全 文 ：第 40卷　第 1期 厦门大学学报 (自然科学版 ) Vo l. 40　 No. 1
　 2001年 1月 Journal o f Xiamen Univ ersi ty ( Natural Science) Jan. 2001　
文章编号: 0438-0479( 2001) 01-0116-06
盐度对铺地黍叶片中脯氨酸积累的影响
收稿日期: 2000-02-23
作者简介: 王伟 ( 1965- ) ,男 ,副教授 .
王　伟 ,陈　亮 ,崔　红
(厦门大学生物学系 ,福建 厦门　 361005)
摘要: 自然生长的海滩铺地黍叶片中的脯氨酸 ( Pro )含量比水湿地植株高 36% (以干重计 ) .在 50
～ 400 mmol /L NaCl胁迫下 ,移栽后的两种植株中 Pro含量均随盐度的增加而增加 ,尤其是在原生
长于海滩的植株中 .盐胁迫下 , Pro在游离总氨基酸组成中的比例也相应地提高 ,其余氨基酸的变化
程度则较小 .然而 , Pro积累并没有导致海滩铺地黍对盐胁迫耐性的增加 .
关键词: 铺地黍 ;脯氨酸 ;盐胁迫
中图分类号: Q 945 文献标识码: A　　　　　　　　　　　　　　　
干旱和盐胁迫是农业上制约植物生长和作物生产力的严重问题 .在干旱、盐胁迫下 ,许多
植物种类 (包括盐生植物 )都积累高水平的脯氨酸 ( proline, Pro) [1～ 3 ] .一般认为积累的 Pro作
为渗透溶质、氮源、酶和细胞结构的保护剂以及活性氧清除剂等起作用 [4～ 6 ] . Pro组成性超表达
在一定程度上可增加转基因植株对渗透胁迫的耐性 [7 ] .但在某些植物种类中 . Pro积累似乎只
是胁迫的结果 ,与耐盐性之间缺少相关性 [8～ 10 ] .
铺地黍 (Panicum repens )是广泛分布在热带和亚热带的一种多年生禾草 ,常见于田间、水
湿地及海边沙滩 ,是福建滨海沙生植被的主要种类之一 [11 ] .在盐度较高的滨海沙滩 , 铺地黍仍
能健壮生长并开花结实 .我们曾发现不同盐度生境下铺地黍叶片蛋白质的合成有所不同 [12 ] .
本文报道盐度对铺地黍叶片中 Pro含量的影响 ,探讨 Pro积累在铺地黍盐适应过程中的作用 .
1　材料和方法
1. 1　样品采集及盐处理
海滩铺地黍采自福建省厦门岛东海岸沙滩 .该处地势平缓 ,坡度 20～ 25度 ,盐度 1. 0% ～
2. 0% (以 NaCl为主 ) .水湿地铺地黍采自附近海拔较高处的水湿地 (盐度 0. 3%～ 0. 5% ).铺
地黍植株移栽、分株后植于含 Hoag land营养液的沙基中 ,在温室自然光照下生长 .待分株恢
复旺盛生长后 ( ca. 15 d) ,浇注 NaCl溶液进行盐胁迫处理 .为避免剧烈胁迫 , NaCl浓度梯度
50、 100、 200、 400 mmol /L按 2 d间隔增加 ,且每天补充适量蒸馏水以弥补蒸发散失的水分 .在
NaCl浓度达到 400 mmo l /L 10 d后 ,取各分蘖最新全展叶进行分析 .这时 , 50、 100、 200、 400
mmol /L NaCl处理的天数分别为 16、 14、 12和 10 d.沙滩 ( 0～ 30 cm )和水体的盐度用手持盐
度计或电导仪测定 . 50、 100、 200、 400 mmol /L NaCl溶液的盐度分别为 0. 35% 、 0. 65% 、 1. 3%
和 2. 3% .野外考察及采样时间为 1999年 3～ 5月 .
