全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 26(5)：488— 491 2006年 9月
5℃低温对转 SOD或 POD基因烟草影响的研究
曾淑华 ，2，刘飞虎2
(1．云南农业大学 烟草学院，云南 昆明 650201；2．云南大学 生命科学学院，云南 昆明 650091)
摘 要：对盆栽 9叶龄的 3个烟草近等基因系进行 5℃低温处理。测定处理 2 d、4 d和 6 d以及处理 6 d后恢
复生长 2 d和 4 d烟草叶片的生理生化指标 ，观察处理 2 d、4 d和 6 d后恢复生长 7 d烟草的生长情况。结果
表明：随着低温处理时间的延长，细胞质膜透性 、丙二醛含量、可溶性蛋白质和糖含量均升高 ；SOD活性则开
始下降随后升高 ，但始终低于对照；低温造成株高、叶片数和生物量显著下降。
关键词；转基因烟草 ；低温处理；SOD；POD；生物量
中图分类号 ；Q945 文献标识码 ：A 文章编号：1000-3142(2006)05—0488—04
A study 0n effects 0f_low temperature at
5℃ 0n transgenic tobacco with SO oD U
0r PoD 0ver—expressed
ZENG Shu—huaI，2．LIU Fei—hu2*
(1．College of Tobacco Science，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China；
2．College of Life Sciences，Yunnan University，Kunming 650091，China)
Abstract：Three lines of near isogenic tobacco were pot—cultured and treated under low temperature(5℃)at
their 9-leaf stage．Some physiological and biochemical indices were tested respectively on the 2nd，4th and 6th
day of treatment and on the 2nd and 4th day of recovery growth after 6 days of treatment，and the growth of
tobacco was observed on the 7 th day of recovery growth after 2，4 and 6 days of treatment respectively．The
results indicated that as the time of plants under low temperature elongated，cell membrane permeability，MDA
content，soluble protein and sugar content increased，but the plants height，number of leaves and biomass of per
plant decreased．W hile the SOD activity first decreased and then increased．
Key words：transgenic tobacco；low temperature；SOD；POD；biomass
低温引起喜温作物减产甚至死亡是世界范围内
普遍存在的问题 ，至今还 尚未找到根本的解决途径 。
低温对植物的损伤常分为冷害(零上低温对植物造
成的伤害)和冻害(零下低温对植物造成的伤害)，一
般发生在早春和晚秋，危害一旦发生将严重影响作
物的生长和发育(金博闻等，1994)。烟草起源于雨
量充沛的热带，对低温甚为敏感，属温度敏感型作
物 ，在烟草的整个生长发育期间 ，常会遭受低温的影
响，导致烟草品质和产量下降，而烟草又是我国乃至
全世界主要的经济作物之一 ，因此研究烟草的抗冷
性 ，培育抗冷性较强的烟草品种有着重要的意义。
本试验主要通过对转基因烟草进行 5℃低温处
理，分析相关的生理生化和生长发育指标，评价利用
转基因方法培育高表达 SOD或POD的烟草品系在
收稿 日期：2004-11-01 修回日期：2005—08—07
基金项 目：云南省人才基金“转基因 SOD高表达烟草近等基因系利用价值”部分研究内容[Supported by the Foundation for
Talents of Yunnan Province]
作者简介：曾淑华(1977一)，女(土家族)，湖北利川人 ，硕士研究生，助教 ，主要从事植物生理生化研究。
。通讯作者(Author for c0rresp0ndence)
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5期 曾淑华等：5℃低温对转 SOD或 POD基因烟草影响的研究 489
改良植物抗逆性方面的应用价值。
1 材料与方法
1．1材料
供试材料为国外 引进的 3个近 等基 因烟草品
系，即非转基 因品系、转 Mn—SOD基 因叶绿体高表
达品系(Mn—SOD高表达品系)和转基因抗坏血酸
POD高表达品系(POD高表达品系)。
1．2方法
2003年 5月，在温室中播种育苗。将 5叶期的
烟苗移栽入纸杯中，进行正常的肥水管理 ，防治病虫
害。烟株长到 9叶期时 ，在室 内的冰柜里分别同时
