全 文 ：武汉植物学研究 2008，26(3)：294～297
Journal of Wuhan Botanical Research
干旱胁迫对转 BnDREB1—5基因烟草光合特性的影响
刘卫群 ，胡亚杰 ，甄焕菊 ，符云鹏 ，刘巧真 ，陈旭初
(1．河南农业大学 ，国家烟草栽培生理生化研究重点实验室，郑州 450002；2．中国烟草总公司职工技术培训中心，郑州 450008
3．河南省农业科学院烟草研究中心，河南许昌 461000；4．河南省平顶山市烟草专卖局生产科，河南平顶山 467002)
摘 要：检测了干旱胁迫对烟草(Nicotiana tabacum)叶片光合特性、叶绿素、类胡萝 卜素和可溶性糖含量的影响。
结果显示，干旱胁迫后转基因烟草的初始荧光( )、非光化学猝灭系数(NPQ)增加幅度明显低于野生型烟草；其它
荧光参数降低幅度明显小于野生型烟草；虽然干旱胁迫后两个烟草样品的光合参数、叶绿素含量都有所降低，但转
基因烟草的降低幅度明显小于野生型烟草；干旱胁迫后，转基因烟草可溶性糖含量明显高于野生型烟草。表明
BnDREB1-5转录因子具有抗干旱胁迫的作用。
关键词：烟草；BnDREB；干旱胁迫；光合特性
中图分类号：Q78；$572 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—470X(2008)03—0294—04
The Effect Oil Ph0t0synthetic Characteristics of Transgenic Tobacco with
BnDREB1-5 Gene by Drought Stress
LIU Wei—Qun ，HU Ya—Jie ，ZHEN Huan—Ju ，FU Yun．Peng ，LIU Qiao—Zhen。，CHEN Xu—Chu
(1．National Tobaco Cultivation and Physiological and Biochemical Key Lab，Henan Ag而cultural University，Zhengzhou 450002，China
2．Employee Technique Training Center of China Tobacco Corporation，Zhengzhou 450008，China；3．Tobacco Research Center，
Henan Agriculture Science College，Xuchang，Henan 461000，China；4．Henan Pingdingshan City Tobacco Monopoly Bureau
Pingdingshan，Henan 467002，China)
Abstract：The photosynthetic characteristics，the content of chlorophyll，carotenoids and soluble sugar in
tobacco leaves were analyzed after physical drought stressed．The results showed that after physical
drought stressed，the initial fluorescence(Fo)and non—photochemical quenching(qN)of transgenic to—
bacco increased，but were significantly lower than wild—type．Other fluorescence parameter lower rates
were significantly lower than that of wild—type．The photosynthetic parameter and chorophyl content of
both samples decreased，but the lower rates were significantly lower than that of wild—type．The content of
soluble sugar of transgenic tobacco was significantly higher than wild—type．These results indicated that the