1. 2　叶片生长测定
在 400 mmo l /L NaCl处理的第 10 d,测量各分蘖最新全展叶的叶面积、节间长度 (从新展
叶着生的节向下 )、卷曲度 (从 8: 00～ 18: 00,每隔 2 h记录 1次 )及相对含水量 ( RWC, 10: 00测
定 ) .叶面积= 0. 75×最大叶长×最大叶宽 [13 ] .叶片卷曲度 (% )= ( 1- 卷曲的叶宽÷未卷曲的
叶宽 )× 100% [14 ] . RWC= (鲜重 -干重 )÷ (饱和鲜重-干重 )× 100% .
1. 3　脯氨酸含量的测定
参照张殿忠等 [15 ]的方法 ,洗净叶片、剪碎 ,取 0. 2～ 0. 4 g于具塞试管中 ,加 3%磺基水杨
酸溶液 3 mL,沸水浴浸提 10 min.冷却后 ,取 2 mL提取液于试管中 ,加入 1 mL水、 1 mL冰乙
酸和 2 mL 2. 5%酸性茚三酮溶液 ,沸水浴中显色 1 h.冷却后 ,加入 2 mL甲苯萃取红色物质 .
静置后 ,吸取甲苯层测定 520 nm处的光吸收 ,并根据 Pro标准曲线进行定量 .
1. 4　游离氨基酸的测定
叶片中总游离氨基酸的提取参照任东涛等 [ 16]方法 .加入三氯乙酸 (终浓度 2 mmol /L )沉
淀提取液中的蛋白质 , 10 000 g离心 20 min,用 1 mol /L HCl调节上清液的 pH为 2. 2,定容 ,
　图 1　海滩铺地黍 (■ )和水湿地铺地黍 (□ )的叶片生长
1) 自然条件下 ; 2) 400 mmol /L NaCl处理
A.叶面积 ; B.节间长度 ; C.相对含水量 ; D.叶卷曲度
　 Fig. 1　 Leaf g row th o f Panicum repens g row ing in sand beach (■ ) a nd
in f resh wa ter habita t
用 HPLC( LKB4150 Alpha
amino acid analy zer, Upp-
sala , Sw eden)测定各种游
离氨基酸的含量 [17 ] .
2　结　果
2. 1　铺地黍生长状况
在自然生长条件下 ,海
滩铺地黍较矮 (平均高度 5
cm ) ,叶片较小 ,分蘖粗壮 ,
匍匐茎发达 ,而水湿地铺地
黍较高 (平均 20～ 30 cm ) ,
叶片较大 ,分蘖纤细 ,匍匐
茎不发达 ,其新展叶的叶面
积及所着生节的节间长度
分别是前者的 2. 66和 4. 43
倍 (图 1 ) . 海滩 植 株的
RWC比水湿地植株的低
(图 1) ,说明海滩植株水分
的亏缺程度较高 .
在 400 mmol /L NaCl
处理第 10 d,移栽后的海
·117·第 1期　　　　　　　　王　伟等: 盐度对铺地黍叶片中脯氨酸积累的影响　　　　　　　　　　　　　
　图 2　海滩铺地黍 (■ )和水湿地铺地黍 (□ )叶片
中脯氨酸积累的比较
A. 自然条件下 Pro的含量 ;
B. 不同盐浓度下 Pro的含量 .
　 Fig . 2　 Compa rison o f pro line contents in leaves
fr om plants of Panicum repens na turally
g rowing in sand beach (■ ) a nd in f resh-
w ater habitat (□ )
滩、水湿地的铺地黍植株的新展叶片的叶面
积、卷曲度及 RWC等均无区别 (图 1) (其他
浓度下也未观察到差异 ) ,说明它们对盐胁迫
的反应程度是相同的 . NaCl浓度在 200
mmol /L以上时 ,随着盐胁迫时间的延长 ,两
种植株的盐害症状逐渐加剧 ,生长缓慢 ,新生
叶小、色深 ,变黄枯死的叶片增多 ; 400 mmo l /
L NaCl处理 40 d后 ,植株逐渐枯死 .
