全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2011, 37(6): 1005−1011 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由 国家自然科学基金项目(30971737), 教育部高等学校博士点专项科研基金项目(20093515110009)和福建省自然科学基金项目
(2009J01055)的资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 林文雄, E-mail:wenxiong181@163.com, Tel: 0596-83737535
Received(收稿日期): 2010-12-08; Accepted(接受日期): 2011-03-08.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2011.01005
硅及其吸收基因 Lsi1调节水稻耐 UV-B辐射的作用
方长旬 王清水 余 彦 黄力坤 吴杏春 林文雄*
福建农林大学生命科学学院农业生态研究所, 福建福州 350002
摘 要: 硅能提高植物对生物和非生物胁迫的抗性, 水稻是吸收硅较多的作物之一。本研究以UV-B耐性水稻 Lemont
和 UV-B敏感水稻 Dular及其转硅吸收基因(Lsi1)的水稻为材料, 研究硅与水稻耐 UV-B辐射的关系。结果发现, 自然
光照条件下, 缺硅培养的 UV-B 耐性水稻 Lemont 和 UV-B 敏感水稻 Dular 叶片的苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine
ammonia lyase, PAL)和光裂解酶(photolyase, PL)基因的表达以及总酚、类黄酮的含量都分别低于加硅的处理; UV-B辐
射后, 上述指标在不同硅处理的两水稻中都增加和增强, 但缺硅培养的水稻仍显著低于加硅培养的水稻。进一步分别
以 Lsi1被抑制、增强的两种转基因 Lemont水稻, 以及 Lsi1增强的转基因 Dular水稻为材料, 采用加硅培养的方式对
转基因水稻的上述指标进行研究, 结果也发现, 抑制水稻 Lsi1 基因表达, 其叶片 PAL、PL 基因表达也下调, 总酚、
类黄酮含量降低, 此结果与缺硅培养下的野生型植株相似; 增强表达 Lsi1基因则结果相反。UV-B辐射后, 上述指标
也增强和增加, 但在相同的水稻品种中仍表现为 Lsi1被抑制的植株最低, Lsi1增强的植株最高。研究结果表明, 通过
调节水稻 Lsi1能够改变水稻耐 UV-B辐射的能力。
关键词: 硅; 硅基因; 水稻; 紫外线 B
Silicon and Its Uptaking Gene Lsi1 in Regulation of Rice UV-B Tolerance
FANG Chang-Xun, WANG Qing-Shui, YU Yan, HUANG Li-Kun, WU Xing-Chun, and LIN Wen-Xiong*
Institute of Agroecology, School of Life Sciences, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China
Abstract: Silicon (Si) has beneficial function in enhancing plant resistance to biotic and abiotic stresses. Rice is a typical
Si-accumulating plant. In this research, UV-B tolerant rice accession Lemont, UV-B sensitivity rice Dular and their low silicon
rice gene 1 (Lsi1) transgenic lines were used to explore the relationships between silicon and rice UV-B tolerance. It was found
that rice cultured in Si-deficiency solution had lower gene transcript levels of phenylalanine ammonia lyase (PAL), photolyase
(PL), and lower contents of total phenolics and flavonoids in leaves than that in Si-containing solution. The same tendency was
found in the case when the rice accessions were supplementarily exposed to UV-B radiation, although both gene expression level
and antioxidants concentrations were increased. Further, Lsi1-suppressed or overexpressed transgenic rice lines of Lemont, and
Lsi1-overexpressed transgenic rice line of Dular were also detected in the same treatments. The results showed that gene transcript
level of PAL and PL was increased in Lsi1-overexpressed transgenic line, but down-regulated in Lsi1-RNAi line of Lemont as
compared with their wild types (WT) under normal light condition. The expression level of the two genes in all entries was en-
hanced after UV-B radiation treatment, and it was the highest in Lsi1-overexpressed line of Lemont, followed by their WT, and
lowest in Lsi1-RNAi line. The same tendency was also found in the content of total phenolics and flavonoids. The similar results
were further confirmed in the overexpression of Lsi1 in Dular. The findings suggested that rice UV-B tolerance could be effec-
tively mediated by enhancing/inhibiting expression of Lsi1.