BnDREB1—5 transcription factor gene had an effect on drought stressed．
Key words：Tobacco(Nicotiana tabacum)；BnDREB；Drought stress；Photosynthetic characteristic
干旱是烟草生长的主要影响因子之一。干旱出
现在团棵期，易造成烟株早花；出现在旺长期 ，会造
成叶片发育不良、内含物不充实；出现在成熟期 ，会
造成烟叶厚而粗糙 ，烟碱、含氮化合物含量过高而含
糖量降低，造成糖碱比失调，还可能造成旱烘假熟现
象。因此提高烟草的抗旱性是生产优质烟叶急需攻
克的难关 。
DREB(dehydration responsive element binding
protein)类转录因子是植物中第二大转录因子 AP2／
EREBP家族中的一个亚族，主要参与植物感受环境
胁迫的信号传递途径，通过调控下游一系列胁迫应
答基因的表达使植物对低温、干旱和高盐等多种逆
境的耐受性得到综合提高 J。有关 DREB类转录
因子转化植物对效应基因的调控及对渗透胁迫耐受
性的生理研究已有较多报道，但光合作用是作物产
量和品质提高的基础 ，作物的生长发育和产量品
质的形成，最终决定于作物个体和群体的光合作用，
而有关 DREB类转录因子转化植物对干旱胁迫的光
合特性研究却少见报道。本研究采用从油菜中分离
克隆得到的BnDREB1—5转录因子基因转化烟草，在
干旱逆境胁迫下，检测了烟草叶片的叶绿素荧光参
数和光合速率及相关生理指标，分析了转基因烟草
收稿日期：2007—10—12，修回日期：2008．03～14。
基金项目：河南省科技攻关项目(0624050012)资助。
作者简介：刘卫群(1958一)，博士，教授，博士生导师，从事烟草生化与分子生物学研究。
通讯作者(Author for correspondence．E—mail：liuweiqun@126．corn)。
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第3期 刘卫群等：干旱胁迫对转BnDREB1—5基因烟草光合特性的影响 295
提高抗干旱能力的光合机制，为解决常规技术措施
无法克服的生产实际问题奠定基础。
1 材料和方法
1．1 材料
实 验 材 料 为 本 实 验 室 获 得 的 T1代 转
BnDREB1—5基 因 烟 草 (Nicotiana tabacum)品 种
‘Izmir’。
1．2 方法
采用漂浮育苗培育烟苗至 7叶期，移栽于装有
15 kg沙壤土的塑料盆中(32 cm×28 cm)，每盆栽 3
棵烟苗。移栽后 45 d进行停水干旱处理，以正常浇
水为对照。土壤相对含水率控制在 35％ ～45％，
10 d后进行指标测定。
(1)叶绿素荧光参数的测定。采用 FMS-2型
便携脉冲调制式荧光仪(英国Hansatech公司)在 自
然光强条件下，上午 10～11时之间，测定每株 自上
而下的第 3、第 4、第 5片叶的叶绿素荧光参数。每
处理测定2株，测定前暗适应 15 rain。其他参数按
下式计算： ／Fm=(Fm—Fo)／Fm；Fv／Fo=(Fm—
Fo)／Fo； PS I=(Fm’一Fs)／Fm’。
式中，Fo为初始荧光；Fv为可变荧光；Fm为最
大荧光； ／ 为 PsⅡ最大光化学量子产量，反映
PsⅡ反应中心的光能转化效率 ；Fm／Fo表示 PS
Ⅱ的电子传递状况；Fv／Fo代表 PsⅡ的潜在活性，
反映引起 PsⅡ变化的内在机制； Ps I代表光合电
子传递的量子效率，反映叶片 同化力的形成以及
CO 固定与同化的效率 。荧光光化学猝灭系数
( )是对 PsⅡ原初电子受体 QA氧化态的一种量
度，是 PSⅡ天线色素吸收的光能用于光化学电子传
递的份额，表示 PsⅡ反应中心开放程度，同时也反
映 PsⅡ初级电子受体 QA的氧化还原的变化 ；而
荧光非光化学猝灭系数(NPQ)则反映 PSⅡ反应中
心吸收的光热耗散部分_4 j。
(2)光合速率的测定。采用 LI 6400型光合作
用测定仪(美国 LI—COR公司)测定，光合速率的测
一 ～
：
．
定与叶绿素荧光参数测定时间和叶位一致。
(3)叶绿素和可溶性糖含量测定方法参照文献
[6]进行。
2 结果与分析
