全 文 ：中国生态农业学报 2012年 6月 第 20卷 第 6期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jun. 2012, 20(6): 772−776


* 山西省自然基金委项目(2009011038-3)资助
燕平梅(1968—), 女, 博士, 副教授, 研究方向为植物生理学。E-mail: yanpingmei@sohu.com
收稿日期: 2011-08-16 接受日期: 2012-03-07
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.00772
转基因抗矮花叶病玉米及其亲本生理特性的对比研究*
燕平梅1 赵文婧1 单树花1 宋敏丽1 孙 毅2
(1. 太原师范学院 太原 030031; 2. 山西省农业科学院生物技术研究中心 太原 030031)
摘 要 为了探明转基因玉米的生理特性, 本文研究了转基因抗矮花叶病玉米和亲本玉米(非转基因玉米)的
发芽能力及苗期第 1真叶的叶绿素含量和淀粉酶、蛋白酶、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物
歧化酶(SOD)活性以及 3种保护酶同工酶的酶谱。转基因玉米与非转基因玉米的发芽能力差异不显著, 叶绿素
a和叶绿素 a+b含量显著高于非转基因玉米。转基因玉米淀粉酶活性和蛋白酶活性显著高于非转基因玉米。转
基因玉米与非转基因玉米胚芽中 POD、CAT和 SOD酶活力均无显著性差异, 转基因玉米第 1真叶中 3种保护
酶活性显著高于非转基因玉米。转基因玉米和非转基因玉米胚芽中检测到 POD的 3种同工酶 POD-1、POD-3
和 POD-4, 非转基因玉米第 1 真叶中检测到 4 种同工酶 POD-1、POD-2、POD-3 和 POD-4; 转基因玉米第 1
真叶还含有 POD-5。转基因玉米和非转基因玉米胚芽和第 1真叶中都有 4种 CAT同工酶 CAT-1、CAT-2、CAT-3
和 CAT-4。转基因玉米和非转基因玉米胚芽中的 SOD共有两种同工酶, 分别为 SOD-1和 SOD-2; 转基因玉米
和非转基因玉米第 1真叶中共检测到 7种 SOD同工酶, 分别为 SOD-1、SOD-2、SOD-3、SOD-4、SOD-5、SOD-6
和 SOD-7。综上所述, 转基因抗矮花叶病玉米发芽能力及胚芽中保护酶活性与非转基因玉米无显著差异, 转基
因玉米第 1真叶中 3种保护酶活性显著高于非转基因玉米。
关键词 转基因玉米 酶活性 叶绿素 同工酶 安全性评价
中图分类号: Q754; S332; S562 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)06-0772-05
Seedling physiological characteristics of genetically modified maize variety
with dwarf mosaic virus resistant genes and its parent
YAN Ping-Mei1, ZHAO Wen-Jing1, SHAN Shu-Hua1, SONG Min-Li1, SUN Yi2
(1. Taiyuan Normal University, Taiyuan 030031, China; 2. Center for Biotechnology Research,
Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taiyuan 030031, China)
Abstract In order to verify the physiological characteristics of genetically modified maize, this paper studied the germination abil-
ity, chlorophyll content and activities of amylase, protease, peroxidase (POD), catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) of
genetically modified maize with dwarf mosaic virus resistance genes and its parent. The paper also analyzed zymograms of three
protective enzymes. Germination abilities of genetically modified maize and its parent were not significantly different. Chlorophyll-a
and chlorophyll-a+b contents were significantly higher in the modified maize than in the parent maize. Amylase and protease activi-
ties of genetically modified maize were significantly higher than those of the parent. POD, CAT and SOD enzyme activities of the
germs of genetically modified maize and the parent were not significantly different. Three protective enzymes activities of the first
true leaf of genetically modified maize were significantly higher than those of the parents. Three isozymes of POD (POD-1, POD-3
and POD-4) were detected both in the germs of genetically modified maize and the parent. Four isozymes of POD (POD-1, POD-2,
POD-3 and POD-4) were detected in the first true leaf of the parent, and five isozymes of POD (POD-1, POD-2, POD-3, POD-4 and
POD-5) in the first true leaf of genetically modified maize. However, four CAT isozymes (CAT-1, CAT-2, CAT-3 and CAT-4) exited
in the germs and the first true leaf of both the genetically modified maize and the parents. Isozymes of SOD in germs of genetically
modified maize and the parents had two bands consisting of SOD-1 and SOD-2. However, seven bands (SOD-1, SOD-2, SOD-3,
SOD-4, SOD-5, SOD-6, and SOD-7) were noted in the first true leaf both of the genetically modified maize and the parents. The
results showed that physiological indexes of genetically modified maize and the parent were different. Three protective enzymes
第 6期 燕平梅等: 转基因抗矮花叶病玉米及其亲本生理特性的对比研究 773


