全 文 ：武汉植物学研究 2006，24(6)：546～550
Jom-n~ D， Wuhan Botanical Research
NaHSO3对盐胁迫下小麦幼苗氮同化酶及脯氨酸含量的影响
王志强 ，王春丽 ，欧吉权 ，周志鹏 ，张楚富
(1．武汉大学生命科学学院，植物发育生物学教育部重点实验室，武汉 430072；2．河南农业大学农学院，郑州 450002)
摘 要：以普通小麦(Tr／t／cum aest／vum L．)为材料，研究了NaHSO 对不同盐度胁迫下小麦幼苗氮素同化酶和脯氨
酸含量的调节。结果表明，盐胁迫降低了叶片中硝酸还原酸(NR)的活性，加入 NaI-ISO 之后 ，NR活性表现出进一
步的降低。谷氨酰胺合成酶(Gs)在低浓度盐胁迫下活性增加，在高浓度盐胁迫下活性降低；NaHSO 加入时 ，即便
在低盐浓度下 Gs活性也降低。依赖于 NADH的谷氨酸脱氢酶(NADH-GDH)和依赖于 NADP的异柠檬酸脱氢酶
(NADP．ICDH)的变化趋势一致 ，在盐胁迫下它们的活性都明显增加 ；NaHSO 加入促进了它们活性的进一步增加，
尤其对 NADH．GDH活性的促进更为明显。游离脯氨酸在高浓度盐胁迫下大量积累，在低浓度盐胁迫下含量增加
不明显；NaHSO 促进了盐胁迫下脯氨酸的积累，提示了NaHSO 促进了盐胁迫下小麦幼苗碳氮营养元素的贮存。
关键词：亚硫酸氢钠；盐胁迫；脯氨酸；氮同化 ；小麦
中图分类号 ：Q946．5；s512．1 文献标识码：A 文章编号：1000—470X(2006)06-0546-05
Efects of NaHSo3 on Nitrogen Assimilation Enzymes and Proline
Accumulation of W heat Seedlings Exposed to Salinity
WANG Zhi—Qiang ，WANG Chun—Li ，OU Ji-Qua= ，ZHOU Zhi—Peng ，ZHANG Chu—Fu ’
(1．Key Laboratory ofMOEfor Plant Developmental Biology，Colege of￡ Sciences，Wuhan ，Wuhan 43Oo72，China；
2．Colege ofAgronomy，Henan Agr／cu／,turd Unlvers~，Zhengzhou 45o0O2，China)
Abstract：Efects of NaHSO3 on nitrogen assimilation enzymes and prohne accumulation under salinity
were investigated using ordinary wheat cuhivar(Triticum aestivum L．)as materials．The results showed
that leaf nitrate reductase(NR)activity Was decreased by salinity and further decreased by addition of
NaHSO3．Glutamine synthetase(GS)activity was enhanced by low salinity and depressed by high salini-
ty．NaHSO3 signifeandy decreased GS activity in leaves of wheat plants exposed to salinity，resulting in
the disappearing of GS activity induced by low salinity．Th e activities of dependence—NADH glutamate de-
hydrogenase(NADH—GDH)and dependence—NADP isocitrate dehydrogenase(NADP—ICDH)in leaves
increased under salinty and further increased by NaHSO3，especialy for NADH—GDH activity．Free pro—
line content Was obviously increased by high salinity．NaHSO1一induced increase in proline content under
salinity was found．Th is indicated that NaHSO3 might improve the reserve of carbon and nitrogen in wheat
plan ts under salt stress．
Key words：NaHSO3；Salt stress；Proline；Nitrogen assimilation；Wheat(Triticum aestivum L．)
