全 文 ：西北农业学报　2008 , 17(5):204-207
Acta A griculturae Boreali-occidentalis Sinica
水分胁迫对苦荞幼苗生理生化特性的影响＊
陈　鹏1 , 张德玖1 ,李玉红2 , 陈　涛3
(西北农林科技大学:1.生命科学学院;2.园艺学院;3.资环学院 ,陕西杨凌　712100)
摘　要:用 30% PEG-6000 模拟干旱环境对苦荞幼苗进行水分胁迫 , 研究水分胁迫对苦荞幼苗生理生化特性
的影响。结果表明 ,在水分胁迫下 , 叶片相对含水量(RWC)下降 , 叶片 POD活性 、脯氨酸(Pro)和可溶性蛋白
含量显著升高;复水后 , RWC 增加 , POD活性 、脯氨酸含量(Pro)下降 ,可溶性蛋白含量继续增加。研究还表
明 ,在水分胁迫下膜脂过氧化产物 MDA 含量变化不显著。十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-
PAGE)结果表明 ,水分胁迫下叶片 49.0 kD和 45.5 kD 的蛋白表达减弱 ,复水后表达恢复到正常水平。
关键词:水分胁迫;荞麦;相对含水量;脯氨酸;POD;丙二醛;SDS-PAGE
中图分类号:S517　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1004-1389(2008)05-0204-04
Effect of Drought Stress during Seedling Stage on Physiological and
Biochemical Traits of Tartary Buckwheat
CHEN Peng
1 , ZHANG De-jiu1 , LI Yu-hong2 and CHEN Tao3
(1.Col lege of Li fe S cien ces , 2.College of H orticulture , 3.College of Resou rces and Environment ,
Northw est A &F University , Yangling Shaanxi　712100 , China)
Abstract:Buckwheat has strong drough t tolerance.Physiological and bio chemical t rait s of tartary
buckwheat (Yu 6-21)were studied under the condi tions o f 30%PEG-6000 solutions(o smo tic po tential
w as about -1.2 M pa).The resul ts showed that POD act ivity , so luble pro tein and proline content in-
creased significant ly and relative w ater content dropped rapidly under w ater st ress.After rew atering ,
POD activity , relative w ater content and pro line content decreased , and protein content increased con-
tinously.In addition , proteins f rom buckwheat leaves under w ater st ress were analy sed by SDS-
PAGE.The result showed that expre ssion o f 49.0 kD and 45.5 kD we re reduced under w ater st ress ,