Keywords: Silicon; Lsi1; Rice (Oryza sativa L.); Ultraviolet-B
紫外(UV)-B辐射增强、CO2含量增加、气温升
高等未来气候变化趋势均严重影响农作物生产。其
中, 因氟氯烃等排放破坏臭氧层所导致的 UV-B 辐
射增强更是引起了科学界的广泛关注[1-2]。UV-B 辐
1006 作 物 学 报 第 37卷

射增强对植物的生长发育影响严重, 可从分子、个
体、种群、群落等不同层次影响植物正常的形态结
构和生理功能[3-12]。研究表明, UV-B 辐射胁迫会导
致作物形态和遗传物质结构发生变异、光合色素严
重破坏、光合作用能力下降, 甚至导致植株死亡, 进
而间接危及人类生存[13-15]。水稻作为重要的粮食作
物之一, 也是现代生物学研究的一种模式植物, 通
过研究栽培调控方式提高水稻防御 UV-B 辐射能力
具有重要意义。
硅是地壳表面第二大丰富元素, 也是植物所需
的重要元素。硅能够通过强化植物细胞壁、激活防
卫机制以适应各种非生物因子的胁迫, 包括盐分、
重金属毒害、养分不平衡、干旱、辐射、高温、冻
害以及 UV 等[16-17]。水稻是吸收硅较多的作物, 茎
叶中一般含有 10%~20%的二氧化硅, 而水稻体内硅
酸含量约为氮的 10 倍, 磷的 20 倍左右[18]。硅在提
高水稻产量和抗逆性等方面均具有重要作用, 水稻
施用硅肥能增强抗倒伏能力及其对病虫害的抵抗能
力 , 改善株型 , 提高光能利用率 , 减少叶面蒸腾失
水, 提高水分利用率, 并有增产和改善品质的作用;
而缺硅水稻茎秆细长软弱, 易倒伏和感染病害。此
外, 不同水稻品种吸收硅营养能力的强弱可能是导
致其对环境响应差异的一个原因, 吴杏春等[19]研究
发现, 抗性差异的 2 个水稻品种叶片表面的硅质乳
突累积数量与水稻适应 UV-B 辐射的能力呈正相关,
认为硅质体的累积特性是水稻对 UV-B 辐射胁迫的
一种适应机制。
Li等[20]用缺硅与正常营养液处理离体水稻叶后
分别进行 UV-B 辐射处理, 结果发现缺硅培养的水
稻叶片表面出现明显的棕色伤害斑点, 而加硅培养
的叶片未出现伤害症状, 同时加硅的水稻叶片酚类
物质增加。酚类、黄酮类次生代谢物能吸收并有效
降低进入植物组织内的 UV-B 辐射通量, 从而使植
物免受 UV-B 伤害 , 被称为植物“内部的过滤
器”[21-22]。
水稻主要通过侧根吸收硅, 此过程中, 如硅吸
收基因(Low silicon rice 1, Lsi1)受抑制, 则水稻对硅
的吸收能力大大减弱[23]。因此, 通过研究 UV-B 辐
射下, 不同硅营养及硅吸收能力水稻的酚类次生代
谢及DNA修复基因的表达, 能够为寻找有效的栽培
调控技术提高水稻耐 UV-B辐射提供依据。
据此, 本研究通过分析UV-B辐射前后, 各供试
水稻的酚类及相关基因的变化, 探讨硅及其吸收基
因对水稻耐 UV-B辐射的调节作用。
1 材料与方法
1.1 供试材料
UV-B 耐性水稻 Lemont 和 UV-B 敏感水稻
Dular[19,24], 以及 Lsi1分别被抑制和增强表达的转基
因 Lemont, Lsi1增强表达的转基因 Dualr。已经证明,
Lsi1被抑制转基因水稻的根系硅吸收能力显著下降,
Lsi1增强表达的转基因水稻则显著增强[25]。
1.2 材料种植
试验于福建农林大学农业生态研究所的网室及
室内实验室中进行。
供试水稻种子经浸泡、催芽后, 播于秧盘, 待二
叶一心期时, 挑选长势均匀的幼苗, 分别移栽至装
有 10 L 完全营养液[26]的塑料盆(45 cm×35 cm×15
cm), 每 10 L营养液含 2 g硅酸钠, 每个塑料盆上漂
浮一均匀打有 5×8 孔的塑料泡沫, 选取各株系中发
芽一致的幼苗依次播于嵌有海绵的孔上, 恢复培养
7 d后, 挑取长势一致的各品种水稻植株, 重新种植
于塑料盆中, 加入新鲜配制的完全营养液, 3 d后取
水稻根系, 用于 Lsi1基因的表达分析。
UV-B处理水稻时, 水稻培养条件同上所述, 其
中缺硅处理的水稻培养于仅不含硅素营养的水稻完
全营养液中。参照 Fang 等[24]的方法照射 UV-B, 三
叶一心期将试验水稻分为对照和处理 2 组, 对照组
在自然条件下生长, 处理组上方悬挂有 5个UV-B辐
射灯(40 W, 北京电光源研究所生产), 灯管用 0.1
mm醋酸纤维素薄膜(West Design Product Co., Ltd.,
英国)包裹, 以消除 UV-C 的影响, 处理期间不断调
整灯管的高度与植株叶片顶端保持 30 cm不变。处
理时间为每天的 9:00~16:00, 处理与对照均设 3 个
重复。连续处理 7 d 后分别取不同处理的各种水稻
叶片, 用于基因表达分析及总酚、类黄酮含量测定。
1.3 水稻总 RNA的提取及基因表达分析
采用 TRIzol 法分别提取水稻根系和叶片的总