activities in the first true leaf of genetically modified maize were significantly higher than those of the parent.
Key words Transgenic maize, Enzyme activity, Chlorophyll, Isoenzyme, Safety evaluation
(Received Aug. 16, 2011; accepted Mar. 7, 2012)
玉米矮花叶病毒是一种全球性的玉米病毒, 发
病面积广泛, 损失巨大[1]。对玉米矮花叶病的抗病育
种工作十分紧迫和重要。研究人员采用花粉介导的
方法[2], 将水稻粗缩病毒运动蛋白缺陷型基因(RDV
MP−)导入玉米自交系“478”中 , 获得了具有抗矮花
叶病毒的玉米, 因而提高了玉米的抗病性。到目前
为止, 在转基因操作中对外源基因的插入位点尚无
法准确控制, 插入外源基因可能带来一些意想不到
的效应, 由于无意识的基因变化可能改变新陈代谢
及酶活性和功能的变化, 从而引起转基因植物生理
生化的变化问题[3], 包括酶活性、同工酶及营养成分
的变化[4]。杜建中等[5]对转RDV MP−基因玉米的抗病
性进行了研究, 发现转基因玉米抗矮花叶病强于受
体玉米。但现少见关于转RDV MP−基因玉米生长过
程生理特性的研究报道。本文以转RDV MP−基因玉
米(转基因抗矮花叶病玉米)及其亲本(非转基因玉米)
为研究对象, 在实验室条件下, 对其发育过程中淀
粉酶、蛋白酶、POD、CAT、SOD酶活性、同工酶
酶谱分析以及蛋白质含量、叶绿素含量和可溶性糖
含量等进行研究, 旨在探讨转入的RDV MP−基因是
否会对这些酶产生影响, 为转基因玉米的推广及规
范化栽培技术的制定提供理论基础。
1 试验材料与方法
1.1 供试材料
供试的转基因玉米和亲本玉米材料由山西农业
科学院生物技术研究中心提供。亲本玉米编号为
“478”; 转基因玉米为将水稻粗缩病毒运动蛋白缺陷
型基因(RDV MP−)通过花粉介导的方法转入受体玉
米“478”中获得抗矮花叶病毒的转基因玉米。
1.2 种子萌发及取样
将转RDV MP−基因玉米种子和非转基因玉米种
子于25 ℃黑暗中经蒸馏水浸泡24 h后, 用蒸馏水冲
洗数次。分别选取200粒饱满健壮的种子, 置于铺垫
1层滤纸、2层纱布的培养皿中, 置于25~30 ℃人工气
候培养箱中萌发培养 , 设3次重复 , 逐日记录发芽
数。第3 d计算发芽势, 第7 d计算发芽率[6]。另取适
量玉米种子进行上述萌发培养, 分别于第3 d、5 d、
7 d测定其蛋白酶、淀粉酶活性及可溶性总蛋白、可
溶性总糖含量(取萌发的去根种子)。第8 d 于25 ℃无
光照恒温箱中进行水培, 每24 h浇1/2 Hoogland培养
液350 L, 待玉米长出真叶后, 测定其叶绿素a、b含
量及CAT、POD、SOD活性, 进行CAT、POD、SOD
同工酶电泳分析。
1.3 生理生化指标测定方法
淀粉酶活性采用比色法测定, 以 25 ℃时 3 min
内每 1 g种子(鲜重)水解淀粉释放 1 mg麦芽糖所需
的酶量为 1个酶活性单位(U·g−1)[7]。蛋白酶活性采用
甲醛滴定法测定, 以氨态氮的量来衡量蛋白酶的活
性(U·g−1)[7]。可溶性总糖含量采用蒽酮比色法测定,
从标准曲线上得到提取液中糖的含量, 进而求出可
溶性总糖含量(μg·g−1)[7]。可溶性总蛋白含量采用考
马斯亮蓝法 G-250 比色法测定, 通过标准曲线可以
求 得 样 品 蛋 白 的 浓 度 , 求 出 蛋 白 质 的 含 量
(μg·g−1)[7]。叶绿素含量采用丙酮提取法测定, 以每
克鲜重叶片中叶绿素的毫克数(mg·g−1)表示[8]。SOD
活性采用 NBT光还原法[9], POD活性采用愈创木酚
法测定[8], CAT活性采用紫外吸收法测定[8]。
1.4 同工酶分析方法
SDS-聚丙烯凝胶电泳条件为分离胶浓度 12.5%,
浓缩胶浓度 4.5%, 胶联度 3.6%, 进行垂直电泳, 单
板恒流 10 mA, 样品溶液先与等体积上样缓冲液混
合, 沸水浴加热 5 min 后, 蛋白提取液 20 μL 上样,
电泳后的分离胶染色显现蛋白带。
POD 染色用醋酸联苯胺法[10], CAT 染色参考杨
小艳等[11]的方法, SOD染色参考李学强等[12]的方法。
1.5 数据分析
用 Excel软件和 SPSS软件进行数据分析。
2 结果与分析
2.1 玉米萌发过程中生理指标的对比
2.1.1 发芽指标的对比
萌发期转基因抗矮花叶病玉米和非转基因玉米
发芽指标的变化如表 1所示。从表中可看出, 转基因
玉米的发芽率、发芽势和发芽指数与非转基因亲本之
间存在一定差异, 但均未达到显著水平(P>0.05)。
2.1.2 发芽种子淀粉酶和蛋白酶活性的对比
转基因抗矮花叶病玉米和非转基因玉米在萌发
期淀粉酶活性的变化如图 1A所示。通过 3个时间的
测定发现, 在正常萌发条件下, 转基因玉米与非转
基因玉米的淀粉酶活性随着萌发天数的增加逐渐降
低, 且萌发过程中转基因玉米淀粉酶活性始终比非
转基因玉米高。在萌发的第 3 d, 转基因玉米的淀粉
酶活性比非转基因玉米增加 86.71%, 二者差异达极
774 中国生态农业学报 2012 第 20卷