and reconver ted to normal level af ter rew atering.
Key words:Watert stress;Buckwheat;Relative w ater content ;Proline;POD;MDA;SDS-PAGE
　　荞麦(Fagopy rum )起源于中国 ,为蓼科荞麦
属的双子叶植物 , 是我国重要的药粮兼用作物 ,
因其具有独特的营养价值和药用价值而倍受人们
青睐[ 1] ,素有“三降食品”之称 ,其种植面积和产量
均居世界首位 。荞麦具有生长季节短 ,耐旱耐瘠
等特性 ,是发展旱作农业的理想作物 。目前对荞
麦的研究主要集中在营养价值[ 2] ,药用价值[ 3] 和
活性成分如荞麦类黄酮 、荞麦蛋白质 、荞麦多肽 、
荞麦抗性淀粉和荞麦蛋白酶抑制剂[ 4] 等方面 ,对
荞麦抗逆性研究较少 。对其耐旱生理还未见国内
外文献报道。本试验以苦荞榆 6-21为材料 ,对水
分胁迫及复水后幼苗叶片的相对含水量(Relative
w ater content , RWC)、脯氨酸和丙二醛含量 、
POD活性 、蛋白含量及种类的变化进行了研究 ,
揭示荞麦在水分胁迫下的变化规律 ,旨在探讨这
些生理生化指标作为抗旱指标的可行性 ,为深入
认识荞麦耐旱的部分机理 , 提高荞麦的耐旱性和
＊　收稿日期:2008-02-25　　修回日期:2008-04-10
基金项目:国家自然科学基金“荞麦芦丁降解酶的基因克隆与多克隆抗体制备”(No.30400282)。
作者简介:陈　鹏(1972-), 男 , 陕西富平人 , 博士, 副教授 , 从事植物抗逆的分子生物学和蛋白质组学研究。 E-mail:
ch en16302008@yahoo.com.cn
合理利用水分提供参考 ,也为发掘抗旱相关基因
奠定基础 。
1　材料和方法
1.1　材料
供试苦荞品种为`榆 6-21 ,由榆林农业学校
提供 。选取健康饱满的荞麦种子各 600 粒 ,催芽
后播种于垫有三层湿润滤纸的 20 cm 培养皿中 ,
每皿 300粒 ,室内培养 ,每天喷洒适量蒸馏水保持
滤纸湿润 ,待苗长至子叶展开后待用。
1.2　试验处理
采用 30%的 PEG-6000 进行干旱胁迫处理
(对照组充足水分),胁迫处理 1 ～ 4 d后再复水处
理 1 ～ 4 d 。每处理 3次重复 ,每重复 3盆 。在规
定时间采集幼苗子叶进行相关指标的测定与分
析。为了描述的简便 ,用 RW(Rew atering)表示
复水 ,即 RW1 、RW2 、RW3 、RW4 分别表示恢复
供水 1 、2 、3 、4 d 。
1.3　相关指标测定
叶片相对含水量的测定参考高俊凤的方
法[ 5] 。游离脯氨酸含量的测定用酸性茚三酮
法[ 6] 。POD活性测定用愈创木酚法[ 5] 。丙二醛
含量的测定采用硫代巴比妥酸法[ 5] 。可溶性蛋白
含量测定采用考马斯亮蓝 G-250 法[ 7] 。SDS-
PAGE电泳采用陈毓荃的方法[ 7] 。
2　结果与分析
2.1　水分胁迫对苦荞幼苗叶片相对含水量的影
响
随着水分胁迫时间的延长 , 苦荞幼苗的
RWC呈下降趋势(图 1)。在水分胁迫下 2 ～ 4 d
叶片 RWC与对照相比差异显著 。复水后 ,叶片
的相对含水量缓慢升高。在复水处理 1 ～ 2 d ,对
照的 RWC 显著高于对照 ,复水处理 3 ～ 4 d ,与对
照相比无显著差异 。此结果表明解除水分胁迫
后 ,苦荞幼苗叶片能迅速恢复到正常水分水平 ,表
明荞麦具有较高的耐旱性 。
2.2　水分胁迫对苦荞叶片游离脯氨酸含量的影
响
水分胁迫下苦荞幼苗叶片的游离脯氨酸含量
显著升高(图 2),在水分胁迫 2 ～ 4 d ,苦荞幼苗叶
片的脯氨酸含量与对照相比差异显著。复水后叶
片的脯氨酸含量开始迅速下降 ,在复水 3 ～ 4 d时
与对照相比无显著差异。
＊表示在 5%水平上的显著性 ,下同。
＊Denotes at 5% level signif icat ion;The sam e below .
