水后!烟草净光合速率快速升高!而转基因株
系的净光合速率显著高于野生型"图
!
!
A
#
烟草蒸腾速率和气孔导度的变化趋势与净光合
速率基本一致!干旱处理前转基因株系与野生型无
显著性差异"图
!
!
和
!
!
O
#随着土壤含水量的降
低!干旱胁迫时间的增加!蒸腾速率和气孔导度均缓
慢降低!在干旱胁迫第
&
天!各烟草株系的蒸腾速率
和气孔导度均降低!但转基因株系高于野生型到
干旱第
#"
天!野生型烟草的蒸腾速率和气孔导度分
别为
"+!$55<7
+
5
!
+
.
#和
"+""$35<7
+
5
!
+
.
#
!而转基因株系则相近!分别约为
"+*%55<7
+
5
!
+
.
#和
"+"#5<7
+
5
!
+
.
#
!约是野生型烟
草的
!
倍复水后!烟草的蒸腾速率和气孔导度快
速恢复!但转基因株系比野生型恢复得迅速!其蒸腾
速率和气孔导度均显著高于野生型抗旱性强的植
株在水分胁迫下能够保持高的光合速率)!#*说明
超表达
A4B
基因烟草具有良好的抗旱能力
$+B
!
干旱胁迫下烟草叶绿素荧光参数的变化
叶绿素荧光参数是一组用于描述植物光合作用
机理和光合生理状况的变量!是间接评价光合活性
的一种方法
!
[
%
!
5
表示当所有反应中心开放时
图
#
!
干旱胁迫下野生型烟草"
CB
#和转
A4B
基因
烟草株系"
A4B#*
(
A4B#3
#的生物量和叶片绝对含水量
(
+
处理前&
"
+
干旱胁迫后&
)
+
复水后&同期不同字母表示
处理间在
"+"$
水平存在显著性差异&下同
Z-
R
+#
!
\-<56..6/@7?6>86V?Y;8-7@)V
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Q
76/V
"
CB
#
6/@VY6/.
R
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Q
76/V
"
A4B#*
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A4B#3
#
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R
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图
!
!
干旱胁迫下野生型烟草
CB
和转
A4B
基因
烟草株系"
A4B#*
(
A4B#3
#的光合参数
Z-
R
+!
!
GN=
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Q
6Y65?V?Y.<>8-7@)V
=Q
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Q
76/V
"
CB
#
6/@VY6/.
R
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Q
76/V
"
A4B#*
!
A4B#3
#
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R
@Y<9
R
NV.VY?..
2&##
&
期
!!!!!!!!!
吴
!
茜!等$超表达拟南芥
!)
烯醛还原酶基因对烟草抗旱性的作用机理分析
GC
"
的最大光化学效率!可以衡量
GC
"
的光抑制
程度)!!*如图
%
!
A
所示!在干旱处理前!各个株系
的
GC
"
最大光化学效率之间无明显差异&干旱胁迫
#"@
后!各株系
!
[
%
!
5
值均显著降低!野生型烟草
的降低幅度为
$+#`
!而转基因株系
A4B#*
和
A4B#3
分别降低了
!+(`
和
%+2`
!转基因株系的
降低幅度要显著小于野生型&复水
*@
后!转基因株
系和对照的
!
[
%
!
5
值均迅速恢复!但其间没有显著
差异说明在干旱胁迫条件下!超表达
A4B
基因
有效减轻了烟草叶片
GC
"
受到的逆境伤害
同时!干旱处理前!转基因株系和野生型之间的
实际光合量子产量