RNA, 参照 TaKaRa公司 ExScript RT reagent Kit说
明书合成单链 cDNA, 根系总 RNA 逆转录合成的
cDNA作为 Lsi1基因表达分析的模板, 叶片总 RNA
逆转录合成的 cDNA作为 PAL, PL基因表达分析的
模板。半定量 RT-PCR的参数为 95℃预变性 1 min;
94℃ 30 s, 52℃ 30 s, 72℃ 30 s, 32个循环; 72℃延伸
5 min。PAL及 PL基因的引物分别为 PAL-F: 5-GCG
ATCGGTAAGCTCATGTT-3, PAL-R: 5-CCTTGAA
第 6期 方长旬等: 硅及其吸收基因 Lsi1调节水稻耐 UV-B辐射的作用 1007


GCCGTAGTCCAAG-3; PL-F: 5-ACTCATCGCCAG
GGTTTGC-3, PL-R: 5-GACAATGCCCGTGGTTT
CG-3; 内标基因为肌动蛋白(β-Actin), 引物序列为
β-Actin-F: 5-CTGCGGGTATCCATGAGACT-3, β-
Actin-R: 5-GCAATGCCAGGGAACATAGT-3。
1.4 水稻总酚、类黄酮的测定
采用福林试剂比色测定总酚、采用氯化铝-硝酸
钠比色测定类黄酮[27]。取 1 g水稻叶片剪碎, 24℃条
件下, 用 25 mL含 1% HCl的甲醇浸提 24 h, 并重复
2次, 过滤, 滤液于 4 000×g离心 15 min, 取上清液
定容至 100 mL, 4℃保存备用。用含 1% HCl的甲醇
配置一系列浓度梯度的没食子酸作为标准溶液, 分
别取 0.5 mL待测样品、标准溶液与 0.5 mol L−1的福林
试剂 0.5 mL混合, 75 g L−1饱和碳酸钠溶液中和反应,
23℃温育 2 h, 765 nm下测定吸收值。以每 100 g鲜
叶片含有的总酚量计算样品总酚含量。
用含 1% HCl 的甲醇配置一系列浓度梯度芸香
苷溶液作为标准液, 分别取 0.5 mL的待测样品及标
准液, 加入含 2 mL双蒸水和 5%的 NaNO2 0.15 mL,
混匀, 静置 5 min后加入 10%的AlCl3·6H2O 0.15 mL,
静置 5 min, 加入 1 mol L−1的 NaOH溶液 1 mL, 充
分混合, 静置 15 min, 415 nm下测定吸收值。以每
100 g鲜叶片含有的类黄酮量计算样品类黄酮含量。
1.5 数据分析
采用 DPS 软件行分析实验所得的数据, 采用
LSD法检验不同处理之间的显著性差异。
2 结果与分析
2.1 不同转基因水稻及其野生型根系 Lsi1 基因
的表达量
野生型 Lemont 的根系的 Lsi1 表达较野生型
Dular 高; 不同转基因水稻根系的 Lsi1 基因表达量
存在差异, 表现为 Lsi1被抑制的转基因Lemont比其
野生型低, 而 Lsi1增强表达的转基因Lemont则比野
生型高; Lsi1增强表达的转基因 Dular水稻也比其野
生型高, 此结果结合前期对转基因水稻硅吸收和硅
含量的测定结果, 说明通过 Lsi1 能够有效调控水稻
的硅吸收。此外, 转基因的对照组与各自未转基因
的野生型水稻相比, 其 Lsi1 基因的表达量未发生明
显变化(图 1)。

图 1 以半定量 RT-PCR检测不同转基因水稻及其野生型的
Lsi1基因表达量
Fig. 1 Gene expression level of Lsi1 in different rice lines de-
tected by semi-quantitative RT-PCR
1: Lsi1被抑制的转基因 Lemont; 2: Lsi1过量表达的转基因
Lemont; 3: 野生型 Lemont; 4: Lsi1被抑制转基因 Lemont的对照;
5: Lsi1过量表达转基因 Lemont的对照; 6: Lsi1过量表达的转基
因 Dular; 7: 野生型 Dular; 8: Lsi1过量表达转基因 Dular的对照。
1: Lsi1-suppressed transgenic rice lines of Lemont; 2: Lsi1-
overexpressed transgenic rice lines of Lemont; 3: Wild type of
Lemont; 4: Control of Lsi1-suppressed transgenic Lemont; 5: Con-
trol of Lsi1-overexpressed transgenic Lemont; 6: Lsi1-
overexpressed transgenic rice lines of Dular; 7: Wild type of Dular;
8: Control of Lsi1-overexpressed transgenic Dular.

