全 文 ： 艺 学 报 2003，30(4)：431～435
Aeta Hottieulturae Siniea
不同温度条件下常春藤叶片磷脂变化的比较分析
沈 漫
(北京农学院植物科学技术系，北京 1o22o6)
摘 要：以栽培在露地和温室的常春藤 (Hedera nepalensis,car．sinensis)为材料，运用荧光偏振 、薄层
层析扫描 、气相色谱等技术测定叶片磷脂流动性、磷脂及其脂肪酸组成配比。结果表明 ，与温室栽培相比，
露地栽培的常春藤具有较高的不饱和磷脂和不饱和脂肪酸含量。在低温胁迫下，磷脂酰胆碱 (PC)的不饱
和脂肪酸水平是影响膜脂流动性的主要因素。通过对不同温度条件下生长的常春藤的磷脂流动性、磷脂和
脂肪酸组成的差异性分析，从膜脂组成与结构的角度探讨了常绿阔叶植物 的抗寒机理。
关键词 ：常春藤；磷脂 ；脂肪酸 ；膜脂流动性；抗寒性
中图分类号：S 68 文献标识码 ：A 文章编号：0513—353X (2oo3)04-0431—05
细胞膜的正常功能有赖于膜结构的完整性和膜脂的流动性。磷脂的脂肪酸组成能控制膜的流动
性，成为决定植物抗寒性的主要因素u，2J。
常绿攀援植物常春藤 (Heclera nepalensis var．sinensis)原产我国华中、华南、西南 、甘肃和陕西 ，
抗寒能力较强，在我国温暖地区可以露地越冬，具有较高的观赏价值。在北方，由于气候寒冷干燥，
其观赏性多受影响，故一般作室内盆栽、吊挂观赏。若能通过低温驯化，提高常春藤的抗寒性，则有
可能使常春藤在北方露地越冬，并保持良好的观赏效果。
作者以栽培在温室和露地条件下的常春藤为试材，运用荧光偏振、薄层层析扫描、气相色谱分析
等方法，测定了叶片膜脂流动性 、磷脂及其脂肪酸组成配比，对其差异性进行了分析，旨在从膜脂的
角度探讨常绿阔叶植物的抗寒性机理。
1 材料与方法
1．1 材料
常春藤分别栽植于北京林业大学花卉研究所实验地和温室。露地栽培条件为背风疏阴的近墙处，
常规水肥管理，植株攀援于墙面或匍匐于地面生长。以 3个时间段划分整个越冬期，分别在 1998年
11月中旬 (7℃)、1999年 1月中旬 (一10℃)和 1999年 3月中旬 (5℃)进行采样工作。文中所提及
的露地栽培温度为当月天气预报的平均气温。栽植于温室的常春藤，平均生长温度 20℃ (实测)，自
然采光。管理措施、采样时间等同露地栽植样品。采集试材中间茎段上成熟度较为一致的功能叶片，
立即液氮速冻，置 一40℃低温冰箱保存备用。
1．2 磷脂的提取与组分的定量
植物膜脂的提取 、各种磷脂组分的分离与纯化分别参照 Muram等 ]和 Hu等 ]的方法 ，试验条件
同文献 [5]。各磷脂组分经薄层层析 (TLC)分离定性后，立即在岛津 CS．930薄层扫描仪 (日本)上
扫描进行定量。扫描条件为：测定波长 650 nin，参比波长 R480 nm，狭缝 1．2 mil×1．2 mil，锯齿
式扫描，扫描速度 40 mln·nfin～。C．R4A微机处理数据。
1．3 脂肪酸组成分析
参照文献 [5]的方法进行，略有改动。用岛津 GC．9A气相色谱仪测定脂肪酸组成，BP-5石英毛
收稿日期：2002—09—18；修回日期：2002—12—03
基金项目：北京市科委 “科技新星计划”项目 (9558101600)
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细管柱 (50 m×0．22 mrn ID，SGE产品)。进样温度 260％，柱温按以下程序升温：180％保留 1 min
后，以4℃·min 升到 220~C，再以0．5℃·min 升到 230％，最后以 2℃·min 升至 260~C。高纯氮载
气，流速 25 mL·rnin～，分流比30：1，FID检测。以样品保留时间确定不同的脂肪酸甲酯，用峰面积
归一化法定量 ，C．R4A微机处理数据和谱图。根据 内标珠光酸 (17：0)计算 出各种脂肪酸组分的含
量。
1．4 磷脂流动性的测定
参照杨福愉等【6]和屠亚平等 ]方法进行。TIE定性后，分别刮下含各种磷脂的硅胶带 ，用氯仿 ：
