全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 24(6)：540— 543 2004年 l1月
转 PSAG12却 基因水稻延衰性能的初步研究
王亚琴1，梁承邺2
(1．华南理工大学食品与生物工程学院，广东广州 510640；2．中国科学院华南植物研究所 ．广东广州 510650)
摘 要：研究了叶片衰老抑制基因PsAclz—i 经基因枪导人籼稻不育系中A后，转化植株农艺性状和生理特性
的变化。结果显示，在水稻生育期，转化植株相对于对照而言，叶绿素、蛋白质含量和S0D(超氧物歧化酶)活
性下降以及 MDA(丙二醛)相对含量上升趋势较缓，表现在农艺性状上是单株有效穗数、千粒重明显高于对
照。说明叶片衰老抑制基因PsAclz—i 确实具有延缓叶片衰老的功能，延长了水稻叶片利用光能的时间，使之
积累了大量的光合产物，增加了产量。
关键词 ：PSAG12一ipt基因；生理特性 ；农艺性状；延衰性能
中图分类号：Q344 文献标识码：A 文章编号：1000—3142(2004)06—0540—04
Study 0n antisenescence characteristics
0f transgenic rice(PSAG 12一zPt)
W ANG Ya—qin1．LIANG Cheng—ye
(1．College of Food and Bioengineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China；
2．South China Institute of Botany，Academia Sinica，Guangzhou 510650，China)
Abstract：The agronomic traits and physiological characteristics of transgenic plants(Ro)were studied after the
leaf—specific senescence—inhibitor gene(PsAG12． )was introduced into Zhong A(cytoplasmic male sterile indica)
by particle bombardment．The results showed that during the developmental stages of rice，compared with
controls，the descendant trend of the contents of chlorophyll，protein and SOD activity and the upward trend of
the relative content of MDA were slow，and panicles per plant and weight of 1 000一grain were high distinctly．
These data indicate that ipt gene might express in the transgenic rice by the induction of SAG1 2 promoter，the
synthesized cytokinins maybe delay the senescence process and prolong photosynthesis period of functional
leaves and make them accumulate fl lot of photosynthetic products and increase yields．
Key words：PSAG12一 gene；physiological characteristics；agronomic traits；antisenescence characteristics
自1995年 Gan and Amasino将高度衰老特异
性启动子PsA 。：与 ipt编码序列融合设计了自我调
控衰老抑制系统 PsA 以来，已有不少研究者利
用此系统转化了农作物、花卉、水果、蔬菜及其它物
种(Lin等，2002；Chen等，2001；McCabe等，2001；
Geng等，2001)，并证明了一定程度上可以延缓叶片
衰老，提高作物产量，延长花卉的保鲜期、蔬菜和水
果的贮藏期。但对转化后植株的各项指标没有进行
系统的分析，本实验详细比较了籼型不育系中A转
化植株和对照的农艺性状、生理特性、叶片的细胞分
裂素含量以及叶绿体的超微结构，在此先就转化植
株和对照的一些重要农艺性状以及生理特性作较
为详细 的阐述，旨在 了解 叶 片衰老抑制 基 因
P 在转化植株中的表达情况，从农艺性状和
收稿 日期：2003—12—08 修订 日期 ：2004—03—22