2.2 UV-B 辐射下 , 不同硅营养条件下野生型
Lemont、Dular的 PAL及 PL基因的表达变化
进一步检测不同硅营养下野生型水稻的 PAL 及
PL的基因表达, 结果发现, 缺硅培养的野生型Lemont
及 Dular 叶片的 PAL 及 PL 的基因表达量都分别低于
其正常的硅营养条件; UV-B 辐射后, 2 种营养条件下
的水稻叶片的 PAL 及 PL 基因均增强表达, 但其在缺
硅培养下的表达量仍低于正常硅营养条件(图2), 说明
硅营养能够提高水稻 PAL及 PL基因的表达。

图 2 UV-B辐射下, 不同硅营养条件下野生型 Lemont、Dular的 PAL及 PL基因表达
Fig. 2 Semi-quantitative RT-PCR analysis for PAL and PL expression in Lemont and Dular under different Si conditions when they
were exposed to UV-B radiation
1, 5: 自然光照条件下缺硅培养; 2, 6: UV-B辐射下缺硅培养; 3, 8: 自然光照条件下加缺硅培养; 4, 7: UV-B辐射下加硅培养。
1, 5: Si deficiency under normal light condition; 2, 6: Si deficiency under UV-B radiation; 3, 8: Si supplement under normal light condition;
4, 7: Si supplement under UV-B radiation.

1008 作 物 学 报 第 37卷

2.3 UV-B 辐射下, 加硅营养的不同转基因水稻
及其野生型的 PAL及 PL基因的表达
在自然光照条件下, 正常硅营养条件下的 Lsi1
被抑制的转基因 Lemont水稻叶片 PAL和 PL基因表
达量也低于相同条件下的野生型 Lemont 水稻; 而
Lsi1 增强表达的转基因 Lemont、Dular 水稻的叶片
PAL 和 PL 基因则分别高于相同条件下的野生型水
稻。UV-B辐射后, 各水稻叶片的 PAL和 PL基因均
增强表达, 但 2 个基因的表达量在 Lsi1 增强表达的
水稻中最高, 而 Lsi1被抑制的水稻中表达量最低(图
3)。此结果与不同硅营养条件下的野生型相似, 说明
通过调节水稻根系 Lsi1基因也能够调控叶片 PAL及
PL等功能基因的表达。
2.4 UV-B 辐射下, 不同水稻及其野生型叶片总
酚及类黄酮含量
缺硅条件下野生型 Lemont叶片的总酚、类黄酮
含量分别为每 100 g鲜叶 20.77 mg和 8.31 mg; 显著
低于正常硅营养条件下的野生型 Lemont。
正常硅营养条件下 Lsi1 被抑制的转基因 Lemont
叶片的总酚、类黄酮含量分别为每 100 g鲜叶 23.79 mg
和 8.11 mg, 也显著低于正常硅营养条件下的野生型
Lemont; 而正常硅营养条件下 Lsi1 增强表达 Lemont
水稻叶片的总酚、类黄酮则显著高于相同条件下的野
生型 Lemont, 其含量分别为每 100 g鲜叶 29.31 mg和
11.02 mg。UV-B辐射后, 各水稻叶片的总酚、类黄酮
含量均增加, 但缺硅条件下野生型 Lemont 及正常硅
营养条件下 Lsi1 被抑制的转基因 Lemont 水稻叶片中
的总酚、类黄酮含量仍显著低于正常硅营养条件下的
野生型 Lemont; 而正常硅营养条件下 Lsi1 增强表达
Lemont 水稻叶片的总酚、类黄酮则显著高于野生型
Lemont, 分别为每100 g鲜叶34.47 mg和12.18 mg, 对
相同处理下的转基因 Dular 水稻及其野生型的总酚和
类黄酮测定也得到相似的结果(表 1), 此结果说明 Lsi1
能够调控水稻叶片总酚、类黄酮的含量。

图 3 UV-B辐射下加硅营养的不同水稻的 PAL及 PL基因表达
Fig. 3 Gene expression levels of PAL and PL in different transgenic rice and wide type plants exposed to UV-B radiation
1: 自然光照条件下 Lsi1被抑制的转基因水稻; 2, 8: 自然光照条件下 Lsi1过量表达的转基因水稻; 3, 10: 自然光照条件下的野生型水
稻; 4: UV-B辐射下 Lsi1被抑制的转基因水稻; 5, 7: UV-B辐射下 Lsi1过量表达的转基因水稻; 6, 9: UV-B辐射下的野生型水稻。
1: Lsi1-suppressed transgenic rice lines under normal light condition; 2, 8: Lsi1-overexpressed transgenic rice lines under normal light condi-
tion; 3, 10: Wild type under normal light condition; 4: Lsi1-suppressed transgenic rice lines under UV-B radiation; 5, 7: Lsi1-overexpressed
transgenic rice lines under UV-B radiation; 6, 9: Wild type under UV-B radiation.