甲醇：水 (1：2：0．8，v／v)洗脱 ，收集洗脱液，浓缩，溶于少量氯仿 ，一20％保存备用。取上述制备
的各种磷脂适量 ，以40 mg·mL 的浓度加人 0．01 tool·L～Tris．HC1缓冲液 (pH 7．5)，冰浴超声波处
理 10 min，制备成脂质水合泡囊。
吸取 10 2．0 mrnol·L 荧光偏振探剂 DPH (1，6一二苯基 1，3，5一已三烯，Siva产品)的四氢
呋喃溶液和2 mL 0．01 mol·L～Tris．HC1缓冲液 (pH 7．5)加人试管中，在 YKH型液体快速混合器上旋
涡振荡 15 min。吸取上述溶液 2 mL，加人 20 上述制备 的样品脂 质体 ，室温条件下充分搅拌
15 min，在 30％恒温水浴槽中放置 20 min，取出于室温下避光放置 2 h。30％条件下在 日立 F-4101荧
光光度计 (Et本)上测定荧光偏振度，发射波长为 360 Ilia。膜脂流动性按文献 [8]中公式进行计
算 ：LFU= (P一／P一1)／P，式中 P为测定值 ，P～取 O．5。
2 结果与分析
2．1 磷脂相对含量与植物抗寒性
各磷脂组分经过薄层层析分离定性后，用薄层层析扫描法进行定量，结果列于表 1。
常春藤叶片磷脂主要组分是磷脂酰肌醇 (PI)、磷脂酰胆碱 (PC)、磷脂酰乙醇胺 (PE)和磷脂
酰甘油 (PC,)。其中以 PC为最大组分。
表 1 不同栽培条件下常春藤叶片磷脂组成的相对含量
Table 1 Relative content ofphosphoHpid composition from leaves ofivies growing in diferent condition
注：表中数据为3次试验结果的均值 4-标准差；各列中不同小写字母表示同一栽培条件越冬期内差异显著 (P：O．05)。
Note：Values are nleaIls±s．e；Diferent fim81 leters in s{lrIle growing conditon during winter in colunms indicate signifcant diference (P ：
0．05)．
从表 1可见，在 11月至次年 1月期间，栽植于露地的常春藤叶片磷脂中，PC与 PE含量之和随
温度下降而显著上升，增加 了 28．0％。次年 3月，随着平均气温 的升高，PC与 PE含量之和从
81．o0％下降到 69．09％，与 11月时的含量接近。这主要是由于 PC随温度变化而发生了急剧变化，从
原来的35．80％增加到 54．94％，温度回升，又降到 46．59％。而温室栽培的常春藤的磷脂含量在整个
冬季的变化幅度很小。
PC、PE为不饱和磷脂，PG为饱和磷脂。同一季节不同栽培条件下生长的常春藤磷脂相对含量的
差异性表明，低温促进植物不饱和磷脂的合成。由此可以推测，露地栽培的常春藤在对低温的适应过
程中，通过增加体内不饱和磷脂组分的含量，来增强抗寒性，维持膜脂的流动性和生物膜正常的代谢
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功能以抵御零下低温持续的伤：言。
2．2 磷脂的脂肪酸组成与植物抗寒性
常春藤叶片磷脂组成主要含有棕榈酸 (16：0)、十六碳烯酸 (16：1)、反式 一3一十六碳烯酸 [16：
1(3t)]、硬脂酸 (18：0)、油酸 (18：1)、亚油酸 (18：2)、亚麻酸 (18：3)等脂肪酸。根据内标珠光
酸 (17：O)定量计算出各种脂肪酸组分的含量。由表 2可见 ，各种磷脂中，除 PE外，其它 3种磷脂
的最大脂肪酸组分均为 18：2。富含 18：2脂肪酸可能是常绿植物的特点，这在其它常绿植物中也得到
证实[9l。 ．
16：1(3t)是光合组织中特有的脂肪酸，特异性存在于磷脂 PG中。Bishop等【m]提出 16：1(3t)
与饱和脂肪酸的作用相似，因此一般将它作为饱和脂肪酸来计算。我们发现 ，栽培在不同温度条件下
的常春藤叶片 PG中的 16：1(3t)含量差异显著，露地栽培的常春藤，其体内的 16：1(3t)含量远远
低于生长在温暖条件下的常春藤，二者之间的数值相差 1倍之多 (表 2)。