显著水平(P<0.01)。在萌发的第 5 d和第 7 d, 与非转
基因玉米相比 , 转基因玉米的淀粉酶活性分别高
34.51%和 17.33%, 差异显著(P<0.05)。
萌发期转基因抗矮花叶病玉米和非转基因玉米
蛋白酶活性的变化如图 1B所示。通过 3个时间的测
定发现, 在正常萌发条件下, 萌发期转基因玉米的
蛋白酶活性比非转基因玉米高。在萌发第 3 d, 转基
因玉米的蛋白酶活性比非转基因玉米高 66.66%, 二
者差异显著(P<0.05)。随着萌发天数的增加, 二者均
呈下降趋势, 到萌发第 5 d和第 7 d, 二者酶活性趋
向一致, 差异不显著(P>0.05)。
2.1.3 可溶性总糖含量和可溶性总蛋白含量的对比
萌发期转基因抗矮花叶病玉米和非转基因玉米
可溶性总糖含量的变化如图2A所示。通过3个时间的
测定发现, 转基因玉米与非转基因玉米的可溶性总
糖含量差异始终表现为极显著(P<0.01)。
转基因抗矮花叶病玉米和非转基因玉米可溶性
总蛋白含量在萌发期的变化如图 2B 所示。通过 3
个时间的测定发现, 在正常萌发条件下, 随着萌发
天数的增加, 转基因玉米与非转基因玉米可溶性总
蛋白含量的变化趋势相似, 均在萌发的第 5 d 有所
上升, 第 7 d又转为下降。在萌发的第 3 d和第 7 d,
转基因玉米可溶性总蛋白含量与非转基因玉米的差
异不显著(P>0.05); 萌发第 5 d, 差异显著(P<0.05)。
2.1.4 叶绿素含量的对比
转基因抗矮花叶病玉米和非转基因玉米叶片叶
绿素含量的变化如表 2 所示。转基因玉米叶片叶绿
素 a、叶绿素 a＋b 的含量与非转基因玉米的差异均
显著(P<0.05); 叶绿素 b 的含量、叶绿素 a/b 与非转
基因玉米的差异不显著(P>0.05)。

