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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2013年第3期
由于近 20 年全球平均臭氧层减少了 2％ -3％［1］，
从而导致到达地表的太阳紫外辐射（UV-B）增强，
影响了地球上动植物以及人类本身。有关 UV-B 辐
射对植物的影响，国内外学者已研究了大约 400 种
植物的相应变化反应［2］。
小麦作为我国北方重要的粮食作物之一，许多
学者关注了 UV-B 辐射对它的影响［3］，何丽莲等［4］
研究了 10 个小麦品种对 UV-B 辐射增强响应的生
长和产量差异。马晓丽等［5］对小麦经 UV-B 辐射和
He-Ne 激光修复后其叶片蛋白和核酸含量等变化进
行了研究。黄修文等［6］对 UV-B 辐射处理过的小麦
幼苗期叶片的蛋白质组进行了分析。李元等［7，8］研
收稿日期 ：2012-09-26
基金项目 ：山西省自然科学基金项目（2009011044-2）
作者简介 ：齐婷婷，女，硕士研究生，研究方向 ：植物信号转导和生物化学 ；E-mail ：361498415@qq.com
通讯作者 ：段江燕，女，教授，研究方向 ：生物化学 ；E-mail ：jianyanduan@163.com
UV-B 辐射对小麦叶片蛋白的影响
齐婷婷  段江燕
（山西师范大学生命科学学院，临汾 041000）
摘 要 ： 为研究增强的 UV-B 辐射对植物的影响，选取了生长于中国北方的经济作物冬小麦为研究对象，采用双向电泳的方
法，分析了经 UV-B 辐射后小麦叶片蛋白的变化。结果显示，经 UV-B 辐射后，第 4 天、第 8 天的小麦叶片蛋白变化明显，双向电
泳图谱显示发现 15 个蛋白差异点 ；通过质谱鉴定了 3 个蛋白差异点，分别为铜 / 锌过氧化物歧化酶、钙调素、Rubiso 大亚基结合
蛋白 α亚基。结果表明增强的 UV-B 辐射可以通过调节小麦叶片基因编码蛋白而调节植物生长。
关键词 ： UV-B 辐射 小麦叶片蛋白 双向电泳
UV-B Radiation Affects Protein Expression of the Wheat’s Leaf
Qi Tingting Duan Jiangyan
( College of Life Science of Shanxi Normal University, Linfen 041000)
Abstract:  The reduction in average global ozone layer may cause the enhance of solar ultradiation adiation（UV-B）that reach to the
ground surface. We selected the cash crops of winter wheat which grown in northern China to studied the influence of UV-B radiation on plants.
Using the method of two-dimensional electrophoresis to analysis changes of the protein in wheat leaves by UV-B radiation. The results showed
that wheat leaf protein of the first four days, eight days changes significantly. The two dimensional gel electrophoresis revealed 15 differentially
expressed polypeptides, 3 of which were successful identified by mass spectrometry, including Copper/Zinc Superoxide dismutase, Calmodulin,
Rubisco large subunit binding protein subunit alpha. The results showed that enhanced UV-B radiation can be regulating the gene encoding
protein of wheat leaf to adjust plant growth.
Key words:  UV-B radiation Protein of wheat leaves Two-dimensional electrophoresis