"
没有显著差异"图
%
!
#&干
旱胁迫
#"@
后!各个株系的

"
均大幅显著降低!
野生型烟草降低为处理前的
(!+2`
!转基因株系分
别降低为处理前的
3(+"`
和
("+(`
但转基因株
系
A4B#*
的

"
高于野生型!并呈显著性差异&复
水
*@
后!各烟草株系的实际光合量子产量均快速恢
复!且转基因株系与对照之间有明显差异!尤其是转
基因株系
A4B#3
显著高于野生型烟草
另外!正常条件下转基因株系和野生型之间的相
图
%
!
干旱胁迫下野生型烟草
CB
和转
A4B
基因
烟草株系"
A4B#*
(
A4B#3
#的叶绿素荧光参数
Z-
R
+%
!
ON7Q
N
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7>79Q
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8-7@)V
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Q
76/V
"
CB
#
6/@VY6/.
R
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Q
76/V
"
A4B#*
!
A4B#3
#
9/@?Y@Y<9
R
NV.VY?..
对电子传递速率
(&)
无明显差异干旱胁迫
#"@
后!野生型烟草
(&)
大幅显著降低!而转基因株系
的降低幅度相对较小!其值与野生型对照之间差异
显著&复水
*@
后!各烟草株系
(&)
均迅速恢复!但
转基因株系
(&)
显著高于野生型"图
%
!
O
#
$+C
!
干旱胁迫下烟草叶绿素含量的变化
图
*
显示!干旱处理之前!转基因株系与野生型
烟草的叶绿素含量无显著差异&干旱胁迫
#"@
后!
野生型烟草叶绿素含量降至
2+((5
R
+
R
#
!而转基
因株系分别为
#*+$!
和
#!+3*5
R
+
R
#
!比胁迫前
均大幅降低!但转基因株系远高于野生型烟草&复水
*@
后!各株系烟草叶绿素含量均有所升高!但仍远
低于干旱胁迫前水平!而转基因株系在干旱胁迫和
复水后都能维持较高的叶绿素含量表明干旱胁迫
使非转基因烟草叶绿素降解严重!而转基因烟草仍
能维持较高的叶绿素含量
$ED
!
干旱胁迫下烟草
I8=
和
G
$
-
$
含量的变化
D1A
含量是衡量逆境对植物伤害程度的重要
指标图
$
!
A
显示!干旱处理前!转基因株系与野
生型烟草的
D1A
含量无明显差异&干旱胁迫处理
#"@
后!各烟草株系的
D1A
含量均升高约
!
倍!而
转基因株系
A4B#3
显著低于野生型&复水
*@
后!
烟草
D1A
含量降低!且转基因株系
A4B#*
和
A4B#3
的
D1A
含量显著低于野生型烟草
正常生长条件下转基因株系与对照的
E
!
F
!
含量无明显差异&干旱胁迫
#"@
后!各烟草株系
E
!
F
!
含量均显著升高!野生型烟草的
E
!
F
!
含量为
#+&!3

5<7
+
R
#
!而转基因株系
A4B#*
和
A4B#3
分别为
#+#%%
和
#+!("