表 1 UV-B辐射下不同转基因水稻叶片总酚和类黄酮含量
Table 1 Variations in phenolics, flavonoids contents among different transgenic rice and wide type accessions in normal light condi-
tion or exposed to UV-B radiation (mg 100 g−1 FW)
水稻品种
Rice accessions
转基因类型
Varies of transgenic rice lines
总酚含量
Content of phenolics
类黄酮含量
Content of flavonoids
Wide type Si– UVB– 20.77±0.24 h 8.31±0.12 f
Wide type Si– UVB+ 23.06±0.28 g 9.46±0.13 e
Wide type Si+ UVB– 25.96±0.26 e 10.10±0.10 d
Wide type Si+ UVB+ 32.05±0.32 b 11.55±0.10 b
Lsi1-RNAi UVB– 23.79±0.28 f 8.11±0.11 f
Lsi1-RNAi UVB+ 27.53±0.24 d 9.61±0.19 e
Lsi1-overexpression UVB– 29.31±0.29 c 11.02±0.10 c
Lemont
Lsi1-overexpression UVB+ 34.47±0.34 a 12.18±0.04 a


Wide type Si– UVB– 20.59±0.27 e 6.66±0.05 f
Wide type Si– UVB+ 21.63±0.29 d 7.26±0.10 e
Wide type Si+ UVB– 27.45±0.27 c 7.90±0.05 d
Wide type Si+ UVB+ 29.17±0.28 b 8.90±0.11 c
Lsi1-overexpression UVB– 27.99±0.25 c 9.38±0.18 b
Dular
Lsi1-overexpression UVB+ 32.11±0.30 a 9.94±0.03 a
不同小写字母表示处理间差异显著(P≤0.05)。
Values followed by different letters are significantly different at P≤0.05.
第 6期 方长旬等: 硅及其吸收基因 Lsi1调节水稻耐 UV-B辐射的作用 1009


3 讨论
当前的农业生产过程中, 有效的栽培调控技术
是提高作物抗逆境能力的主要方法。近年来, 现代
生物学的研究技术不断发展与成熟, 运用现代分子
遗传学方法培育高抗逆境能力的作物品种成为农学
研究的新热点, 但相关技术的运用则依赖于研究人
员对逆境下植物的响应机制及其调控机理的深入揭
示。作物生长发育过程中, 多种矿质元素不仅能够
促进作物生长发育, 而且能够提高作物对逆境的适
应能力[28]。其中, 硅能够沉积在植物的细胞壁增加
组织的机械强度, 从而调节不同环境下植物的生长
适应能力。
水稻是典型的喜硅作物, 硅能提高水稻的抗逆
能力, 其中包括抗 UV 等[16-17]。在维管作物中存在
两种抗 UV-B辐射的主要机制, 一种是屏蔽 UV-B辐
射, 即植物体中存在的酚类、黄酮类化合物能够吸
收 UV-B 辐射[29]; 另一种为修复 UV-B 伤害[30]。其
中, 植物酚类、黄酮类化合物、木质素等植保素产
生于的植物的苯丙烷代谢 , 并受关键酶 PAL 所调
控[31]。研究表明 PAL基因在 UV-B辐射下的燕麦、
地黄等植物中均增强表达, 说明该基因参与不同植
物对 UV-B 的防御反应[32-33]。笔者前期研究也发现,
UV-B辐射下, 不同耐性水稻品种的 PAL基因表达均
增强, 且其在UV-B耐性水稻中的增强幅度更大, 因
而认为 PAL 基因参与调节水稻耐受 UV-B 辐射的能
力[24]。本研究进一步发现, 自然光照条件及 UV-B
辐射下, 缺硅条件下的野生型 Lemont、Dular水稻叶
片 PAL 基因表达量均低于正常硅营养条件的
Lemont、Dular水稻, 总酚、类黄酮含量也显著低于
正常硅营养条件的 Lemont水稻, 说明硅营养能够调
节水稻的耐 UV-B 辐射能力。水稻根系吸收硅养分
由相应的功能基因所编码的蛋白介导[23], 正常硅营