究了不同生长时期小麦的生长变化，陈建军等［9］集
中于研究小麦某个品种的特定时期或者不同品种小
麦的特定时期的生长变化，而对于小麦幼苗经受不
同天数 UV-B 辐射后的生长变化和自我修复过程及
差异蛋白的研究很少。因此本研究对不同天数 UV-B
辐射下小麦叶片生长指标的变化过程进行初步研究
和分析，以明确植物对不同天数 UV-B 辐射后的适
应性反应及其自我修复生长过程。
1 材料与方法
1.1 材料
紫外 B 组发生用紫外-B 灯（秦牌，宝鸡制造，
8 W，297 nm）模拟增强 UV-B 辐射，将其垂直悬于
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第3期54
培养皿的上方，通过调整 UV-B 灯与植物之间的距
离来控制 UV-B 辐射的强度，辐射强度 0.82 W/m2，
照射 20 min，UV-B 剂量约为 1 KJ/m2 · d 。采用紫外
辐照计（UV-B 型，北师大光电仪器厂）对 UV-B 辐
射功率密度进行测定，仪器预先用 742 型辐射强度
测定仪（FL，USA）进行校正。
晋 麦 47 号（Triticum aestivum，jinmai47） 由 山
西省农业科学院小麦研究所提供。 选取籽粒饱满，
大小均一，生活力较好的小麦幼苗，培养于盛有湿
滤纸的培养皿内，30 粒 / 盘，每组 3 次重复，25℃
恒温培养箱中培养。种子露白时待处理。共设对照
（CK）、UV-B 处理（B）2 组（表 1）。
上，与之紧密接触，并用低熔点琼脂糖进行封胶。
起始电压为 50 V，胶条之下电压加大到 120 V。凝
胶固定 30 min，染色 12 h，脱色液脱色 2 h。凝胶用
UNAX Power look 2100XL-USB 彩色扫描仪进行扫描，
并用 PDQuest 软件进行分析。
1.2.5 胶内酶切与质谱鉴定 从凝胶上选取鉴定的
蛋白质点，挖取后转入 PCR 管中，重复两次脱色 20
min（50％乙腈 +50 mmol/L 碳酸氢铵），脱水 10 min
（100％乙腈），烘干后的胶在 4℃ trypsin 酶溶液中酶
解 30 min ；37℃烘箱中酶解过夜 ；50％乙腈 +0.1％
TFA 60 μL，30 min 后将溶液转移至新的 96 孔板内。
样品用 4700 串联飞行时间质谱仪 4700 Proteomica
Analyzer 进行质谱分析。
1.3 统计分析
测试各指标 3 次，取其平均值，用 Excel 进行
折线图绘制。
2 结果
2.1 增强UV-B辐射对小麦叶片的影响
经不同天数的 UV-B 辐射后，小麦叶片平均长
度、总重量、平均叶面积都发生了显著的变化，生
长到第 3-5 天时，B 组小麦各指标值均大于 CK 组
小麦，且第 4 天的差异较大 ；小麦生长至第 6-7 天
时，B 组小麦与 CK 组小麦各指标值相差甚小 ；小麦
生长至第 8-9 天 CK 组小麦各指标值大于 B 组小麦，
且第 8 天差距较大（图 1- 图 3）。
表 1 各处理组的设置及处理程序
处理组 光照（h/d） UV-B 辐射（h/d） 暗培养（h/d）
CK 8 - 16
B 8 8 16
1.2 方法
1.2.1 叶片指标测定 小麦处理 3 d 后，每隔 1 d 按
常规法对叶片长度进行测量并求其平均值、称其叶
片重量、用 ADC 便携式叶面积仪测培养皿内每片叶
面积并计算出平均叶面积。
1.2.2 叶片总蛋白含量测定 取 0.2 g 粉末溶于 1.5
mL 蛋白质提取液，搅动 30 s，离心（12 000×g，4℃，
15 min），取上清夜再重复离心，收集上清 ；加 3 倍
体积冷丙酮，-20℃放置过夜；离心（12 000×g，4℃，
15 min）。收集沉淀，挥发去丙酮，用样品裂解液裂
解。蛋白浓度定量参照 Bradford（1976）方法建立
标准曲线和测定样品的蛋白浓度。
1.2.3 叶片聚丙烯酰胺凝胶电泳分析 选取具有代
表性的 UV-B 辐射天数，提取小麦叶片总蛋白，并
进行聚丙烯酰胺凝胶电泳，再用凝胶分析软件进行
分析。
1.2.4 双向电泳 蛋白质含量约 300 μg 的蛋白质提
取液，按 1∶4 的比例加入水化上样液 ；聚焦盘中加
入样品混合液 200 μL ；去除保护膜的预制 7 cm IPG
胶条，主动水化 16 h，两次 1 h 的除盐，20 000 伏
小时（Vh）聚焦。第二向 SDS-PAGE ：等电聚焦后
的胶条于平衡缓冲液 I、平衡缓冲液Ⅱ中先后平衡
15 min。平衡后的 IPG 胶条转移至聚丙烯酰胺凝胶
0
20
40
60
80
100
120
140
3 4 5 6 7 8 9ཙᮠd
ᒣ൷
ਦ䮯
mm