表 2 冬季生长在不同温度下的常春藤叶片磷脂脂肪酸组成的比较
Table 2 G嗍叩喇由咖 offaty 8cidsin pt~phoUpidfrom leavesof ivy growing at difm ~ lures inthewinter
注：表中数据为 3次试验结果的均值 ．4-标准差；各列中不同小写字母表示同种磷脂不同温度条件比较差异显著(P=O．05)；*痕量。
Note：Values are meaI1s±S．e．Diferent sHlalI leters within s丑 phospholipid in colunms indicate signifcant diference at diferent srow~
conditon (P：0．05)． *Trace．
将表 2的数据经过计算 ，求出不饱和脂肪酸
与饱和脂肪酸的比率 (∑ ／∑S)和脂肪酸不饱
和指数 (IUFA)，综合列于表 3。
从表 3可见，生长在露地的常春藤叶片磷脂
PC、PG的∑ ／∑S分别比生长在温室的常春藤
的∑ ／∑S高 51．钾％、53．54％。磷脂 PE和 PI
的∑ ／∑ S仅 比温室 常 春藤 的低 5．53％和
17．30％。露地栽培 的常春藤 叶片磷脂组 分的
IUFA均 比温室常春藤的要高。由此可 以认为，
在不同环境下生长的同一植物，其脂肪酸组成和
配比所发生的变化，是与植物和环境的适应性相
关联的。
2．3 磷脂流动性与植物抗寒性
DPH是研究膜脂流动性比较敏感的一种常
用 探针。DPH掺人到膜脂的膜脂酸烃链 区后 ，
表3 冬季生长在不同温度下的常春藤不同测定指标的比较
Table 3 C瞳川埔一s0nof d~ferem dI细阿血 dI瑚瞄 of
phosph~ d from leaves ofivy growing at diferem
temperatur~ in the winter
*∑U=∑ [16：1+18：1+18：2+18：3]；
**∑S= [16：0+18：O+16：1(3t)]；
***IUFA=∑ (16：1×I+18：1×1+18：2×2+18：3×3)
介质粘度变大，顺反异构化受到抑制，成为全反构型，即唯一能发荧光的构型。由于 DPH分子长轴
接近于与膜脂酸链分子长轴平行，所以，荧光偏振度 (P)能很好地反映膜脂区域的微粘度，定量地
说明膜脂分子的运动情况[ ，引。
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从表 3可以看到，露地栽培的常春藤的主要磷脂的流动性均大于温室栽培的。尤其是磷脂 PC，
露地栽培的常春藤的 PC流动性比温室栽培的大 2．5倍以上。前者的其它 3种磷脂 PE、PI、PG的流动
性也分别比后者大 9．0％、58．2％、30．9％。
结合上述磷脂相对含量和脂肪酸组成的分析，我们可以假设 ，如果处于同样的低温胁迫下，经过
低温锻炼的露地常春藤将比温室常春藤具有较强的生理调节能力来维持膜脂的流动性 ，从而表现出较
强的抗寒性。
3 讨论
Lyons等、1¨认为膜的流动性和膜相变与植物抗冷性密切相关。不抗冷的植物品种在一定的低温
下，膜脂发生了从液晶相到凝胶相的变化，类脂和膜蛋白都失去原有的活动能力，使生物膜部分或全
部丧失了功能。而低温的这种作用，在一定程度上取决于类脂的脂肪酸配比。
脂质合成的能力强似乎是植物抗寒力发育的先决条件【12)。据此，可以设想一个抗寒的植物在低
温逆境下，若要维持正常的生命活动，就必须在其膜系统中含有较多的不饱和脂肪酸，以维持膜在低
温下的液晶态，保持膜的流动性和正常功能。膜磷脂流动性与不饱和脂肪酸含量变化不一定具有简单
的相关性，而有可能涉及在低温适应过程中为了调节膜脂流动性，膜脂脂肪酸在甘油基 C．1位和 C．2
位上重新排列的因素【13)。脂肪酸不饱和键含量多少是控制膜脂流动性的有关因素，但不是唯一的因
素[3，6．。
随着环境温度的下降，植物要保持膜的流动性，可能通过 3种途径来达到：一是增加含有较多不
饱和脂肪酸的类脂，如 PC、PE，从而增加总的脂肪酸不饱和度；二是不改变类脂配比，而改变类脂