盐胁迫是抑制植物生长，降低农作物产量的主
要环境因素之一。提高植物的耐盐性一直是人们关
注的焦点。脯氨酸的积累是植物对盐胁迫的一种适
应过程⋯，它在渗透调节、阻止蛋白降解和保护酶
活性方面可能有重要作用 J。植物体内脯氨酸的
合成有两条途径，谷氨酸途径和鸟氨酸途径。但是研
究表明，盐胁迫下的脯氨酸积累有赖于谷氨酸途径
的加强。所以，盐胁迫下脯氨酸积累必须有前体谷
氨酸的大量供应-3 J，并由此与氮素同化紧密联系。
高等植物所依赖的氮素输入主要是硝酸盐和铵
盐，植物吸收硝酸盐以后必须被还原为铵才能被进
一 步同化为氨基酸，这一过程是在硝酸还原酶和亚
硝酸还原酶的催化作用下完成的 J，其中硝酸还原
酶催化的反应是限速步骤 J。植物吸收铵盐或吸
收的硝酸盐还原为铵盐以后，铵必须立即被同化为
有机氮以解除它的积累所造成的毒害，并满足植物
对氮素营养的需求。植物体内氨同化可以通过两条
途径进行，谷氨酸脱氢酶(GDH)途径和谷氨酰胺合
收稿13期：2006—05—22，修回13期：2006-09-18。
基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目(30270130)。
作者简介：王志强(1978一)，男，博士研究生，主要从事生物化学与植物生理学研究。现在工作单位为河南农业大学农学院。
+ 通讯作者(E—mail：cfzhang@whu．edu．ca)。
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第 6期 王志强等 ：NaHSO，对盐胁迫下小麦幼苗氮同化酶及脯氨酸含量的影响 547
成吾每／谷氨酸合酶(GS／GOGAT)循环。GS／GOGAT
循环是高等植物体内氨同化的主要途经‘。 。GDH
具有双重功能，既可以催化氨同化，又可以催化谷氨
酸氧化脱氨 ]。其催化 的氨 同化反应是对 GS／
GOGAT循环的补充 ．1 。当植物处于逆境条件或
者有大量铵供应时，GDH 同化氨的能力 明显增
强[1l， ]，可能在解除氨毒害和维持谷氨酸水平方面
起重要的作用 ．1引。氨同化需要有碳骨架即 Ot一酮
戊二酸的供应。在高等植物中，胞液中 NADP—ICDH
(依赖于 NADP的异柠檬酸脱氢酶)在为氨同化提
供 Ot一酮戊二酸中起主要作用 。
研究表明，低浓度的 NaHSO3可以增加 ATP的
供应，促进植物叶片的光合磷酸化和光合作用 ，
加速碳素同化，从而增加农作物产量 。植物体内
的一系列代谢过程是相互联系的，尽管 NaHSO 可
以促进植物的碳素同化已经成为大家的共识 ，但是
关于NaHSO 对氮素代谢的调节则研究较少，特别
是对逆境下植物氮素代谢和脯氨酸积累的影响尚未
见报道。我们以普通小麦为材料，研究了 NaHSO，
对不同盐度胁迫下氮素代谢及脯氨酸含量的调节效
应，目的在于探讨 NaHSO 对植物耐逆性的影响，为
增强植物的耐盐性提供理论依据。
1 材料与方法
1．1 实验材料及生长条件
实验材料为普通小麦(Triticum aestivum L．)品
种‘豫麦 34号 ’。小麦种子先用 0．1％的 HgC1 溶
液消毒 10 min，用蒸馏水洗净，平铺于浸湿的滤纸
上，置于25℃的培养箱中在暗条件下使种子萌发。
3 d后，转人人工气候箱中，采用溶液培养，每天光
照 16 h，光照强度为 110 I~mol·in～ ·s～，昼夜温
度为25~C／20~C，相对湿度保持在 6o％左右。营养
液(pH 6．8)成分及浓度如下：2 mmol／L Ca(NO )2、
0．25 mmol／L KH2PO4、0．1 wmol／L(NH4)6Mo7024、
0．75 mmol／L K2 SO4、0．65 mmol／L MgSO4、30 ~mol／
L FeC1j、2 la,mol／L MnC1j、25 f~nol／L H BOj、
0．5 la,mol／L CuSO4和2 wmol／L ZnSO4。营养液每天
通气30 min。
1．2 实验处理及取样
小麦幼苗第一片叶完全展开后，开始盐胁迫处
理，处理方法是在营养液中直接加人氯化钠。实验
共设 3个 NaC1胁 迫 梯 度：0 mmol／L(对 照)、
150 mmol／L和 300 mmol／L。同时，把盐胁迫处理的
小麦幼苗分成 2组，其 中一组在营养液中加人
5 mmol／L的 NaHSO 。5 d后，取小麦幼苗各部位叶
片，剪碎，混匀，取适量样品数份置于低温冰箱中用
于各个实验项目的测定。整个实验过程至少重复3
次。
1．3 氮素同化相关酶活性的测定
NR活性测定按照 Aslam等 的方法进行，略
有改变。测活反应液为 50 mmol／L Tris，5 mmol／L
KNO ，0．1 mmol／L NADH，pH 7．5，加酶液启动反
应，于25~C下反应 30 min，以NO；的生成量来衡量
NR活性，总活性单位以 g NO；·h～·g FW表示。
GS和 NADH—GDH活性 的测定按 照 王云华