ᒣ൷ਦ䮯CKᒣ൷ਦ䮯B
图 1 不同天数 UV-B 辐射前后小麦叶片平均长度
2.2 增强UV-B辐射对小麦叶片总蛋白含量的影响
根据考马斯亮蓝 G-250 可与蛋白质相结合的特
性测定浓度。以磷酸缓冲液为空白对照，设牛血清
蛋白（BSA）不同浓度梯度，用分光光度计测定波
2013年第3期 55齐婷婷等 ：UV-B 辐射对小麦叶片蛋白的影响
长 595nm 处吸光值 ；每个样品重复测定 3 次，根据
测定结果，建立了标准曲线方程，绘制出标准牛血
清蛋白曲线，用于样品的测定（图 4）。
小麦经不同天数的 UV-B 辐射后，小麦叶片蛋
白质含量也发生了显著的变化，随着天数的增加 CK
组小麦叶片蛋白质含量不断增加，随着天数的增加
B 组小麦叶片蛋白质含量也不断增加 ；小麦生长到
第 3-5 天 B 组小麦叶片蛋白质含量大于 CK 组小麦，
且第 4 天的差异较大，小麦生长到第 6-7 天 B 组小
麦与 CK 组小麦叶片蛋白质含量相差甚小，小麦生
长到第 8-9 天 CK 组小麦叶片蛋白质含量大于 B 组
小麦，且第 8 天差距较大（图 5）。0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
3 4 5 6 7 8 9ཙᮠd
ਦ⡷
ᙫ䟽
䟿g

ᙫ䟽䟿CKᙫ䟽䟿B
图 2 不同天数 UV-B 辐射前后小麦叶片总重量
3 4 5 6 7 8 9
0
50
100
150
200
250
300
350
400
ཙᮠd
ᒣ൷ਦ䶒〟CK
ᒣ൷ਦ䶒〟B
ᒣ൷
ਦ䶒
〟m
m
2 
图 3 不同天数 UV-B 辐射前后小麦平均叶面积
图 4 标准牛血清蛋白曲线
0.0185
0.080
0.0024
0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1⎃ᓖμg/μL
0.0289
0.0393
0.0497
A
bs
ṑ↓ᴢ㓯
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
3 4 5 6 7 8 9ཙᮠd
㳻ⲭ
䍘ਜ਼
䟿μ
g/
μL

ᙫ㳻ⲭਜ਼䟿Bᙫ㳻ⲭਜ਼䟿CK
图 5 不同天数 UV-B 辐射前后小麦叶片蛋白质含量
2.3 小麦叶片聚丙烯酰胺凝胶电泳分析
图 6-图11 所示为第 4 天、6 天、8 天，UV-B 辐
射前后蛋白质聚丙烯酰胺凝胶电泳图与其相应的凝
胶分析图。生长第 4 天的小麦 CK 组光密度小于 B
组（图 6）；生长至第 6 天的小麦 CK 组光密度与 B
组相差甚小，CK 组略高于 B 组（图 8）；生长至第
8 天的小麦 CK 组光密度与 B 组差距较大，且 CK 组
光密度大于 B 组（图 9）。
2.4 双向电泳分析
如图 12- 图 15 所示，以生长至第 4 天、8 天小
麦的正常光照组（CK 组）为一组，以第 4 天、8 天
小麦的 UV-B 辐射组（B 组）为一组，进行 UV-B 辐
射前后小麦叶片差异蛋白点的分析。如图 16，图 17
所示，本研究中共获取 15 个差异点 ：335，429 这
两个蛋白差异点在 CK 组中为特异性表达，在 B 组
中并未表达 ；228，704，671，937 及 793 这 5 个蛋
白差异点在 CK 组与 B 组中均有表达，在 B 组中表
达 量 大 于 CK 组 ；97，209，416，458，492，633，
902 及 1136 这 8 个蛋白差异点在 CK 组与 B 组中均
有表达，在 B 组中表达量低于 CK 组。
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第3期56
CK㓴B㓴
图 6 生长至第 4 天 UV-B 辐射前后蛋白质 SDS-PAGE 图 图 7 生长至第 4 天蛋白质 SDS-PAGE 凝胶分析图
CK㓴
B㓴
CK㓴B㓴
图 8 生长至第 6 天 UV-B 辐射前后蛋白质 SDS-PAGE 图
CK㓴
B㓴
图 9 生长至第 6 天蛋白质 SDS-PAGE 凝胶分析图
CK㓴B㓴
CK㓴
B㓴
图 10 生长至第 8 天 UV-B 辐射前后蛋白质 SDS-PAGE 图 图 11 生长至第 8 天蛋白质 SDS-PAGE 凝胶分析图
图 12 生长至第 4 天 CK 组蛋白质双向电泳图谱 图 13 生长至第 4 天 B 组蛋白质双向电泳图谱
2013年第3期 57齐婷婷等 ：UV-B 辐射对小麦叶片蛋白的影响
2.5 部分差异蛋白质的质谱鉴定结果
选 取 UV-B 辐 射 组 B 组 和 正 常 光 照 组 CK 组
小麦叶片部分差异蛋白，进行胶内酶切，并应用
MALDI-TOF-TOF/MS 分析，通过 MASCOT 数据库检