表1 转基因玉米与非转基因玉米发芽指标的对比
Table 1 Comparison of germination indexes between transgenic maize and non-transgenic maize
类型 Seed 发芽率 Germination rate (%) 发芽势 Germination energy (%) 发芽指数 Germination index
非转基因玉米 Non-transgenic maize 77.5±0.067a 69.0±0.025a 274.03±0.189a
转基因玉米 Transgenic maize 93.5±0.094a 85.5±0.065a 358.80±0.213a
同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05),下同。Different small letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level.
The same below.



图1 萌发期转基因玉米与非转基因玉米淀粉酶(A)和蛋白酶(B)活性
Fig. 1 Amylase (A) and protease (B) activities of transgenic maize and non-transgenic maize during germination
*表示处理间差异极显著(P<0.01), 下同。* means significant difference among treatments at 0.01 level. The same below.



图2 萌发期转基因玉米和非转基因玉米的可溶性总糖(A)和可溶性蛋白(B)含量变化
Fig. 2 Changes of total soluble sugar (A) and soluble protein (B) contents of transgenic maize and non-transgenic maize during germination
第 6期 燕平梅等: 转基因抗矮花叶病玉米及其亲本生理特性的对比研究 775



表2 转基因玉米与非转基因玉米叶片中的叶绿素含量变化
Table 2 Chlorophyll contents changes in leaves of transgenic
maize and non-transgenic maize
项目 Item 非转基因玉米
Non-transgenic maize
转基因玉米
Transgenic maize
叶绿素a
Chlorophyll a (mg·g−1)
0.91±0.026a 1.25±0.060b
叶绿素b
Chlorophyll b (mg·g−1)
0.29±0.041a 0.41±0.023a
叶绿素a+b
Chlorophyll a+b (mg·g−1)
1.20±0.066a 1.66±0.080b
叶绿素a/b
Chlorophyll a/b
3.11±0.355a 3.02±0.101a

2.2 玉米萌发过程中不同组织保护酶活性(CAT、
POD和 SOD)的变化
转基因抗矮花叶病玉米与非转基因玉米胚芽和
第1真叶CAT活性的变化见图3A。转基因玉米与非转
基因玉米胚芽中CAT活性之间没有显著差异 , 第1
真叶中CAT活性差异显著(P<0.05)。两种玉米第1真
叶与胚芽中CAT活性差异极显著(P<0.01), 转基因
玉米第1真叶较胚芽中CAT活性增加187.15%, 而非
转基因玉米的增加170.12%。
转基因抗矮花叶病玉米与非转基因玉米胚芽、
第1真叶POD活性的变化见图3B。转基因玉米与非转
基因玉米胚芽组织中POD活性之间没有显著差异 ,
第1真叶中POD活性差异显著(P<0.05)。两种玉米第1
真叶与胚芽中POD活性差异极显著(P<0.01), 转基
因玉米第1真叶较胚芽中POD活性增加157.54%, 而
非转基因玉米增加109.57%。
转基因玉米与非转基因玉米胚芽、第 1 真叶
SOD活性的变化见图 3C, 转基因玉米与非转基因玉
米胚芽组织中 SOD活性之间没有显著差异; 第 1真
叶中 SOD 活性差异显著(P<0.05)。两种玉米第 1 真
叶与胚芽中 SOD 活性差异极显著(P<0.01), 转基因
玉米第 1真叶较胚芽中 SOD活性增加了 62.53%, 而
非转基因玉米的增加了 48.80%。
2.3 玉米胚芽、第 1 真叶中 POD、CAT、SOD 同
工酶的谱带分析
由表 3 可以看出, 转基因抗矮花叶病玉米和非
转基因玉米胚芽中的 POD都有 3条同工酶谱带, 分
别为 POD-1、POD-3和 POD-4。转基因玉米和非转
基因玉米第 1 真叶中都有 POD-1、POD-2、POD-3
和 POD-4, 转基因玉米第 1真叶含有 POD-5, 而在胚
芽中未检测到此条泳带。转基因玉米胚芽中泳带较
非转基因玉米亮度强, 说明转基因玉米胚芽和第 1
真叶中的 POD同工酶表达量高于非转基因玉米。
转基因抗矮花叶病玉米和非转基因玉米胚芽和
第 1真叶中都有 CAT-1、CAT-2、CAT-3和 CAT-4, 转
基因玉米较非转基因玉米的 4 条泳带亮度强。说明
转基因玉米胚芽和第 1真叶中的 CAT同工酶表达量
高于非转基因玉米。
转基因抗矮花叶病玉米和非转基因玉米胚芽中
的 SOD共有 2条带, 分别为 SOD-1和 SOD-2; 两种
玉米的 2 条泳带亮度相近。转基因玉米和非转基因
玉米第 1 真叶中共检测到 7 条带, 分别为 SOD-1、
SOD-2、SOD-3、SOD-4、SOD-5、SOD-6和 SOD-7,
转基因玉米中 SOD-1、SOD-2、SOD-3和 SOD-7都
比非转基因玉米的表达量多 , SOD-4、SOD-5 和
SOD-6在两种玉米中表达量相近。
3 讨论
本研究通过对转基因抗矮花叶病玉米及其亲本
品种的比较, 发现转基因玉米与非转基因玉米相比
发芽率和发芽势差异不显著, 萌发初期淀粉酶、蛋
白酶活性、叶绿素含量较高, 差异显著。此研究结
果与俞超等[13]得出 Bt 转基因水稻幼苗的生活能力
均高于对照的研究结果类似。说明外源基因的导入
提高了玉米内源基因的表达活性。



