作物产量受到多种因素的影响,干旱对世界作物产量的影响在诸多因素中占据首位,其危害程度相当于其他灾害之和。在干旱胁迫条件下,植物会受到渗透胁迫和氧化胁迫伤害,因此提高植物的渗透调节能力和抗氧化能力在提高植物的抗旱性方面具有重要的作用。在干旱胁迫条件下,植物体内会积累多种渗透调节物质,以维持植物体内的水分平衡。其中甜菜碱在调节植物的渗透平衡方面具有重要作用。在一些高等植物中甜菜碱的合成由胆碱单氧化酶（CMO）和甜菜碱醛脱氢酶（BADH）催化合成。因此,通过基因工程的手段将合成甜菜碱的关键酶基因—Badh导入植物体中并过量表达对于提高植物的抗旱性将具有重要的作用。过氧化氢酶（CAT）作为植物体内抗氧化系统的一种关键酶,可以有效清除植物体内产生的H₂O₂,从而在植物的抗氧化方面具有重要的作用。另外,CAT在植物体内主要存在于过氧化物体中,而叶绿体中不含有CAT,但是在干旱等胁迫条件下,作为植物光合作用器官的叶绿体是产生活性氧的主要部位,活性氧的积累将严重损害叶绿体,对植物造成伤害。因此,如果能够利用基因工程的手段将CAT定向导入叶绿体中将对于提高植物的抗旱性同样具有重要作用。 本实验应用农杆菌介导的叶圆盘转化法将Cat导入已经转入Badh的烟草中,并将Cat与叶绿体RuBP羧化酶小亚基转运肽（rbcS-3）基因（Tr）融合,使其能够定向导入叶绿体中发挥作用。在含有50mg/L潮霉素的培养基上筛选获得单转Cat烟草和转Badh、Cat烟草各30多个株系,并对其进行了分子生物学的验证和生理指标的检测。PCR、RT-PCR、植株总蛋白Western blot和叶绿体蛋白Western blot结果表明,目的基因已经整合到烟草基因组中,并能正常表达,且在叶绿体rbcS-3转运肽的作用下能定向进入叶绿体中。 Cat在烟草中的过量表达提高了烟草的抗旱性和抗氧化性,用20%PEG₆₀₀₀模拟干旱和不同浓度百草枯处理诱发氧化胁迫,结果如下: 1,在20%PEG₆₀₀₀模拟干旱条件下,转Badh、转Cat和转Badh、Cat烟草的质膜损伤程度、叶绿素降解程度和PSⅡ的损伤程度都小于野生型烟草,表明