基金项目：广东省科技重大专项项目(2003B21207)
作者简介：王亚琴(1972一)，女(汉族)，山西忻州人，讲师，博士，从事植物基因工程与生物制药的教学与科研。E—mail：wangyq
@scib．tic．cn
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6期 王亚琴等：转P c-z却 基因水稻延衰性能的初步研究 541
生理特性两方面验证 PSAGI2一ipt转基因植株的
延衰性能。
1 斌 与克法
1．1植物材料
供试材料为籼稻不育系中 A的P c ：由 基因转
化植株(R。)和非转化植株，各随机抽取 9株，于抽
穗期、灌浆期、乳熟期及成熟期选取植株主穗的剑叶
下第一叶为材料进行各项生理生化指标测定，重复
3次，取平均值。
1．2农艺性状考察
水稻成熟后，齐地面收获；单株装袋，晒干；然后
对株高、分蘖数、穗长、单株有效穗数、单株总粒数、
千粒重等农艺性状进行考种。
1．3酶液制备
取 1 g去脉叶片，加入 5 mL 0．05 mol／L pH
7．8的磷酸缓冲液及少量石英砂于冰浴中研磨，匀
浆后过滤，19 000×g离心 20 min，上清液用作
SOD(超氧物歧化酶)活性和脂质过氧化测定。
1．4叶绿素含量测定
按沈伟其(1988)的方法，测定转化植株与对照
叶片的叶绿素含量。
1．5蛋白质含量测定
按Bradford(1976)的方法，测定转化植株与对
照叶片的蛋白质含量。
1．6 SOD活性的测定
按王爱国等(1983)的方法，测定 SOD对氮蓝四
唑(NBT)光还原的抑制作用。
1．7脂质过氧化作用的测定
根据 Heath和 Packer(1968)的方法测定过氧
化产物丙二醛(MDA)的形成，以MDA相对含量作
为膜脂过氧化的指标。
2 结果与分析
2．1转化植株( )农艺性状的表现
对当代转化植株的一些重要农艺性状进行考
种，结果显示，转化植株的千粒重明显高于对照；转
基因株系中 1、中3的单株有效穗数明显高于对照，
而中2与对照无明显差异；转基因植株的株高比对
照有所降低，其中株系中 1的株高明显低于对照；转
基因植株的分蘖数、穗长、单株总粒数与对照无明显
差异。
表 1 转基因植株(R0)的一些重要农艺性状
Table 1 Partial important agronomic traits of transgenic plants(Ro)
2．2转化植株中叶绿素含量的变化
水稻叶片衰老首先表现为叶绿素含量的下降。
本实验比较了不同生育期转化植株与对照的叶绿素
变化情况。从图1中可以看出，水稻抽穗、开花到灌
浆，转化植株和对照叶片的叶绿素含量下降都较缓
慢；但从灌浆期开始，对照的叶绿素含量下降速度开
始加快，而转化植株的叶绿素含量下降仍较慢，这种
状态一直持续到成熟期；说明从灌浆期开始，对照叶
片的衰老速度就明显快于转化植株，转化植株表现
出较长时间保持叶片绿色的功能。
2．3转化植株中蛋白质含量的变化
蛋白质降解是叶片衰老的基本特征(杨淑慎等，
2001)。本实验测定了水稻不同生育期转化植株与
对照叶片的蛋白质含量，发现不管是转化植株还是
对照，从抽穗期开始，蛋白质降解都很快，但对照的
蛋白质含量下降幅度要比转化植株大得多。
2．4转化植株中MDA相对含量和 SOD活性的变化
在水稻叶片衰老时，SOD活性下降，MDA含量
显著升高。而且衰老程度越高，叶片中S0D活性下
降越大，MDA含量越高(林植芳等，1984)。从图3、
4可以看出，水稻从抽穗开花到灌浆，转化植株与对
照叶片中MDA相对含量水平相近，到了乳熟期，对
照叶片中MDA相对含量迅速升高，而转化植株叶
片 MDA相对含量上升比较平缓；转化植株和对照
的SOD活性从抽穗开花到灌浆下降幅度较大，而灌
浆后一直到水稻成熟，下降趋势都较平缓，但明显地
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542 广 西 植 物 24卷
薯
器量
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H F M R M
生育期 Stage of developmenl
图 1 水稻不同生育期转化植株叶片的叶绿素含量变化
Fig．1 Changes of chlorophyll content in Ieaves
of transgenic plants during different
developmental stages of rice
H、F、MR、M分别代表抽穗期、灌浆期、乳熟期及成熟期。
H：Heading stage；F：Filling stage；MR：
Milky ripe stage；M：Maturing stage．
图2 水稻不同生育期转化植株叶片的蛋白质含量变化
Fig．2 Changes of protein content in Ieaves