2．1 干旱胁迫对转 BnDREB1-5基因烟草叶片叶
绿素荧光参数的影响
在干旱胁迫下，烟草叶片 PSⅡ荧光参数表现出
显著变化(图 1)。正常生长的野生型烟草 和
都高于转基因烟草。干旱胁迫后，野生型烟草
升高了 20，0％，转基因烟草升高了 10．9％，野生型
烟草 是转基因的 1．14倍；野生型烟草 降低了
13．7％，而转基因烟草仅降低 7．2％。干旱胁迫后 ，
野生型烟草和转基因烟草的 Fm都降低 ，而转基因
烟草 Fm明显高于野生型。
由表 1可以看 出，干旱胁迫后， ／ 都有所
降低 ，但野生型烟草叶片降低幅度是转基因的 1．30
倍。正常条件下野生型烟草 Fm／Fo和 Fv／Fo都低
于转基因烟草，干旱胁迫后野生型烟草 Fm／Fo降低
22．6％，而转基因烟草降低 17．4％，胁迫后转基因烟
草 n 是野生型的1．17倍；野生型烟草 Fv／Fo降
低了28．1％，转基因烟草仅降低 16．3％，胁迫后转基
因烟草 Fv／Fo是野生 型的 1．19倍。野生型烟草
~PSI降低了11．5％，转基因烟草降低了4．0％。转
基因烟草的电子传递速率(ETR)降低了 1．4％，而野
生型烟草降低了 13．5％。野生型烟草的 降低了
23．5％，转基因烟草仅降低了0．9％；野生型烟草NPQ
升高了49．2％，而转基因烟草升高了3．9％。
2．2 干旱胁迫对转 35S：BnDREB1-5基因烟草叶
片光合作用的影响
由表2可知，干旱胁迫引起光合特性下降，这与
叶绿素含量的降低相一致。正常条件下野生型烟草
光合特性比转基因烟草高，干旱胁迫后野生型烟草
净光合速率(Pn)降低了69．3％，转基因烟草降低了
13．5％，野生型烟草 叶片的降低幅度是转基因的
5．13倍；野生型烟草气孔导度(Gs)降低了87．4％，
图1 干旱胁迫对转35S：BnDREB1-5基因烟草叶片 、F 和Fm的影响
Fig．1 Effects of drought on Fo，而 and Fm of tobacco leaves between transgenie and wild—type(WT)
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296 武 汉 植 物 学 研 究 第27卷
转基 因烟草仅降低 7．5％；野生型烟草蒸腾速率
(Tr)降低了78．5％，而转基因烟草降低了21．2％，
胁迫后转基因烟草蒸腾速率是野生型的2．81倍；野
生型烟草胞问 CO 浓度(Ci)降低了32．5％，转基因
烟草降低了 15．1％。综上可知，干旱胁迫对野生型
烟草的影响明显大于转基因烟草。
2．3 干旱胁迫对转 35S：BnDREB1-5基因烟草叶
片叶绿素和类胡萝 卜素含量的影响
叶绿素含量是反映光合强度的重要指标。从表
3可以看出，正常生长的野生型烟草叶片叶绿素和类
胡萝 卜素含量明显高于转基因烟草，分别高13．8％和
34．6％。干旱胁迫后，野生型和转基因烟草叶片叶绿
素含量都降低，分别降低 32．6％和 3．9％，并且转基
因烟草叶片叶绿素含量明显高于野生型烟草。野生
型烟草叶片类胡萝 卜素含量和 chla／b干旱胁迫后都
降低，而转基因烟草却略微升高。
2．4 干旱胁迫对转 35S：BnDREB1-5基因烟草可
溶性糖含量的影响
干旱胁迫后，转基因烟草叶片可溶性糖含量升
高179．5％，野生型升高10．6％，前者可溶性糖含量
是后者的 1．86倍(见图2)。
3 讨论
光合作用的光化学反应是在类囊体膜上进行
的。叶绿素荧光参数的变化可以直接反映PsⅡ的
光化学能力。 代表不参与 PsⅡ光化学反应的光
能辐射部分 ，干旱胁迫后野生型烟草 的增加可
能是植物叶片 PsⅡ反应中心出现可逆的失活或出
现不易逆转的破坏，也可能是植物叶片类囊体膜受
到损伤。另一方面，干旱胁迫后野生型烟草叶绿素
和类胡萝 卜素含量明显降低，也表明干旱胁迫后野
生型烟草 PsⅡ反应中心受到破坏或可逆失活，类囊
体膜受损。 与PsⅡ的原初反应过程有关，代表着
PSⅡ光化学活性的大小；Fm反映通过 PSⅡ的电子
传递情况 。转基因烟草无论是 增加幅度还是
和 降低幅度都远远小于野生型，说明干旱胁
迫对转基因烟草 PsⅡ反应中心破坏程度小。虽然
在正常栽培条件下转基因烟草的光合电子传递量子
表 1 干旱胁迫对转 35S：BnDREB1-5基因烟草叶片叶绿素荧光参数的影响
