全 文 ：热带亚热带植物学报 2004，12(6)：501—505
Joumd of Tropical and Subtropical Botany
水分胁迫对小麦幼苗叶片多胺含量的影响
牛明功 ，陈 龙 ，王 贤 ，杨光宇2，刘怀攀
(1．周口师范学院生命科学系植物学重点实验室，河南周口466000；2．周口市农业科学研究所，河南周口466001)
摘要：水分胁迫下小麦幼苗叶片多胺含量变化的研究表明，聚乙二醇(PEG)的渗透胁迫明显提高了抗旱性强的周麦系
列幼苗叶片游离态Put、Spd和Spm的含量和抗旱性弱的温麦6号的Put含量。外源 Spd显著提高了水分胁迫下温麦
6号的spa的含量，对其抗性也有所改善。外源MGBG(Spd和 Spm生物合成抑制剂)可提高水分胁迫下周麦 12号Put
的含量，但降低了Spd和Spm的含量和幼苗的抗性。
关键词：小麦；水分胁迫；多胺
中图分类号：Q945．78 文献标识码：A 文章编号：1005—3395(2004)06—0501—05
Efect of W ater Stress on Polyamine Contents in
Leaves of W heat Seedlings
NIU Ming．gong ， CHEN Long ，WANG Xian ， YANG Guang-yu ，LIU Huai-pan ’
(1．Department of Life Science，Zhoukou Normal Colege，Zhoukou 466000，China；2．Zhoukou Agricultural Institute，Zhoukou 466001，China)
Abstract：Polyethylene glycol(PEG)induced osmotic stress increased the contents ofputrescine(Put)，spermidine
(Spd)and spermine(Spm)in seedlings of drought—resistant wheat strains Zhou and the content of Put in seedlings
ofdrought-sensitive wheat Wen 6．Exogenous Spd(1 mmol／L)obviously increased the content of Spd in seedlings
of Wen 6 and its resistance to water stress increased to some extent．Methylglyoxyl—bis(guanylhydrazone)(MGBG，
1 mmol~)，an inhibitor ofbiosynthesis ofSpd and Spm，increased the content ofPut in wheat seedlings ofZhou
12 under water stress，but decreased the contents ofSpd and Spm as wel as its drought resistance．
Key words：Wheat；Water Stress；Polyamine
多胺(polyamine)是生物代谢过程中产生的一类
具有生物活性的低分子量脂肪族含氮碱，常见的多
胺有腐胺(Put)、尸胺(Cad)、亚精胺(Spd)、精胺(Spm)
等。Put共价连接上氨丙基残基，生成亚精胺和精
胺，氨丙基的提供者是 S一腺苷蛋氨酸(SAM)经过
S一腺苷蛋氨酸脱羧酶(SAMDC)催化脱羧而形成的，
SAMDC被甲基乙二醛 一双(鸟嘌呤腙)即 MGBG强
烈抑制。它们不仅具有调节植物生长发育、控制性
别分化、果蔬成熟、衰老等功能n卅，而且越来越多的
研究表明，它们和植物对外界环境的胁迫反应的关
系非常密切[5 q。然而有关水分胁迫和多胺关系的研
究并不多见【】”，而且研究结果之间不一致，分歧的焦
点在于水分胁迫下，游离态腐胺累积的意义，即游离
腐胺在胁迫条件下的上升是一种适应性反应还是伤
害性反应。本实验以抗旱性不同的4个小麦品种幼
苗为材料，以聚乙二醇(PEG)模拟干旱条件，研究水
分胁迫和多胺的关系，旨在为外施多胺提高作物抗
旱性的应用和未来的遗传育种工作提供参考依据。
1材料和方法
材料及处理 小麦 (Triticum aestivum L．)种
子为河南省周口市农科所提供的经国家审定通过
的抗旱性较强的周麦9号(豫麦 21号)、周麦 13号、
周麦 12号(豫麦62号)和抗旱性弱的温麦6号。
收稿 日期：2003-09-24 接受日期：2004—07—26
基金项目：国家农业科技成果转化资金专项 (02EFN214100393)；河南省教育厅科研基金(2001 180024)资助
。通讯作者Corresponding author