5<7
+
R
#
!显著低于野生
型&复水
*@
后!各株系烟草
E
!
F
!
含量均明显降
低!但转基因株系的
E
!
F
!
含量显著低于野生型烟
图
*
!
干旱胁迫下野生型烟草
CB
和转
A4B
基因
烟草株系"
A4B#*
(
A4B#3
#的叶绿素含量
Z-
R
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卷
图
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!
干旱胁迫下野生型烟草
CB
和转
A4B
基因
烟草株系"
A4B#*
(
A4B#3
#的
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和
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!
F
!
含量
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R
+$
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#
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NV.VY?..
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$
!
#说明转基因烟草在干旱胁迫条件下能
通过减少
E
!
F
!
积累量来减轻逆境胁迫造成的伤
害!从而提高耐旱性
%
!
讨
!
论
当植物处于逆境胁迫环境中时!植物体内会发
生一系列生理生化变化来减轻逆境对细胞的伤
害)$*土壤水分亏缺会使植物叶绿素蛋白质的合成
受到抑制!叶绿素逐渐分解!光合色素含量下降!植
物光合能力受抑制因此!叶绿素的破坏程度可以
作为植物在干旱胁迫下组织受损程度的判定标准之
一)!%*正常情况下!植物体内活性氧如过氧化氢(
羟自由基等的产生和清除处于平衡状态!不会对细
胞造成伤害但是在盐(干旱或病害胁迫下!
BFC
在植物体内过量积累!与各种大分子发生反应!导致
1LA
(蛋白质等受到伤害!使细胞膜脂中的不饱和
脂肪酸发生过氧化反应!破坏生物膜的流动性(通透
性和完整性!导致细胞膜透性增大(细胞液外渗!进
一步导致细胞内膜系统的破坏及诱发细胞程序性死
亡)!**一般认为!在逆境胁迫下清除体内自由基能
力较强的植物!抗逆能力愈强
D1A
是膜脂过氧
化的最终产物之一!它的积累水平反映细胞受伤害
的程度!
D1A
的含量与植物抗逆性呈负相关因
此!叶绿素含量的变化和
D1A
的累积程度可以作
为衡量植物抗旱性的重要指标
干旱胁迫
#"@
后!本研究野生型的生物量显著
低于转基因株系!说明转
A4B
基因提高了烟草的
抗旱能力同时!干旱处理后各烟草株系的光合速
率(叶绿素含量和
!
[
%
!
5
等都有所下降!但转基因
烟草的下降幅度和速度明显小于野生型对照复水
*@
后!各项指标均迅速恢复!而转基因烟草仍高于
对照!尤其是转基因烟草的叶绿素含量显著高于对
照!说明转基因烟草叶片中叶绿体膜的受损程度小
于野生型植株另外!干旱胁迫
#"@
及复水
*@
后!
野生型烟草的
E
!
F
!
含量显著高于转基因株系干
旱胁迫首先伤害的是原生质膜)!$*!而
D1A
是膜脂
过氧化的产物)!&*
D1A
含量会随着干旱胁迫处理
时间的延长而增加!与干旱胁迫强度呈正比关
系)!(*本实验中干旱胁迫
#"@
后各烟草株系的
D1A
含量显著升高!复水后又降低!而转基因株系
的
D1A
含量低于野生型烟草表明在干旱胁迫条
件下!超表达
A4B
基因减少了膜脂过氧化产物
D1A
的积累量!减轻了细胞的膜脂过氧化伤害!维
持了细胞相对较强的生理功能由此说明在干旱胁
迫下转
A4B
基因烟草的抗旱性高于野生型烟草
本研究表明超表达
A4B
基因可能在旱后复
水(促进植物恢复的过程中起着更重要的作用在
干旱胁迫下!本研究中
A4B#3
的实际光合量子产
量

"
与野生型烟草无显著差异!但复水后!
A4B#3
的

"
迅速恢复!表明超表达
A4B
使植株能够更快
地修复胁迫下受损的光系统!从而使
A4B#3
在复
水后表现出更高的

"
及
(&)
超表达
A4B
基因
在复水后促进植物恢复的作用还表现在生物量和光
合差异方面!复水后转基因株系与野生型的生物量(
光合参数差异比在干旱胁迫过程中的更显著
另外!从结果中可以看出! 个转基因株系均显
著提高了干旱胁迫过程中和复水后的生物量(叶绿素
荧光参数和叶绿素含量&显著降低了
E
!
F
!
含量和
D1A
的积累但是
A4B#*
株系的表现要明显优于
A4B#3
株系!可能是由于
!
个株系中
A4B
基因插入
位点和插入拷贝数量不同!导致
A4B
基因的表达量
不同!进而引起
!
个转基因株系表现差异
综合所述!在烟草中超表达
A4B
基因后!在干
旱胁迫及复水的过程中可减轻细胞膜脂过氧化和
D1A
的累积!使得植物可以维持较高的光合能力
和叶绿素含量!从而提高植株对干旱的耐受能力
由此可见!超表达
A4B
基因可以通过清除醛积累
来提高植物的抗旱性!即通过清除活性氧下游的醛
自由基!可以有效提高植物的抗旱能力
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烯醛还原酶基因对烟草抗旱性的作用机理分析
参考文献!
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