图3 转基因玉米与非转基因玉米不同组织中CAT(A)、POD(B)和SOD(C)的活性
Fig. 3 CAT(A), POD(B), SOD(C) activities in different tissues of transgenic maize and non-transgenic maize
776 中国生态农业学报 2012 第 20卷


表 3 转基因玉米与非转基因玉米相同组织的同工酶差异
Table 3 Isoenzymes difference in the same tissue of transgenic maize and non-transgenic maize
胚芽 Germ 第 1真叶 First true leaf
酶
Enzyme
酶带编号
No. of enzyme bands 转基因玉米
Transgenic maize
非转基因玉米
Non-transgenic maize
转基因玉米
Transgenic maize
非转基因玉米
Non-transgenic maize
POD POD-1 ++ + ++++ ++
POD-2 − − +++ ++
POD-3 +++ ++ ++ +
POD-4 ++ + + +
POD-5 − − + −
CAT CAT-1 ++ + ++ +
CAT-2 +++ ++ ++ +
CAT-3 ++++ +++ +++ ++
CAT-4 + + ++ +
SOD SOD-1 ++ ++ +++ ++
SOD-2 ++ ++ +++ ++
SOD-3 − − ++++ +++
SOD-4 − − + +
SOD-5 − − ++ ++
SOD-6 − − ++ ++
SOD-7 − − +++ +
“−”表示谱带缺失, “＋”表示谱带存在, “＋”的多少表示谱带的亮度。“−” means spectrum bands lost, “+” means spectrum bands present. The
number of “+” means spectrum bands strength.

生物体的新陈代谢特征可用酶活性和酶浓度表
示, 50%以上的酶有同工酶催化同一代谢反应。酶活
性及同工酶在不同的环境条件下(如在不同底物、
pH、温度和不同组织器官)反应速度不同[14]。本试验
中, 对转抗矮花叶病基因玉米与非转基因玉米进行
了比较, 发现转基因玉米胚芽中的 CAT、POD、SOD
的活性与非转基因玉米无显著差异, 第 1 真叶中的
CAT、POD、SOD的活性与非转基因玉米差异显著。
转基因玉米表达 POD、CAT、SOD-1、SOD-2、SOD-3、
SOD-7 高于非转基因玉米。POD-5 只在转基因玉米
表达, 非转基因玉米(亲本)中未检测到。试验结果表
明抗矮花叶病基因的转入改变了玉米同工酶的酶
谱。与前期研究转几丁质酶基因玉米的同工酶谱较
亲本玉米发生明显差异的结果一致[15]。从时间上看,
基因导入能够加大受体基因型变异速率, 从而增强
其抗逆能力和适应性, 使生物体在不同条件下能够
正常生长发育[16]。
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