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502 热 带 亚热 带 植 物 学报 第 l2卷
小麦种子经 0．1％HgCIz消毒 5 min后，冲洗，
流水浸种 12 h，再转到 25℃黑暗培养箱中催芽 12 h。
选取露白一致的种子腹沟朝下均匀撒播在具孔装
满石英砂的小塑料杯中(3o粒 ／杯)，将塑料杯放入
盛有 Hoagland营养液的周转箱中培养，于 10 d后
定苗(留取长势、大小一致的幼苗，2O株 ／杯)，然后
分组处理： 小麦品种分别用含 0％(-o 06 MPa)(用
美国 Advanced公司生产的3D3型冰点渗透压仪测
营养液的渗透势)、10％(-o．17 MPa)、l5％(-o．34 MPa)、
2O％(-o．55 MPa)、25％(-o。89 MPa)、30％f一1．21 MPa)
的PEG一6000(国产)Hoagland营养液进行培养；②周
麦 12号和温麦 6号用第一组营养液培养的同时，
再各设两组，早晚叶面喷施一次 1 mmol／L甲基乙
二醛 一双(鸟嘌呤腙)即 MGBG(为 Sigma公司产品)
和 1 mmol／L的 Spd(为 Fluka公司产品)。各组均在
大棚温室内培养，温度为 25+1℃，每天光照 14 h，培
养 7 d后，选取倒二叶片进行指标的测定。每种处理
均做 3次重复，每次实验随机取 3个样，所得结果
为 9次结果的平均值。
相对含水量 WC)的测定 按称重法测定【】 。
质膜相对透性(RMP)的测定 按 电导仪法
测定 。
相对生长率 (RGR)的计算 按下面公式：
RGR=(处理 7 d后的株高一处理前的株高)／处理前
的株高
游离态多胺的测定 按 Kiriakos等 棚方法，
稍加改动：取 l g叶片剪碎放研钵中用5 ml 5％的
高氯酸研磨匀浆(冰浴)，4 oC下静置 l h后用
17 O00xg离心 30 min。取 O．5 ml上清液加 l ml
2 mol／LNaOH,再加 1O l的苯甲酰氯进行苯甲酰
化，涡旋 20 S后，37℃水浴反应，O．5 h后加 2 ml饱
和 NaCI终止反应 ，加 3 ml乙醚，再离心(300×g，
5 min)，取 1．5 ml的乙醚相放入 ependorf离心管中
真空抽干后，再往离心管中加 100 1．tl甲醇，过0．45 l-tm
滤膜后吸 1O l进样，用 Waters 600E型(美国Waters
公司产品)高效液相色谱仪进行测定。色谱柱为
Waters SymmertryCl8(3．9 mm~15Omm，粒度 5 la n1)。
洗脱液 为 甲醇 ：乙腈 ：水 =64：2．5：33．5，流速 为
0．5 ml min～，柱温为 25+1 oC。用 Waters 2487型紫
外检测器在 254 nln下检测。
表 1 PEG及外源 spa和 MGBG Xldx~ 苗相对含水量(RWC)、相对质膜透性(砌 P)及相对生长速率(RGR)的影响
Table 1 Efects ofpolyethylene glycol(PEG)，exogeuous spermidine(Spd)and MGBG on the relative water content(RWC)，
relative membrane permeability(RMP)and relative growth rate(RGR)ofwheat seedlings
同行中不同字母代表差异显著(p
multiple rangetest．
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第 6期 牛明功等：水分胁迫对小麦幼苗叶片多胺含量的影响 503
2结果和分析
2．1渗透胁迫对小麦苗的影响
从表 1可以看出，随着 PEG渗透胁迫强度的加
大，四个小麦品种在处理 7 d内的相对含水量都逐
渐降低，但耐旱性弱的温麦 6号的失水更加严重，
当 PEG浓度达 20％ (-0．55 MPa)时，对它已构成中
度胁迫，达 30％ (·1．21MPa)时，形成重度胁迫 ，而
对于抗旱性较强的周麦系列，只有当PEG浓度达
30％时，才对其构成中度胁迫，相比较而言，周麦 12
号的抗渗透胁迫和保持水分的能力最大。质膜相对
透性是膜受伤害程度的一个指标，从表 1也可以看
出，随着 PEG胁迫浓度的加大，四个小麦品种膜伤
害程度加大，表现为膜透性的增加，温麦 6号的伤
害程度最严重，而周麦系列的膜受伤害程度较轻，
周麦 12号受伤程度最小。生长状况是植物对干旱
胁迫最敏感的生理反应 ，从表 1也可 以看 出，当
PEG浓度超过 20％时，对干旱敏感的温麦 6号几乎
停止生长，而周麦系列仍能保持 44％-50％的生长
势态：周麦 12号的生长速度最大，当 PEG浓度达
30％时，仍能保持 25％左右的相对生长速率。
2．2外源 Spd、MGBG对渗透胁迫下小麦幼苗的影响
表 1还显示，在渗透胁迫条件下，用外源 1 mmol／L
的 MGBG处理抗旱性较强的周麦 12号时，其相对