2. 2　游离脯氨酸的积累
自然生长的海滩铺地黍植株叶片中 Pro
含量比水湿地植株高 36. 0% (以干重计 ) (图 2
A) .在盐胁迫下 ,两类植株中 Pro含量均随
NaCl浓度的增加而增加 ,但海滩铺地黍中 Pro
积累更明显 .在 400 mmol /L NaCl下 ,海滩、水
湿地植株中 Pro含量分别为对照的 7. 5、 4. 4
倍 (图 2 B) . NaCl浓度从 0～ 400 mmol /L时 ,
Pro在游离氨基酸库组成中的摩尔比也增加 ,
海滩植株从 1. 56% ～ 6. 65% ,水湿地植株从
1. 22% ～ 4. 02% ,这与通过比色法获得的结果
是相符的 ; 而其余游离氨基酸的变化程度则
较小 (表 1) .
3　讨　论
盐度是一种制约植物生长发育的环境胁
迫 .在滨海沙滩外缘 ,由于潮汐的作用 ,沙土盐
度较高 ( 1. 0% ～ 2. 0% ) .在这种盐渍条件下 ,只有耐盐的以营养繁殖为主的多年生植物才能够
生存 .海滩环境中盐度高、潮汐影响的间歇性水分亏缺和风沙大等的综合作用 ,也使得植株的
外部形态发生适应性的变化 .因此 ,海滩铺地黍植株低矮、叶片小、节间缩短以及匍匐茎发达
等 ,是对海滩恶劣环境长期适应的结果 .
在盐胁迫下 ,许多植物 (如盐生植物、烟草、菠菜、马铃薯、番茄、拟南芥、苜蓿、大豆、小麦、
大麦和水稻等 )都出现游离 Pro大量积累的现象 [ 3, 5] ,积累的 Pro积累主要是从谷氨酸开始合
成的结果 [3 ] .从谷氨酸途径开始的头两步反应是由 P 5CS (Δ 1-py rroline-5-carboxy late syn-
thetase)催化的 , P 5CS基因的表达受盐胁迫、脱水和 ABA的诱导 [18 ] .关于盐胁迫下植物积累
Pro的生理意义目前仍存在分歧 .一种普遍的观点是 , Pro积累可以增加对渗透胁迫的耐性 .例
如 ,组成性表达外源 P 5CS的转基因烟草植株中 Pro含量比对照株高 10～ 18倍 ,在干旱胁迫
下转基因植株的根、花的发育明显比对照株好 .于是 ,研究者认为 , Pro组成性超表达导致对渗
透胁迫的耐性增加 [7 ] .最近 , Iga rashi等 [19 ]比较了盐敏感和耐盐水稻中 P 5CS转录及 Pro积累的
水平 ,发现在盐处理 10 h内 ,两种水稻的 P 5CS均开始转录 ,但耐盐水稻中 P 5CS的转录及
Pro积累的水平比盐敏感水稻的高 ,说明 P 5CS表达及 Pro积累可能与水稻的耐盐性有关 .但
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表 1　盐胁迫下海滩、水湿地铺地黍叶片中 17种游离氨基酸的浓度
Tab. 1　 Concentra tion o f 17 free amino acids f rom leaves o f salt-str essed plants of Panicum repens
海　　　滩 水　温　地
0 50 100 200 400 0 50 100 200 400
Ala 163 167 175 186 197 152 154 157 164 177
Arg 114 113 115 114 114 122 122 124 124 121
Asp 207 208 214 220 227 218 222 224 226 229
Cys 33 34 33 34 36 22 21 22 23 24
Glu 236 247 263 284 315 206 218 239 252 284
Gly 125 123 121 120 117 119 117 115 112 109
His 44 41 41 43 45 44 45 46 44 45
Ile 103 105 106 109 113 104 103 105 108 112
Leu 206 209 210 209 206 207 208 209 214 212
Lys 130 132 137 143 148 130 135 140 147 150
Met 72 67 66 68 65 61 59 57 58 57
Phe 132 134 136 137 135 126 127 128 128 131
Pro 31 47 98 145 171 24 35 57 78 91
Ser 99 102 119 131 142 101 121 137 146 165
Thr 104 112 127 139 158 103 115 138 156 177
Ty r 90 88 88 92 94 78 80 82 84 86
Val 130 131 134 137 141 126 128 134 139 142
　　　　单位: μmol / L.表中数据为两次实验的平均值 .