Table 1 Efects of drought 01 chlorophyll fluorescence parameter of tobacc0 leaves between transgenic and wild
— tYPe WT
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第3期 刘卫群等：干旱胁迫对转BnDREB1-5基因烟草光合特性的影响 297
：
． -
图 2 干旱胁迫对转35S：BnDREB1-5基因烟草
可溶性糖含量的影响
Fig．2 Efect of drought on soluble sugar content of
tobacco leaves between transgenic and wild—type(WT)
效率、电子传递速率和光化学猝灭系数稍低于野生
型，但干旱胁迫后转基因烟草这 3个参数降低幅度
很小(表 1)。表明在干旱条件下，转基因烟草的Ps
Ⅱ反应中心能将捕获的光能继续用于光化学反应，
通过电子传递和偶联的光合磷酸化形成同化力，推
动碳同化反应。野生型烟草叶片 NPQ显著增大，是
干旱胁迫后植物在光抑制情况下 的自我保护机制
加强。
Pn是衡量植物叶片光合特性的主要指标，胞问
CO：浓度(Ci)是叶片光合作用反应底物，蒸腾速率
(rr)是烟草植株吸收水分和体内养分运输的动力。
干旱胁迫下，野生型烟草叶片气孔导度(Gs)几乎下
降0，蒸腾速率降低，导致胞问CO，浓度降低，净光
合速率明显下降，而转基因烟草的降低幅度明显低
于野生型烟草(表 2)。
植物受到干旱时，细胞内可溶性糖含量呈上升
趋势，以增大细胞液的浓度，增加原生质的亲水性，
从而提高植物的耐旱能力 J。我们先前的研究
已表明，转 BnDREB1—5基因烟草(Basma)的持水能
力比野生型烟草明显提高，气孔密度明显低于野生
型。本试验对干旱胁迫后各处理烟草叶片中细胞内
渗透调节物质可溶性糖含量进行了检测，发现转基
因烟草叶片在干旱处理后可溶性糖含量明显增加，
是野生型的1．86倍，大量可溶性糖的生成，促使植
物体内细胞渗透势下降，这样植物可以从外界继续
吸水，保持细胞膨压，使体内各种代谢过程正常
进行。
参考文献：
[1] 郭连旺，沈允钢．高等植物光合机构避免强光破坏的保护机制
[J]．植物生理学通讯，1996，32(1)：1—8．
[2] 江力，曹树青，戴新宾等．光强对烟草光合作用的影响[J]．中
国烟草学报，2000，6(4)：17—20．
[3] 邹奇主编．植物生理学试验指导[M]．北京：中国农业出版社，
2000．
[4] 陈建明，俞晓平，程家安．叶绿素荧光动力学及其在植物抗逆
生理研究中的应用[J]．浙江农业学报 ，2006，18(1)：51—55．
[5] Genty B E，Briantais M J，Baker N R．The relationship between
the quantum yield of photosynthetic electron transport and quench—
ing of chlorophyl fluorescence[J]．Biochemistry Biophysics Acta，
1989．990：87—92．
[6] Lu Q T，Li W H，Jiang G M，Ge Q Y，Hao N B，Sun J z，Guo
R J．Studies on the characteristics of chlorophyll fluorescence of
winter wheat flag leaves at diferent developing stages[J]．Acta
Botanica Sinica，2001，43(8)：801—804．
[7] 卢从明，张其德，匡延云．水分胁迫对小麦叶绿体激发能分配
和光系统 Ⅱ原初光能转换效率的影响[J]．生物物理学报，
1995，11(1)：82—86．
[8] 徐孟亮，姜孝成，周广洽等．水稻抗旱性与叶片抗脱水能力、脯
氨酸及糖的关系[J]．生命科学研究，1998，2(2)：113—117．
[9] 刘卫群，石永春，胡亚杰，刘巧真．DREB类转录因子介导的烟
草抗非生物胁迫特性研究．武汉植物学研究，2007，25(3)：
222—225．
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