of transgenic plants during different
developmental stages of rice
H、F、MR、M分别代表抽穗期、灌浆期、乳熟期及成熟期。
H：Heading stage；F：Filling stage；MR：Milky
ripe stage‘M ；Maturing stage．
对照的SOD活性较转化植株低。
3 结论与讨论
水稻籽粒 2／3以上的干物质是开花后通过光合
作用形成的，由于水稻叶片衰老导致光合作用下降，
因此水稻在生育期内叶片衰老快慢会直接影响其产
量(陆定志等，1988；Murchie等，1999)。本研究对
转 P 。：却 基因植株的一些农艺性状进行了考种，
结果表明叶片衰老抑制基因 P ctz却 转入水稻确实
《
一 0
如 =
C
* 0
羔
图3 水稻不同生育期转化植株叶片丙二醛相对含量变化
Fig．3 Changes of relative content of MDA in
Ieaves of transgenic plants during different
developmental stages of rice
H、F、MR、M 分别代表抽穗期、灌浆期 、乳熟期及成熟期。
H：Heading stage；F：Filing stage；MR：Milky
ripe stage；M ：M aturing stage．
图 4 水稻不同生育期转化植株叶片的S0D活性变化
Fig．4 Changes of SOD activity in Ieaves of transgenic
plants during different developmentaI stages of rice
H、F、MR、M 分别代表抽穗期 、灌浆期、乳熟期及成熟期．
H：Heading stage；F：Filing stage；MR：Milky
ripe stage‘M ：Maturing stage．
延缓了叶片衰老，增长了叶片利用光能的时间，使之
积累了大量的光合产物，表现在农艺性状上是明显
提高了单株有效穗数、千粒重；同时还发现转基因植
株的株高较对照有所降低，这可能是细胞分裂素含
量的增加导致植株形态发生变化，表现为株高变矮；
也可能是外源基因的导人方式(尤其是基因枪)对受
体材料造成一定程度的伤害，进而影响了后期的生
长发育，因为在很多不同目的基因的转化中，转化植
株的株高都有不同程度的降低(陶利珍，1998)。
Biswas和Choudhuri(1980)研究水稻叶片衰老
时指出，水稻叶片中叶绿素和蛋白质含量的下降可
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6期 王亚琴等：转 PSAc-z却，基因水稻延衰性能的初步研究 543
作为衡量水稻叶片衰老的可靠指标。本实验比较了
转化植株叶片与对照的叶绿素含量变化情况，发现
水稻抽穗、开花到灌浆，转化植株和对照叶片的叶绿
素含量下降都较缓慢；但从灌浆期开始，对照的叶绿
素含量下降速度开始加快，而转化植株的叶绿素含
量下降仍较慢，这种状态一直持续到成熟期；说明从
灌浆期开始，对照叶片的衰老速度就明显快于转化
植株，转化植株表现出较长时间保持叶片绿色的功
能，这一点与 Lin等(2002)的研究结果一致。其原
因可能是由于转化植株中ipt基因表达导致细胞分
裂素含量增加，从而促进了叶绿素的合成(Geng等，
2001)，但具体细胞分裂素如何调控叶绿素的合成还
需进一步研究。同时还测定了水稻不同生育时期转
化植株与对照叶片的蛋白质含量，发现不管是转化
植株还是对照，从抽穗期开始，蛋白质降解都很快，
但对照的蛋白质含量下降幅度要比转化植株大得
多。本研究得出转化植株的这两个指标下降程度明
显小于对照，尤其是在水稻发育的乳熟期，差异更为
明显。这充分说明了叶片衰老抑制基因 PSA 。 在
转化植株中得到了表达，转化植株具有较长时间保
持叶片绿色的功能。
叶片老化时会出现活性氧的毒害作用，这是因
为老叶中对抗活性氧毒害的内源保护酶活力降低，
不能完全消降细胞内光合及呼吸作用所产生的活性
氧，从而使细胞内氧自由基大量存在，增大了膜脂上
不饱和脂肪酸的过氧化，形成许多过氧化产物。
MDA是过氧化产物，又是一种能强烈与细胞内各
种成分反应的物质，因而引起对酶和膜的严重损伤，
最终导致膜的结构及生理完整性破坏。本实验中转
化植株和对照叶片的 SOD活性从水稻抽穗到成熟
不断降低，MDA相对含量不断升高。虽然转化植
株和对照的变化趋势相近，但转化植株叶片的 SOD
活性下降幅度和 MDA相对含量升高幅度都比对照
小，即在水稻生育后期转化植株叶片SOD活性比对
照高，MDA相对含量比对照低。这一点也验证了
叶片衰老抑制基因 PSA 在转化植株中的表达情
况，说明其具有抑制叶片早衰的功能。
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