含水量比单独 PEG处理时明显下降，质膜相对透性
显著上升，相对生长速率也大幅度降低。外施 1 mmol／L
的 Spd对周麦 12号效果不明显，而 Spd处理抗旱
性弱的温麦 6号时，其相对含水量、相对生长率都
比单独 PEG处理时有很大提高，质膜相对透性显著
降低，而 1 mmol／L的MGBG处理则没有明显的效果。
2．3渗透胁迫对叶片游离态多胺含量的影响
从表 2可以看出，四个小麦品种在受 PEG渗透
胁迫时，三种游离态多胺的浓度均呈增加趋势。在
PEG浓度达 20％时，温麦 6号 Put浓度 已明显上
升，当 PEG浓度达 30％时达对照的3．5倍。周麦系
列的Put上升幅度明显低于温麦 6号，以周麦 12号
的上升幅度最低。对于 Spd和 Spm，抗旱性弱的温
麦 6号几乎没有增加，而周麦系列 Spd和 Spm 的浓
度随着 PEG胁迫浓度的增加而明显增加，尤以周麦
表 2 PEG及外源 Spd和 MGBG对小麦幼苗叶片游离态多胺含量(nmol g-。FW)的影响
Table 2 Efects ofpolyethylene glycol(PEG)，exogenous spermidine(Spd)and MGBG on
flee—polyamine contents(nmol g FVO in leaves ofwheat seedlings
同行中不同字母代表差异显著(p<0．05)。 Means with diferent letters in the same line are signifcantly diferent at P<0．05 by Duncan’s
multiple range test．
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热 带亚 热 带植 物 学 报 第 l2卷
12号的增加幅度更加明显。
2．4外源 Spd、MGBG对渗透胁迫下游离态多胺含
量的影响
由表 2可见，1 mmol／L外源 Spd处理渗透胁迫
下的温麦6号，其体内的Put、Spd和 Spin都比单独
PEG处理时升高，但是 Spd和 Spin上升幅度大于
Put的升幅。外源 Spd对渗透胁迫下的周麦 12号的
内源游离态多胺含量的上升影响不太明显。1 mmol／L
的外源MGBG处理渗透胁迫下的周麦 12号比单
独 PEG处理时体内的Put明显上升，Spd和 Spin含
量下降，Spd下降更加明显。外源 MGBG对渗透胁
迫下的温麦 6号体内的游离态多胺含量 比单独
PEG处理时有所影响，变化趋势和周麦 12号相似，
但是影响不明显。
3讨论
大量研究表明 q，多胺参与植物对逆境胁迫的
响应，在胁迫期问大量累积，然而，在3种常见的重
要多胺中，究竟哪种多胺在植物对逆境胁迫的响应
中起关键作用，尚存在着分歧，特别是胁迫条件下
游离Put累积的意义分歧更大：有的研究认为是一
种伤害性反应[5-8]；而有的研究则认为是一种适应性
反应【 q】习。本实验的结果表明：四种抗旱性不同的小
麦品种在受到PEG渗透胁迫时，幼苗体内的三种游
离多胺含量均上升，但上升的幅度在抗性不同的品
种中各有所不同。在抗性强的周麦系列(特别是周麦
12号)体内，Spd和 Spm的升幅较大，Put的升幅较
小；相比较而言，在抗性弱的温麦 6号体内，Put的
升幅较大，Spd和 Spm变化很微马写(表 2)，这似乎说
明在水分胁迫条件下 Put的上升是植物的一种伤害
性反应，而 Spd和 Spin的上升是植物的一种适应性
反应。以周麦 12号为例，在胁迫条件下，小麦幼苗
的 RGR与叶片内的多胺水平的比值 (Spd+Spin／
Put)呈极显著正相关，其它品种幼苗的 RGR与叶片
内的多胺水平的此比值也呈显著正相关。Pedrol等圈
的丝绒草实验及Van等同的马铃薯实验都说明了植
物体内的Spd含量的升高有助于提高抗干旱胁迫
能力。邢更生等 发现旱生植物山黧豆在受到水分
胁迫时，为了适应干旱，体内游离态的 Spin含量上
升最为显著；陈坤明等啊认为三种多胺中，Spd和
Spm的积累是小麦抗旱性增强的主要因素。这些实
验与我们得出的结论相一致，那么又如何从理论上
解释Put含量过高对植物的伤害，而 Spd和 Spin含
量上升是植物对水分胁迫的适应呢?据推测在正常
生理pH范围内，多胺带正电荷，Spd和Spin比Put
带有较多的正电荷，所以更容易与生物膜上带负电
的磷脂相结合，这样不但稳定了膜，防止膜成份的
降解破坏，而且还可通过 Fe 形成三元复合物，减
少了 Fe 中介的活性氧的产生。另外由于 Spd和
Spin的氨基化程度较高，较 Put更容易清除水分胁
迫产生的活性氧的伤害。Put的含量上升，会引起多
胺氧化酶活性的急增，产生大量的氨基醛和丙烯醛
等有害物质。虽然有大量实验证实Put的毒害及
Spd和 Spin在抗性方面的贡献，然而有实验提出相
反的结论，如 Gu等 日很早就提出可以考虑利用游