也有不少实验表明 , Pro积累似乎只是胁迫的结果 ,与耐盐性之间缺少相关性 , Pro积累似乎对
某些植物种类是品种或生态型专一的 .例如 , M of tah和 Michel[9 ]的研究表明 ,在 40～ 100
mmol /L NaCl胁迫下 ,盐敏感大豆品种中 Pro的积累比半耐盐品种高 2. 4～ 3. 8倍 ,但 Pro积
累是在胁迫严重到足以造成损害时 ( 40 mmol /L)才开始的 .最近 Liu和 Zhu[10 ]在一种对盐敏
感的拟南芥突变体 (sosl )中发现 ,在 NaCl胁迫下 P 5CS在 sosl中过量表达 ,尽管 sosl植株比野
生型多积累 2～ 3倍的 Pro ,但耐盐性并没有随之增加 .
在高盐度生境或 NaCl胁迫下 ,铺地黍叶片中均积累较多的游离 Pro,这与在其他植物中
获得的结果 [ 3, 5]是一致的 .在 0～ 400 mmol /L NaCl胁迫下 ,移栽后的海滩植株仍比水湿地植
株积累更多的 Pro (图 2) .在 NaCl胁迫下 ,游离氨基酸库发生的最显著的变化是 , Pro所占的
比例明显提高 ,尤其是在海滩植株中 .尽管其他游离氨基酸如 Ala、 Asp、 Glu、 Ile、 Lys、 Ser、
Thy、 Tyr及 Val等的比例也有不同程度的增加 ,但幅度远比 Pro小 (表 1) .上述现象的可能原
因是 ,在长期的盐适应过程中 ,海滩植株中编码 Pro合成途径中有关酶的基因的表达加强 ,移
栽后的植株在 NaCl胁迫下仍比水湿地植株合成较多的 Pro水平 .然而 ,移栽后的海滩、水湿
地植株对 NaCl胁迫的生长反应并没有表现出任何明显的差异 ,说明海滩植株中 Pro的大量
增加并没有导致耐盐性的增加 .因此 ,海滩铺地黍在自然生境及 NaCl胁迫下积累较高水平的
Pro可能只是盐胁迫的结果 ,与耐盐性无直接相关性 .积累 Pro的生理意义以及 K+ /Na+吸收
等在铺地黍盐适应过程中的作用正在研究中 .
·119·第 1期　　　　　　　　王　伟等: 盐度对铺地黍叶片中脯氨酸积累的影响　　　　　　　　　　　　　
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Effect of Salini ty on Proline Accumulation
in Panicum repens Leaves
WANG Wei, CHEN Liang , CU I Hong
( Dept. of Bio l. , Xiamen Univ . , Xiamen 361005, China )
Abstract: Leaves of Panicum repens na turally g rowing in sand beach produce 36% proline
in leaf ( Pro) ( d. w . ) than those na turally g rowing in f reshw ater habi ta t. Af ter t ransplant-
ing , the beach plants accumulated more Pro than the habi tat plants under 50～ 400 mmol /L
NaCl st ress. HPLC analysis confi rmed that Pro lev els in the free amino acid poo l w ere
markedly enhanced by NaCl st ress in the beach plants. How ever, Pro overaccumulation did
no t resul t in an increase in tolerance of the beach plants to sal t stress.
Key words: Panicum repens; pro line; salt st ress
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