养条件下, 根系 Lsi1 被抑制表达的转基因 Lemont
水稻叶片的 PAL基因表达较其野生型植株也发生下
调, 总酚、类黄酮的含量显著下降, 这与缺硅培养的
野生型植株相似, 说明抑制根系 Lsi1 基因表达的效
果与缺硅培养方式相似, 将导致水稻防御 UV-B 辐
射能力减弱; 与之相反, Lsi1 增强表达的 Lemont、
Dular转基因水稻叶片的 PAL基因表达增强, 总酚、
类黄酮含量显著增加, 能够增强水稻耐 UV-B 辐射
能力。UV-B辐射后, 两种不同 Lsi1表达水平的水稻
叶片的 PAL 表达上调及总酚、类黄酮含量增加, 但
Lsi1 表达受抑制的转基因水稻仍显著低于相同条件
下的野生型植株, 而 Lsi1 过量表达的转基因水稻却
显著高于其野生型植株, 说明通过 Lsi1 调控水稻对
硅营养的吸收, 进而能够调节水稻屏蔽 UV-B能力。
植物通过光裂解酶 (photolyase, PL)能够修复
UV-B 的伤害。UV-B 辐射导致同一条 DNA 链上相
邻的嘧啶以共价键结合, 形成环丁烷嘧啶二聚体和
光产物, 导致 DNA损伤, 此损伤能够被经过光激活
的 PL 所修复, 此过程中 PL 特异性识别 UV-B 造成
的核酸链上相邻嘧啶共价结合的二聚体, 并与其结
合, 并在 300~600 nm波长的光照射下激活此酶将二
聚体分解为两个正常的嘧啶单体 , 修复后该酶从
DNA链上释放, DNA恢复正常结构, 因而此修复也
称为光修复, 并存在于多种植物中[34]。Hidema等[35]
研究发现, 提高 PL活性能够有效减轻 UV-B对水稻
的生长抑制作用。本研究发现, 增强表达 Lsi1 基因
后, 水稻叶片的 PL基因表达增强; UV-B辐射下, PL
基因进一步增强表达, 且其表达量均高于相同条件
下的野生型水稻, 说明增强表达 Lsi1 基因能够提高
水稻对 DNA损伤的修复能力, 增强其对 UV-B辐射
的耐受能力。当抑制 Lsi1 基因表达后, 水稻叶片的
PL基因表达量下降; UV-B辐射下, 其表达量仍低于
同种条件下的野生型水稻; 这与 UV-B 辐射下缺硅
培养的野生型水稻的结果也相似, 暗示抑制 Lsi1 基
因表达或缺硅培养水稻修复 UV-B 辐射所损伤的
DNA的能力下降。Iwamatsu等[36]对 12份不同品种
水稻的研究表明水稻对UV-B的耐受能力与 PL活性
呈正相关, 说明 PL表达强度高的水稻耐 UV-B能力
强。上述结果综合说明 Lsi1能够通过调节水稻的硅
吸收强度, 进而影响水稻对 UV-B辐射的防御能力。
4 结论
通过硅及 Lsi1 均能调节水稻耐 UV-B辐射的能
力。外源添加硅或过量表达水稻 Lsi1 后, 其叶片的
PAL、PL基因表达增强, 总酚、类黄酮含量增加, 水
稻对 UV-B 辐射的吸收转移及对 UV-B 伤害的分子
修复能力均提高; 与之相反, 缺硅培养或抑制水稻
Lsi1基因表达, 其叶片的 PAL、PL基因表达下调, 总
酚、类黄酮含量减少, 水稻耐 UV-B辐射能力下降。
上述研究结果为运用分子遗传学手段提高水稻耐
UV-B辐射能力提供理论依据。
References
[1] Ganguly A R, Steinhaeuser K, Erickson III D J, Branstetter M,
Parish E S, Singh N, Drake J B, Buja L. Higher trends but larger
1010 作 物 学 报 第 37卷

uncertainty and geographic variability in 21st century temperature
and heat waves. Proc Natl Acad Sci USA, 2009, 106: 15555−15559
[2] Blumthaler M, Ambach W. Indication of increasing solar ultra-
violet-B radiation flux in alpine regions. Science, 1990, 248:
206−208
[3] Teramura A H, Ziska L H, Sztein A E. Changes in growth and
photosynthetic capacity of rice with increased UV-B radiation.