给予 2 d、4 d和 6 d的 5℃低温处理，其中处理 6 d
后的植株在正常条件下 分别恢复 生长 2 d和 4 d。
对照在正常条件下生长，对照与处理均设 5个重复。
取 自烟株顶端往下第 4片烟叶进行生理生化指标测
定。处理后的烟株在正常条件下恢复生长 7 d后，测
其株高和叶片数，连根拔出洗净泥沙，晾干后称干重。
sOD活性的测定采用 NBT光化还原法(Gian—
nopolitis，1977)，可溶性蛋 白质含量的测定采用考
马斯亮兰(G一250)法(刘祖祺等，1994)，丙二醛和可
溶性糖含量用硫代巴比妥酸法测定(李如亮，1998)，
细胞质膜透性的测定参考现代植物生理学实验指南
的方法(汤章城 ，1999)。
2 结果与分析
2．1低温对烟草叶片相对电导率的影响
低温胁迫导致烟草叶片细胞质膜透性升高，表
现为电解质渗漏量增加。由表 1可知，随着低温处
理时间的延长，3个品系的相对电导率逐渐增加，处
理的第 2天，3个品系均比对照升高 8 左右，从第
4天起 ，非转基因品系的增加明显快于 2个转基 因
品系，第 6天时比对照升高 23．8O ，POD高表达品
系上升最慢 ，第 6天时 只比对照升高 17．2O ，Mn—
sOD高表达品系处于中间。恢复期间，3个品系的
相对电导率都有所下降，但 2个转基因品系下降较
快 。电导率的这种变化说 明转基因烟草品系的细胞
膜受到的伤害较小且恢复能力较强。
表 1 低温对烟草叶片相对 电导率的影响
Table l Effect of low temperature on relative conductivity of tobacco leaves
“*”表示处理或恢复与对照之间的差异显著(p=0．05)。“*”Diference between treatment or recovery and control at p=0．05
2．2低温对烟草叶片 SOD活性的影响
低温处理期间，烟草叶片内 SOD活性的变化 比
较特殊，呈现先下降随后升高的趋势，这种趋势一直
延续到恢复期间，但即使在恢复的第 4天，SOD活
性也不能达到正常水平(图 1)。其中 POD高表达
品系下降最慢，处理第 4天时只下降了 25 ，而另
外 2个品系下降了 4O 左右；恢复的第 4天 POD
高表达品系 SOD活性为对照的 9O 左右，另外 2
个品系sOD活性相对较低，其中以非转基因品系的
SOD活性最低。
2．3低温对烟草叶片丙二醛含量的影响
低温处理导致烟草叶片 MDA含量显著升高
(图 2)。3个品系中 POD高表达品系上升最慢，另
外 2个品系上升较快，且升高的幅度接近；处理 6 d
时，POD高表达品系只比对照升高35．92 ，而另外
2个品系升高 46 左右。恢复期间，3个品系都有
恢复正常的趋势，POD高表达品系下降最快，恢复4
d时，几乎达到正常水平。
2．4低温对烟草叶片可溶性蛋 白质含量的影响
由图 3可知，低温导致烟草叶片可溶性蛋白质
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含量显著升高，恢复期间其含量明显下降。低温处
理的第 2天，非转基 因品系升高最 多，比对照升高
50 左右，而 2个转基因品系的含量接近，比对照升
高 30 左右 ；在处理的第 4天和第 6天，POD高表
达品系可溶性蛋白质的含量明显低于另外 2个品
系，到处理的第 6天时，只比对照升高 6O 9／6，另外 2
个品系比对照升高 80 左右 ；恢复期间 3个品系可
溶性蛋白质的含量都明显下降。
2．5低温对烟草叶片可溶性糖含量的影响
低温处理使得烟草叶片可溶性糖含量显著升
高，恢复期间有所下降(图4)。低温处理的第 2天，
3个品系可溶性糖含量接近，都比对照升高 10 左
右；处理 4 d时，非转基因品系的含量明显高于 2个
转基因品系，其中 POD高表达品系升高最少；而处
理 6 d时，3个品系的含量又比较接近，都比对照升
高 40 左右。恢复期间 3个品系可溶性糖含量都
明显下降，其中2个转基因品系下降较快。
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处理或恢复天数
Days of t reatment or recovery
图 1 低温对烟草叶片 SOD活性的影响
Fig．1 Effect of low temperature on
SOD activity in tobacco leaves
180
60
40
20
00
80
处理或恢复天数
Days of treatment or recovery
图 2 低温对烟草叶片丙二醛含量的影响
Fig．2 Effect of low temperature on MDA
content in tobacco leaves
2．6低温对烟草生物量的影响
由表 2可知，低温会导致烟草的株高、叶片数和
芒
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处理或恢复天数
Days of treatment or recovery
图 3 低温对烟草叶片可溶性蛋白质含量的影响
Fig．3 Effect of low temperature on soluble
protein content in tobacco leaves
翥．；专
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处理或恢 复天数
Days of treatment or recovery