图 1　水分胁迫对荞麦叶片相对水分含量的影响
Fig.1　The effect of water stress on the relative water
content in buckwheat leaves
图 2　水分胁迫对荞麦叶片脯氨酸含量影响
Fig.2　The effect of water stress on the content of
proline in buckwheat leaves
2.3　水分胁迫对苦荞叶片 POD活性的影响
POD是清除过氧化物的关键酶 ,与植物抗逆
能力密切相关。荞麦幼苗在受到水分胁迫后(图
3),叶片中 POD活性均显著升高 ,其中在水分胁
迫 3 d时 ,POD活性最高。复水后 1 d ,处理的幼
苗叶片POD活性仍显著高于对照 ,在以后的取样
时间 ,处理与对照相比无显著差异 。此结果表明 ,
荞麦幼苗具有较高的清除叶片内活性氧自由基的
能力 。
2.4　水分胁迫对苦荞幼苗叶片丙二醛含量的影
响
MDA 是植物受到逆境胁迫时膜脂过氧化作
用的最终产物 ,其含量的高低反映植物细胞膜受
伤害程度 。水分胁迫提高了荞麦叶片中的 MDA
含量(图 4),但与对照相比无显著差异 。表明荞
麦幼苗对水分胁迫的耐受性较强。
2.5　水分胁迫对苦荞幼苗叶片可溶性蛋白含量
及蛋白种类的影响
苦荞叶片在水分胁迫下可溶性蛋白含量一直
·205·5 期　　　　　　　　　　　　　　陈　鹏等:水分胁迫对苦荞幼苗生理生化特性的影响
缓慢地增加(图 5),水分胁迫 3 d和 4 d时可溶性
蛋白含量基本保持不变。在复水后可溶性蛋白含
量继续增加 ,在 2 d时出现一个峰值。在以后的
取样时间 ,蛋白含量呈下降趋势 ,但仍显著高于对
照。
图 3　水分胁迫对荞麦叶片过氧化物酶活性影响
Fig.3　The effect of water stress on the activity of
POD in buckwheat leaves
图 4　水分干旱胁迫对荞麦叶片丙二醛含量影响
Fig.4　The effect of water stress on the content
of MDA in buckwheat leaves
图 5　水分胁迫对苦荞叶片水溶性蛋白含量的影响
Fig.5　The effect of water stress on the content of
soluble protein in buckwheat leaves
　　SDS-PAGE 电泳结果表明 ,水分胁迫下分子
量为 49.0 kD和 45.5 kD的蛋白表达减弱 ,在胁
迫 4 d时表达量最小 ,复水后这两种蛋白的表达
量迅速增加 ,恢复到正常水平 。此结果表明 ,水分
胁迫下 ,荞麦幼苗体内的蛋白质可能发生了降解
或蛋白的表达受到了一定的抑制。
图 6　水分胁迫下苦荞幼苗叶片蛋白质的 SDS-PAGE图谱
Fig.6　Protein expression profiles of buckwheat
leaves under water stress
3　讨论
本试验中 ,水分胁迫下苦荞叶片的 POD 活
性 、脯氨酸含量和蛋白质含量显著升高 ,MDA 含
量基本保持稳定 ,说明荞麦幼苗能通过调节自身
的保护酶系统和渗透调节系统较好的应对干旱环
境。
游离脯氨酸在植物对干旱逆境适应过程中有
着很重要的作用[ 8] ,它不仅是细胞质中重要的渗
透剂和防脱水剂 ,能降低细胞的渗透势 ,提高植物
组织的持水力 ,而且脯氨酸对活性氧自由基具有
清除作用[ 9] 。白刺幼苗[ 10] 、小黑麦[ 11] 等在水分胁
迫条件下 ,游离脯氨酸的含量均明显升高 。本试
验发现水分胁迫下脯氨酸的积累随着胁迫时间的
延长而逐渐增加且与对照差异显著 。因此可以认
为 ,游离脯氨酸的积累与荞麦幼苗的抗旱关系密
切。
本试验中 ,水分胁迫提高了荞麦叶片POD活
性 ,复水后 POD活性下降 ,表明在水分胁迫条件
下 ,荞麦叶片细胞受到伤害 ,导致叶内活性氧等过
氧化物的积累 ,从而诱导 POD活性提高以清除叶
片内过氧化物的积累 ,保护细胞膜系统的完整性 ,
减轻自由基对细胞的伤害。当水分胁迫解除后 ,
叶内活性氧等过氧化物质的积累减少 ,从而诱导
POD酶活性下降 ,以保持叶内过氧化物产生和清
除的平衡 。POD 活性可以看作是荞麦抗旱的一
个生理指标。此结果与严美玲等人在花生上的研
究结果相一致[ 12] 。丙二醛的产生是活性氧代谢
的结果 ,既与保护酶活性有关 ,又与抗氧化的非酶
物质有关 。在水分胁迫下 , POD活性上升 , 脯氨
·206· 西　北　农　业　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　17 卷
酸含量显著提高 ,使活性氧代谢基本处于平衡状
态 , 使 MDA含量与对照无显著差异。这也进一
步说明荞麦对干旱具有较强的适应性。
葛体达等对水分胁迫下夏玉米可溶性蛋白质
含量进行了研究 ,结果表明 ,水分胁迫后 ,叶片与
根系中可溶性蛋白质含量降低[ 13] 。在银中杨[ 14] 、
葡萄[ 15] 等幼苗上也有类似的结果。但在本试验
中 ,荞麦幼苗水分胁迫下蛋白质含量升高 ,蛋白含
量的升高有利于细胞渗透势下降 ,并通过渗透调
节增加荞麦在干旱条件下吸收水分 ,维持一定的
膨压 ,从而保持细胞生长 、气孔开放和光合作用等
生理过程的正常进行[ 16] 。同时在水分胁迫下荞
麦幼苗出现了 49.0 kD和 45.5 kD蛋白带的表达
量逐渐减弱 ,而且在复水后又迅速恢复 ,也反映出
荞麦具有较强的耐旱性。
参考文献:
[ 1] 　张美莉 ,胡小松.荞麦生物活性物质及其功能研究进展[ J] .