索，确定差异蛋白种类和功能。其中成功鉴定了 3
个蛋白质点（表 2）。
209
937
335
671 429
416
704
793
192 1136
228
633
97
450902 209 902 450
97 633
226
1186492
416
671
704
793
图 14 生长至第 8 天 CK 组蛋白质双向电泳图谱 图 15 生长至第 8 天 B 组蛋白质双向电泳图谱
图 16 CK 组蛋白质双向电泳分析图 图 17 B 组蛋白质双向电泳分析图
表 2 差异表达蛋白点的质谱鉴定结果
蛋白质点 蛋白名称 蛋白来源 理论 Mr/pI 表观 Mr/pI 得分
429 铜 / 锌过氧化物歧化酶 Oryza sattva 15.5/6.3 15.2/5.71 77
937 钙调素 Oryza sattva 16.7/4.3 15.59/4.2 80
902 RuBisCO 大亚基结合蛋白ａ亚基 Brassica napus 4.78/61.7 57.7/4.8 124
3 讨论
3.1 叶片指标
叶片是对环境胁迫最敏感的植物器官之一。叶
片平均长度、叶片总重量、平均叶面积都是测定小
麦生长情况的重要生理指标。经不同天数 UV-B 辐
射后小麦平均叶片长度、叶片总重量、平均叶面积
都发生的显著的变化。本试验中小麦的叶片长度
受到 UV-B 辐射后增长速度呈下降趋势，这是因为
UV-B 辐射会增加乙烯的水平，从而减少伸长生长，
这在葵花研究中已经得到证实［10］。Barnes 等［11］研
究表明，增强的 UV-B 辐射能破坏植物生长素，即
增强的 UV-B 辐射够通过改变植物的激素代谢水平，
从而抑制植物的生长。Li 等［12］研究发现，增强的
UV-B 辐射会降低小麦不同生育期叶面积指数，本
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第3期58
试验中小麦平均叶面积在增强 UV-B 辐射之后整体
也出现了减小的变化，说明增强的 UV-B 辐射对小
麦的叶面积产生一定的影响。孙林等［13，14］在研究
增强 UV-B 辐射对冬小麦生长发育及产量的影响中
表明，小麦产量在受到增强的 UV-B 辐射后会减少，
UV-B 辐射每增加 10％，小麦产量降低 24.3％。本
试验中经 UV-B 辐射后的小麦相对于正常光照组的
小麦总重量降低。这可能与增强的 UV-B 辐射会破
坏植物光合系统有关［15］，也可能与 UV-B 辐射后植
株矮化、叶面积减少综合导致植物生物量减少有关。
3.2 叶片蛋白
蛋白质是构成生物有机体的一个重要组成部分，
而且是一种很好的生物催化剂，其在各种生物生理
功能方面起着重要作用。蛋白质分子作为 UV-B 辐
射最为敏感的靶分子，UV-B 辐射可对其作多种修饰，
包括色氨酸的光降解、-SH 基的修饰、提高膜蛋白
在水中的溶解度、促进多肽链的断裂等［16］。这些修
饰可以引起酶的失活和蛋白质的改变［17，18］。而且
蛋白质的最大吸收波长正好在辐射（UV-B）的波长
范围（280-320 nm）内，因此增强的 UV-B 辐射会
对蛋白质产生较大影响。本研究中增强 UV-B 辐射
使小麦叶片中总蛋白含量增加速度减慢，增强 UV-B
辐射使小麦蛋白质分解代谢加强，这可能与增强
UV-B 辐射造成蛋白质结构改变有关，表明蛋白质含
量的减少是由于 UV-B 辐射抑制了蛋白的合成，短
时间的 UV-B 辐射会促进蛋白质的合成，而长时间
的 UV-B 则会抑制蛋白质的合成，加速分解。
钙是高等植物中普遍存在的一种信号转导分
子，一些非生物刺激（如光照、冷、热、缺氧、运
动、干旱等）和生物刺激（如植物激素、抗原刺激
等）所引起的生理生化反应都被证明与 Ca2+ 信号转
导有关。本研究结果中分析出 CaM 在 B 组中上调
表达，推断增强的 UV-B 辐射引起了钙浓度的变化，
激发一系列信号转导过程，进而引起一系列的反应。
崔洪宇等［19］的研究表明，不同刺激引发的钙信号
可以引起不同的生理反应，以应答不同的外界刺激，
提高植物体适应逆境胁迫的能力。
Rubisco 在 B 组的表达量低于 CK 组，初步推断，
增强的 UV-B 辐射作为一种信号分子可能通过信号
相关蛋白，引起一系列的反应，包括抑制 Rubisco
的活性，这与 Allen 等［20，21］的研究一致，增强的
UV-B 辐射抑制 Rubisco 活性，使其大小亚基及全酶
的活性降低。
4 结论
UV-B 辐射通过作用于小麦幼苗叶片中相关蛋白
的信号传导与转录、胁迫防御的能量代谢等调节小
麦生长。
参 考 文 献
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（责任编辑 李楠）