Plant Physiol, 1991, 83: 373−380
[4] Tevini M, Teramura A H. UV-B effects on terrestrial plants.
Photochem Photobiol, 1989, 50: 479−487
[5] Caldwell M M, Flint S D. Stratospheric ozone reduction, solar
UV-B radiation and terrestrial ecosystem. Climatic Change, 1994,
28: 375−394
[6] Taylor R M, Tobin A K, Bray C M. The effects of enhanced
UV-B irradiation on DNA and repair in plant tissue. J Exp Bot,
1994, 45: 55
[7] Wu X-C(吴杏春), Lin W-X(林文雄), Guo Y-C(郭玉春), Ke
Y-Q(柯玉琴), Liang Y-Y(梁义元), Chen F-Y(陈芳育). Effect of
enhancing ultraviolet-B radiation on antioxidant systems in rice
seedling leaves. Fujian J Agric Sci (福建农业学报), 2001, 16(3):
51−55 (in Chinese with English abstract)
[8] Tang L-N(唐莉娜), Lin W-X(林文雄), Wu X-C(吴杏春), Liang
Y-Y(梁义元), Chen F-Y(陈芳育). Effects of enhanced ultravio-
let-B radiation on growth development and yield formation in
rice (Oryza sativa L.). Chin J Appl Ecol (应用生态学报), 2002,
13(10): 1278−1282 (in Chinese with English abstract)
[9] Alfas P, Asta B, Virgilijus B. Phenogenetic response of silver
birch populations and half-sib families to elevated ozone and ul-
traviolet-B radiation at juvenile age. Environ Pollut, 2008, 156:
152−161
[10] Singh S K, Surabhi G K, Gao W, Reddy K R. Assessing geno-
typic variability of cowpea (Vigna unguiculata L. Walp.) to cur-
rent and projected ultraviolet-B radiation. J Photochem Photobiol
B, 2008, 93: 71−81
[11] Agrawal S B, Mishra S. Effects of supplemental ultraviolet-B and
cadmium on growth, antioxidants and yield of Pisum sativum L.
Ecotox Environ Safe, 2009, 72: 610−618
[12] Schreiner M, Krumbein A, Mewis I, Ulrichs C, Huyskens-Keil S.
Short-term and moderate UV-B radiation effects on secondary
plant metabolism in different organs of nasturtium (Tropaeolum
majus L.). Innovat Food Sci Emerg Tech, 2009, 10: 93−96
[13] Caldwell M M, Bjorn L O, Bornman J F, Flint S D, Kulandaivelu
G, Teramura A H, Tevini M. Effects of increased solar ultraviolet
radiation on terrestrial ecosystem. J Photochem Photobiol B,
1998, 46: 40−52
[14] Li Y(李元), Yue M(岳明). Ultraviolet Radiation Ecology (紫外辐射
生态学). Beijing: China Environmental Science Press, 2000. pp
114−116 (in Chinese)
[15] Nguyen T T, Michaud D, Cloutier C. A proteomic analysis of the
aphid Macrosiphum euphorbiae under heat and radiation stress.