杂粮作物 , 2004 , 24(1):26-29.
[ 2] 　田秀红 ,闫　峰.苦荞麦中的抗营养因子及生理功能[ J] .食
品科技 , 2007 , 7:253-255.
[ 3] 　王　敏 ,魏益民 ,高锦明.苦荞胚油对高脂血大鼠血脂及脂
质过氧化作用的影响[ J] .中国粮油学报 , 2006 , 21(4):45-
49.
[ 4] 　侯建霞 ,汪　云 ,程宏英 ,等.毛细管电泳检测苦荞芽中的黄
酮类化合物[ J] .食品与生物技术学报 , 2007 , 26(2):12-15.
[ 5] 　高俊凤.植物生理学实验技术[ M ] .西安:世界图书出版
社 , 2000.
[ 6] 　汤章城.现代植物生理学指南[ M ] .北京:科学出版社 ,
1999.
[ 7] 　陈毓荃.生物化学实验方法和技术[ M ] .北京:科学出版社 ,
2002.
[ 8] 　ALIA K V , PRASAD S K , SARADH I P P.Ef fect of zinc
on f ree radicals and proline in Bras sica and Cajanus [ J ] .
Phy tochemist ry , 1995 , 39 :45-51.
[ 9] 　蒋明义 , 郭绍川 , 张学明.氧化胁迫下稻苗体内积累的脯氨
酸的抗氧化作用[ J] .植物生理学报 , 1997 , 23(4):347-
3521.
[ 10] 　赵纪东 ,傅　华 ,吴彩霞.水分胁迫对白刺幼苗生物量和渗
透调节物质积累的影响[ J] .西北植物学报 , 2006 , 26(9):
1788-1793.
[ 11] 　王金玲 ,董心久 , 田成军 ,等.水分胁迫对小黑麦生理生化
特性和可溶性蛋白质的影响[ J] .麦类作物学报 , 2006 , 26
(5):137-139.
[ 12] 　严美玲 ,李向东 ,林英杰 ,等.苗期干旱胁迫对不同抗旱花
生品种生理特性 、产量和品质的影响[ J] .作物学报 ,
2007 , 33(1):113-119.
[ 13] 　葛体达 ,隋方功 , 白莉萍 ,等.水分胁迫下夏玉米根叶保护
酶活性变化及其对膜脂过氧化作用的影响[ J] .中国农业
科学 , 2005 , 38(5):922-928.
[ 14] 　王晶英 , 赵雨森 , 王　臻.干旱胁迫对银中杨生理生化特
性的影响[ J] .水土保持学报 , 2006 , 20(1):197-200.
[ 15] 　惠竹梅 ,房玉林 , 郭玉枝 ,等.水分胁迫对葡萄幼苗 4种主
要生理指标的影响[ J] .干旱地区农业研究 , 2007 , 25(3):
146-149.
[ 16] 　朱学艺 ,张承烈.植物响应水分胁迫的主要功能蛋白[ J] .
西北植物学报 , 2003 , 23(3):503-508.
·207·5 期　　　　　　　　　　　　　　陈　鹏等:水分胁迫对苦荞幼苗生理生化特性的影响