离 Put／游离 Spd、游离 Put／游离 Spin的比值高低
作为甘蔗品种抗旱性鉴定的生理参数。Goicoechea
等[】明发现与根瘤菌共生的苜蓿因有较多的游离 Put，
故能较好地适应干旱胁迫。张木清 也认为游离 Put
、 含量的累积可减轻干旱对作物细胞的伤害，是使作
、
物抗旱性提高的一个因素，而 Spd的快速累积则加
重了对作物细胞的伤害，是使作物抗旱性降低的一
个因素。
为了充分证实我们的实验结果，我们利用外源
l mmol／L的Spd在PEG胁迫同时喷施小麦幼苗。结
果表明，外源 Spd对抗旱性较强的周麦 12号的内
源多胺和抗性影响不大，这可能是周麦 12号本身
在水分胁迫时体内合成了足够的Spd以适应抗性，
不需外源的 Spd。在水分胁迫下，外源 Spd能明显提
高抗旱性弱的温麦6号的Spd的含量，但对PUt的
影响不太明显 (表2)。外施 Spd明显提高了温麦 6
号的抗性，这和前人【 的结果是一致的。
S-腺苷蛋氨酸(SAM)在脱羧酶(SAMDC)作用
下可提供氨丙基残基给Put，生成Spd和 Spm，关键
酶 S vⅡ)C 受 MGBG 的专 一 抑 制 (Smith 1985，
Evans等 1989)。为了从反面验证 Spd对抗性的贡
献，我们用 l mmol／L的MGBG外施水分胁迫下的
小麦幼苗，结果表明周麦 12号比单独水分胁迫下
体内Spd和 Spm的含量明显降低，Put含量因反馈
调 节 而 明显升 高(表 2)I另外 从表 l可 以看 出
MGBG明显降低了周麦 l2号的抗性；而MGBG对
温麦6号的内源多胺含量和对水分胁迫的抗性影
响不如对周麦 12号的明显，虽然也降低了温麦6
号的Spd、Spm含量和抗性。MGBG对抗性的影响
可能涉及到乙烯对植物 的调节作用，因为 MGBG
对 SAMDC的抑制可能有利于乙烯的合成，此工作
还有待进一步研究。
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第6期 牛明功等：水分胁迫对小麦幼苗叶片多胺含量的影响 505
参考文献
[1】Pal B H，Say S G，Aswathanaragan R G．Putrescine and silver
nitrateinfluences shootmultiplicationin vitrofloweringendogenous
titers of polyamines in Cichorium intyb L．(cv．Lucknow local
【J】．J Plant Growth Regul，2000，19(20)：238—248．
【2】Tassoni A，Van B M，Francescheti M，et a1．Ployamine content and
metabolism in Arabidopsis thaliana and efect of spermidine on
plant development【J】．Plant Physiol Biochem，2000，38(5)：383—
393．
【3】Pan Y G(潘永贵)，QiuHY(仇厚援)，AnG J(安广杰)．Changesof
polyamine level in post—harvest banana【J】．Acta Phytophysiol Sin
Mol Biol(植物生理与分子生物学学报)，2002，28(2)：96—98．(in
Chinese)
【4】 Chen X H(陈学好)，Zeng G W (曾广文)．Relationship between
floral sex diferentiation and endogenous polyamines in cucumber
(Cucumis sativus L．)【J】．Acta Phytophysiol Sin Mol Biol(植物生
理与分子生物学学报)，2002，28(1)：l7-22．(in Chinese)
【5】 Pedrpl N，Rarflos P，Keigosa M J．Phenotypic plasticity and
acclimafion to water deficits in velvet·grass： A long-term green·-
house experiment：Change in leafmorphology，photosynthesis and
stlegs—induced metabolites【J】．J Plant Physiol，2000，l 57(4)：383-
393．
【6】 Van D M A，De R J A，Van D M T，et a1．Changes in flee proline
concentrations and polyamine levels in potato leaves during
drought stress【J】．SouthAfrican JSci，1998，94(7)：347-350．
