鎘和鎘+高溫對雙抗氧化酶轉(zhuǎn)基因水稻生長生理和抗氧化系統(tǒng)的影響.pdf

1、水稻是世界上大約一半人口的主要糧食資源。重金屬污染和高溫脅迫是影響水稻產(chǎn)量的主要因素，所以利用基因工程手段，改善水稻抗重金屬和高溫脅迫的能力，對提高水稻產(chǎn)量具有重要意義。 本實驗以水稻中花11號及其轉(zhuǎn)GST(谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶)+CAT1(過氧化氫酶)基因水稻為實驗材料，用單一鎘(Cd)和鎘+高溫(38℃)處理生長6周的水稻苗0-3天，測定各項生理生化指標(biāo)。實驗結(jié)果表明，隨著脅迫處理時間的延長，鎘+高溫對水稻幼苗的毒害作用較單一鎘脅

2、迫加重，但是轉(zhuǎn)基因水稻的株高、根長、根數(shù)量、相對含水量、葉綠素含量、可溶性糖、凈光合速率、根系活力、氣孔開關(guān)比率都明顯高于非轉(zhuǎn)基因水稻，而丙二醛(MDA)的含量和H2O2的產(chǎn)生則低于非轉(zhuǎn)基因水稻。 在單一鎘脅迫下，轉(zhuǎn)基因水稻和非轉(zhuǎn)基因水稻的抗氧化系統(tǒng)尤其是抗壞血酸和谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)在變化幅度和/或變化趨勢方面都有明顯的差異。與對照相比，在鎘脅迫處理2天后，轉(zhuǎn)基因水稻的CAT活性顯著提高，而非轉(zhuǎn)基因水稻的CAT活性則降低；MDAR

3、活性在轉(zhuǎn)基因水稻與非轉(zhuǎn)基因水稻中都比對照組有顯著的提高。在鎘離子脅迫處理3天后，轉(zhuǎn)基因水稻的DHAR和SOD活性明顯高于非轉(zhuǎn)基因水稻的。另外，雖然在鎘離子脅迫下，轉(zhuǎn)基因水稻和非轉(zhuǎn)基因水稻的APX和GR的活性及GSH的含量和抗壞血酸的氧還狀態(tài)的變化趨勢類似，但是轉(zhuǎn)基因水稻的這些指標(biāo)都比非轉(zhuǎn)基因的高。 鎘+高溫復(fù)合脅迫比單一鎘脅迫對水稻的毒害作用加重，但是轉(zhuǎn)基因水稻比非轉(zhuǎn)基因水稻受害輕。鎘+高溫復(fù)合脅迫較單一鎘脅迫對轉(zhuǎn)基因水稻抗氧化

4、系統(tǒng)尤其是抗壞血酸和谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)的影響明顯不同。其中，一個顯著的區(qū)別就是在復(fù)合脅迫條件下，CAT和GR的活性顯著提高，而在單一鎘脅迫條件下它們的活性都降低。另一個顯著的特征是盡管轉(zhuǎn)基因水稻MDAR、SOD和GST的活性在復(fù)合脅迫條件下和單一鎘脅迫條件下的變化趨勢相似，但是復(fù)合脅迫條件下這些酶的活性都比單一鎘脅迫條件下的高。更重要的是在復(fù)合脅迫條件下轉(zhuǎn)基因水稻中抗壞血酸的氧還狀態(tài)比單一鎘脅迫條件下高，并且復(fù)合脅迫條件下轉(zhuǎn)基因水稻的CA

5、T、SOD、GR、GST、MDAR活性和抗壞血酸的氧還狀態(tài)都比非轉(zhuǎn)基因水稻的高。這些結(jié)果表明，復(fù)合脅迫是一個更為復(fù)雜的性狀，其毒害作用比單一鎘脅迫更大，但不等于兩種單一脅迫的疊加。這說明復(fù)合脅迫與單一脅迫對植物抗氧化系統(tǒng)的影響有明顯的差別，但無論是單一鎘脅迫還是復(fù)合脅迫下，轉(zhuǎn)基因水稻抗氧化脅迫的能力都高于非轉(zhuǎn)基因水稻。 總體結(jié)果表明，GST+CAT1在水稻中的共同表達(dá)能夠在一定程度上提高轉(zhuǎn)基因水稻對鎘和鎘+高溫毒害的抗性，為水稻

6、抗重金屬和高溫脅迫分子育種提供了理論基礎(chǔ)。 總之，實驗證明，單一鎘和鎘+高溫脅迫對轉(zhuǎn)基因水稻抗氧化系統(tǒng)特別是整個抗壞血酸和谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)的影響比非轉(zhuǎn)基因水稻的顯著，這可能是由于CAT1和GST在轉(zhuǎn)基因水稻中的共同表達(dá)影響了信號分子如活性氧分子、谷胱甘肽和抗壞血酸氧還狀態(tài)的水平，從而引起在功能上與CAT1和GST相關(guān)組分的變化。因此，轉(zhuǎn)基因水稻對鎘和鎘+高溫脅迫氧化損傷作用的降低，可能不僅僅是CAT1和GST共同作用的結(jié)果，而且