图 4 低温对烟草叶片可溶性糖含量的影响
Fig．4 Effect of low temperature on soluble
sugar content in tobacco leaves
干重都有不同程度的下降。比较 3项指标可以看
出，低温对烟草生物量的影响最严重 ，2 d的处理 3
个品系的干重都降为对照的 80 左右，6 d的处理
都降为对照的 70％左右，而非转基因品系降得更
低，只有对照的 63．06 ；低温对叶片数的影响最
小，2 d的处理 3个品系都为对照的 90 以上，随着
处理时间延长，叶片数变化很少 ，6 d的处理为对照
的 80 以上。3个品系中，POD高表达品系 3项指
标的变化都最慢，非转基因品系 3项指标的变化最
快，Mn—SOD高表达品系处于两者中间。
3 讨论
膜系统是细胞的重要组成部分 ，膜的稳定性是
细胞及整个生命活动赖以生存的基础(关世英等，
1995)。按照生物膜的流动镶嵌学说 ，膜的双分子层
脂质通常呈液晶相，但如果植物处于低温条件下时，
膜就会由液晶态转变成凝胶态 ，膜收缩 ，引起细胞膜
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5期 曾淑华等：5C低温对转 SOD或 POD基因烟草影响的研究 491
透性的改变(Lyons等，1971)。试验中，3个品系的
相对电导率都随着低温处理时间的延长逐渐升高，
说明细胞质膜受到了明显的伤害，而POD高表达品
系受到的伤害相对较小，非转基因品系的相对电导
率升高最快，说明受低温影响最严重。恢复期间，3
个品系的相对电导率都下降，说明受损质膜的功能
表 2 低温对烟草生长及生物量的影响
Table 2 Effect of low temperature on growth and biomass of tobacco
“ ”表示处理或恢复与对照之间的差异显著(p—O．05)；“””表示处理或恢复与对照之间的差异显著(p—O．01)。
“。”Difference between treatment or recovery and control at p一0．05；“--”Difference between treatment or recovery and control at p=O．O1
有一定的恢复 。
植物体一旦遭受低温胁迫，体内活性氧产生和
清除之间的动态平衡就会遭到破坏，对植物体造成
伤害，植物细胞内活性氧代谢的失调及活性氧对细
胞的损伤是植物在低温逆境下发生伤害的重要原因
之一。SOD是植物抗氧化系统 的第一道 防线，在一
定程度上能有效地清除超氧阴离子等活性氧的危害
(Mead等，1976)。本试验发现低温处理后烟草叶
片SOD活性都有不同程度的下降，表明在烟草体内
活性氧的产生已超 出了细胞 的防御能力 ，低温对烟
草造成了比较严重的伤害；但是POD高表达品系所
受的损伤相对较小，因为 SOD活性变化最小。本试
验中SOD活性的变化与其他植物的变化有一定的
差别，在水稻(陈善娜等，1995)中发现 SOD活性在
低温胁 迫下 明显下 降，而 番茄 和鸡 蛋果 (陈 贻竹，
1988)中SOD活性不受低温的影响。
活性氧伤害的另一方面表现为膜脂过氧化产物
MDA含量的增加。我们 的试验发现 MDA含量随
着处理时间的延长逐渐增加，与在水稻(陈善娜等，
1995)等植物中的研究一致。3个品系中POD高表
达品系上升最慢，说明体内活性氧自由基的积累较
少，可能是由于清除活性氧自由基的能力较强，SOD
的活性变化证明了这一点，低温条件下 POD高表达
品系保持了较高的活性，而另外 2个品系的 SOD活
性下降较多，使得活性氧的积累多，最终导致 MDA
含量增加较多。
低温导致植物细胞中可溶性蛋白质量变的一般
趋势是含量 的增加，研究表明可溶性蛋 白质 的含量
与植物的抗冷性之间有着密切的关系(刘祖祺等，
1989)。本试验中烟草叶片经过低温处理后可溶性
蛋白质的含量明显高于对照，与在红花三叶草、冬油
菜、黄瓜(艾希珍等，1999)和棉花(范月仙等，1995)
等植物的抗寒锻炼 中的研究一致。3个品系中，
POD高表达品系可溶性蛋 白质含量升高最慢 ，可能
说明其受低温影响较小。
低温往往会 导致植物细胞 中可溶性糖含量升
高，可溶性糖的积累，细胞液浓度增大，可以抵抗低
温对细胞特别是细胞膜可能造成的损伤。本试验中
烟草叶片经低温处理后，其可溶性糖含量明显升高，
与在棉花(范月仙等，1995)等植物中的研究一致。3
个烟草品系中，2个转基因品系可溶性糖含量升高
较慢，且恢复时下降最快，可能表明低温对转基因品
系的伤害较小。
本试验通过对 3个近等基因烟草品系进行低温
处理，发现低温严重影响烟草的生长发育。低温处
理后的烟草植株矮小，严重时叶片出现水渍状的斑
点，各项生理生化和生长发育指标与对照相比发生
明显变化。比较各项生理生化和生长发育指标以及
观察生长发育情况，3个品系抗冷性强弱依次为：
POD高表达品系>Mn-SOD高表达品系>非转基
因品系。从结果可知利用转基因方法导人与抗性密
切相关的外源目的基因，确实能够提高烟草的抗冷
性，而抗冷性的强弱又与外源基因的种类密切相关。
(下转第 487页 Continue on page 487)
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5期 兰添颖等 ：转基因农作物检测技术及其应用与发展 487
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