Insect Biochem Mol Biol, 2009, 39: 20−30
[16] Ma J F. Role of silicon in enhancing the resistance of plants to
biotic and abiotic stresses. Soil Sci Plant Nutr, 2004, 50: 11−18
[17] Ma J F, Yamaji N. Silicon uptake and accumulation in higher
plants. Trends Plant Sci, 2006, 11: 392−397
[18] Savant N K, Snyder G H, Datnoff L E. Silicon Management and
Sustainable Rice Production. In: Sparks D L, ed. Advances in
Agronomy, Vol 58. San Diego: Academic Press, 1997. pp 151−199
[19] Wu X-C(吴杏春), Lin W-X(林文雄), Huang Z-L(黄忠良). In-
fluence of enhanced ultraviolet-B radiation on photosynthetic
physiologies and ultrastructure of leaves in two different resisti-
vity rice cultivars. Acta Ecol Sin (生态学报), 2007, 27(2):
554−564 (in Chinese with English abstract)
[20] Li W B, Shi X H, Wang H, Zhang F S. Effects of silicon on rice
leaves resistance to ultraviolet-B. Acta Bot Sin, 2004, 46(6):
691−697
[21] Harborne J B, Williams C A. Advances in flavonoid research
since 1992. Phytochemistry, 2000, 55: 481−504
[22] Xu C P, Natarajan S, Sullivana J H. Impact of solar ultraviolet-B
radiation on the antioxidant defense system in soybean lines dif-
fering in flavonoid contents. Environ Exp Bot, 2008, 63: 39−48
[23] Ma J F, Tamai K, Yamaji N, Mitani N, Konishi S, Katsuhara M,
Ishiguro M, Murata Y, Yano M. A silicon transporter in rice.
Nature, 2006, 440: 688−691
[24] Fang C X, Wu X C, Zhang H L, Jun X, Wu W X, Lin W X.
UV-induced differential gene expression in rice cultivars ana-
lyzed by SSH. Plant Growth Regul, 2009, 59: 245−253
[25] Fang C X, Wang Q S, Yu Y, Li Q M, Zhang H L, Wu X C, Chen
T, Lin W X. Suppression and overexpression of Lsi1 induce
differential gene expression in rice under ultraviolet radiation.
Plant Growth Regul, 2011, DOI: 10.1007/s10725-011-9569-y
[26] Yoshida S, Forno D A, Cock J H. Laboratory Manual for Physiologi-
cal Studies of Rice, 3rd edn. Manila, the Philippines: International
Rice Research Institute, 1976. pp 1−83
[27] Shen Y, Jin L, Xiao P, Lu Y, Bao J S. Total phenolics, flavonoids,
antioxidant capacity in rice grain and their relations to grain color
and grain size. J Cereal Sci, 2009, 49: 106−111
[28] Christos D. Role of nutrients in controlling plant diseases in sus-
tainable agriculture: a review. Agron Sustain Dev, 2008, 28:
33−46
[29] Xu C P, Natarajan S, Sullivana J H. Impact of solar ultraviolet-B
radiation on the antioxidant defense system in soybean lines dif-
第 6期 方长旬等: 硅及其吸收基因 Lsi1调节水稻耐 UV-B辐射的作用 1011


fering in flavonoid contents. Environ Exp Bot, 2008, 63: 39−48
[30] Riquelme A, Wellmann E, Pinto M. Effects of ultraviolet-B ra-
diation on common bean (Phaseolus vulgaris L.) plants grown
under nitrogen deficiency. Environ Exp Bot, 2007, 60: 360−367
[31] Winkel-Shirley B. Flavonoid biosynthesis: a colorful model for
genetics, biochemistry, cell biology, and biotechnology. Plant
Physiol, 2001, 126: 485−493
[32] Kimura Y, Tosa Y, Shimada S, Sogo R, Kusaba M, Sunaga T,
Betsuyaku S, Eto Y, Nakayashiki H, Mayama S. OARE-1, a
Ty1-copia retrotransposon in oat activated by abiotic and biotic
stresses. Plant Cell Physiol, 2001, 42: 1345−1354
[33] Lee B K, Park M R, Srinivas B, Chun J C, Kwon I S, Chung I M,
Yoo N H, Choi K G, Yun S J. Induction of phenylalanine ammo-
nia-lyase gene expression by paraquat and stress-related hor-
mones in Rehmannia glutinosa. Mol Cells, 2003, 16: 34−39
[34] Pang Q, Hays J B. UV-B inducible and temperature-sensitive
photoreactivation of cyclobutane pyrimidine dimers in Arabidop-
sis thaliana. Plant Physiol, 1991, 95: 536−543
[35] Hidema J, Taguchi T, Ono T, Teranishi M, Yamamoto K, Kuma-
gai T. Increase in CPD photolyase activity functions effectively
to prevent growth inhibition caused by UVB radiation. Plant J,
2007, 50: 70−79
[36] Iwamatsu Y, Aoki C, Takahashi M, Teranishi M, Ding Y, Sun C,
Kumagai T, Hidema J. UVB sensitivity and cyclobutane
pyrimidine dimer (CPD) photolyase genotypes in cultivated and
wild rice species. Photochem Photobiol Sci, 2008, 7: 311−320




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