【7】 Chen KM(陈坤明)ZhangC L(张承烈)．Polyamine contentsin
the spring wheat leaves and their relations to drought-resistance
【J】．Acta Phytophysiol Sin(植物生理学报)，2000，26(5)：381—386．
(inChinese)
【8】Xing G s(邢更生)，Zhou G K(周功克)，Cui K R(崔凯荣)，et a1．
Studies of polyamine metabolism and 13-N—oxalyl-L-Ⅱ，13一
diaminopropionic acid accumulation in grass pea athyrus sativus
L．)under water stress【J】．Acta Bot Sin(植物学报)2000，42(10)：
1039-1044．(in Chinese)
【9]Zhang M Q(张木清)，Chen R K(陈如凯)Yu s L(余松烈)．111e
change ofpolyaminemetabolismin sugarcaneleavesandthe rela‘
tion betweenpolyamineandtheanti—drought abilityofthemunder
water stress【J】．Acta Phytophysiol Sin(植物生理学报)，1996，22
(3)：327—332．(in Chinese)
【10】Goicoechea NSzalai G，An tolin M C，et aL Influence ofarbuscular
mycorrhizae an d rhizobium on flee polyamines an d proline levels
in water—stressed alfalfa【J1．J Plant Physiol，1 998，1 53(5—6)：706-
7l1．
【ll】MejiaEGde，MartinezRV，CastanoTE，et a1．Efect ofdrought
on po lyamine metabolism，yield，protein content and in vitro
protein digestibility in teoary(Phaseolus acutifolius L．)and
common(Phaseolus”螂 L．)bean seeds阴．J Sci F00d
Agri，2003，83：1022—1030．
【12】Gong F s(龚富生)，Zhang J B(张嘉宝)．Experiments on Plant
Physiology 【M】．Beijing：Weather Publishing House，1995．12一
l5．(in Chinese)
【13】 Wang S T(王韶唐)．Experimental Manual on Plant Physiology
【M】．Xi’an：Shaanxi Scientic and Technical Press House，l 987．
73-76．(in Ch inese)
【l4】 akosl(，MariaD，ChristaKJsH，et a1．A narrow-boreHPLC
method for the identification and quantitation of free，conjugated，
and bound polyamines【J】．An al Biochem，1993，214：484-489．
【15】 Hsiao T C．Plant responces to water stress啊．Ann Rev Plant
Physiol，1973，24：519-570．
【16】GuYM G|VighLQue~ozQChangesinpolyamineandprecursor
content during drought induced adaptive morphogensis in rape
【J】．Bul delaSociety FrancActrBot，1984，l3l：99-103．
【17】Jiang X Y(江行玉)，Zhao K F(赵可夫)Dou J x(窦君霞)，et a1．
The efects of exogen ous spermidine an d dicyclohexylamine on
the content of en dogenous po lyamines an d salt resistance of
A￡却／ex under NaCI stress【J】．Plant Physiol Com (植物生理学
通讯)2001，37(1)：6-9．(in Chinese)
维普资讯 http://www.cqvip.com