中脂肪酸的配比，增加其中不饱和脂肪酸的含量，如 18：2和 18：3；三是前两种情况兼有[3,6,14]。从前
述试验结果看，可以认为露地栽培的常春藤为了维持膜脂的流动性，主要是通过增加含有较多不饱和
脂肪酸的磷脂如 PC来达到的 (见表 1)。因此，抗寒植物之所以表现为抗寒力强，从膜脂结构的角度
来看，原因可能有两个：一方面，抗寒植物在长期对一定温度的适应过程中，本身就具有较多的不饱
和脂肪酸；另一方面，在低温逆境下，具有较强抗寒性的植物能够在膜脂中优先积累较多的不饱和脂
肪酸并使之迅速参与膜的结构。所以，就植物的抗寒性而言，与其说植物抗寒性大小取决于其膜脂的
不饱和度，不如说在低温适应过程中，低温使植物产生了一系列反应，包括大量合成、积累不饱和脂
肪酸在内的综合变化，以维持自身的抗寒力，可能更为恰当。
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The Comparisons and the Analyses of Changes in Phospholipids from Leaf of
Ivy Growing in Diferent Temperature Conditions
Shen Man
(Department ofPlant Science and Technology，8eiji~ Agriculture Colege，8eiji~ 102206，Ch／na)
Abstract：Selected ivy(Hedera nepalensis vaur．sinensis)growing in open field and greenhouse separately as
the experimental material，the fluidity an d the composition of faty acids in phospholipids isolated from the leaves
were determined by fluorescence polarization，scanning thin—layer chroma tography and gas chroma tography methods．
The results showed that ivy growing in open field in January possessed the higher level of unsaturated phospholipids
(PC and PE)and faty acids(16：1+18：1+18：2+18：3)than that growing in greenhouse． For ivy g∞啦 in
open field，phosphatidyl—choline (PC )Was the main factor to influence its membrale—lipid fluidity during it
adapted to the low—temperature stress．By analyzing the diferences of fluidity and composition of phospholipids from
the leaves of ivy growing in diffe~nt temperature conditions， the mechan ism of the cold—resistance of evergreen
broad—leaved plant in terms of the composition and the structure of membrane—lipids were discussed．
Key words：Hedera nepalensis；Phospholipids；Fatty acids；Membrane—lipid fluidity；Cold—resistance
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