等 引介绍的方法进行。一个 GS活性单位定义为每
分钟于37~C产生 1 la,mol的 一谷氨酰异羟肟酸所需
的酶量。一个 NADH—GDH酶活性单位定义为 30~C
下每分钟催化 1 tlxnol的 NADH氧化所需的酶量。
NADP—ICDH活性按 Fieuw等 的方法进行，一个
酶活性单位定义为 30~C下每分钟催化产生 1 la,mol
的NADPH所需的酶量。
1．4 铵离子含量的测定
幼苗叶片中铵离子含量的测定采用高效液相系
统(Agilent 1100，USA)按照 Lu等 。。描述的方法进
行。
1．5 脯氨酸含量的测定
脯氨酸(Proline)的测定依照 Bams-2 的方法进
行。0．2 g新鲜材料与5 mL 3％的磺基水杨酸沸水
浴中保温 10 min(中间经常摇动)，冷却后过滤，定
容到 25 mL，从中取出2 mL，加人 2 mL冰醋酸和
2 mL酸性茚三酮试剂在沸水浴中加热 30 min。冷
却后加人4 mL甲苯，振荡 30 s，静置片刻，取上层液
于3 000 r／min离心 5 min，以甲苯为空白对照，于
520 nm处测定光吸收。
2 结果
2．1 NR活性的变化
在盐胁迫下，随着盐浓度的增加小麦幼苗叶片
中 NR活性降低幅度加大(见图 1)。在营养液中加
人 NaHSO，之后，NR活性表现出进一步明显的降
低，比相应不加 NaHSO，的处理分别降低了 73％、
73％和 40％。
2．2 GS活性的变化
在低浓度盐胁迫下，小麦幼苗叶片中 GS活性
明显增加 (见 图 2)。与对照相 比，增 加 幅度为
26％。在高浓度盐胁迫下显著降低，比对照降低了
27％。NaHSO，的加人使叶片中GS活性明显降低，
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武 汉 植 物 学 研 究 第 24卷
辜4o
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鲁20
暮l0
o
NaCI concentration(mmol／L)
图 1 NaI-ISO，对盐胁迫下小麦幼苗叶片中
NR活性的影响
Fig．1 Efect of NaHSO3 on NR activity in wheat
seedling leaves under salt stress
— L
0 l50 300
NaCI concentration(mmol／L)
图2 NaltSO3对盐胁迫下小麦幼苗
叶片中 GS活性的影响
Fig．2 Efect ofNaHSO3 on GS activity in wheat
seedling leaves under salt stress
并且低浓度盐胁迫对 GS活性诱导的现象消失，GS
表现为 随盐胁迫浓度的增加 活性降低；与只加
NaHSO，的处理相比，在低浓度和高浓度盐胁迫下的
降低幅度分别为 18％和34％。
2．3 NADH-GDH活性的变化
盐胁迫下小麦幼苗叶片中 NADH—GDH活性明
显增加(见图3)，在低浓度和高浓度盐胁迫下分别
增加了32％和 106％。NaHSO 处理使 NADH GDH
活性明显增加，比相应无 NaHSO，处理分别增加了
102％、103％和 83％，并且亦表现为随盐胁迫浓度
的加大活性增加；与只加 NaHSO，的处理相 比，在
150 mmoL／L和300 mmol／L的盐胁迫下分别增加了
0 l5O 300
NaCI concmtrafion(retool／L)
图3 NaHSO，对盐胁迫下小麦幼苗
叶片中 GDH活性的影响
Fig．3 Ef ect of NaHSO3 on GDH activity in wheat
seedling leaves under salt stress
33％ 和 86％ 。
2．4 NADP-ICDH活性的变化
在盐胁迫下，NaHSO 的加人也能促进小麦幼
苗叶片中NADP—ICDH的活性(见图4)，这种变化与
NADH—GDH活性的变化趋势相似。与对照相比，在
低浓度和高浓度盐胁迫下，NADP—ICDH活性增加幅
度分别为 25％和57％。加人 NaHSO3之后，它的活
性比相应无 NaHSO3处理的分别增加了20％、13％
和 3％。
要
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U ．上
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《
Z 一
0 l5O 300
NaCI concentration(mmol／L)
图4 NaHSO，对盐胁迫下小麦幼苗
叶片中ICDH活性的影响
Fig．4 Ef ect of NaHSO3 on ICDH activity in wheat
seedling leaves under salt stress
2．5 铵离子含量的变化
在盐胁迫下，铵离子含量随着盐浓度的增加而
显著增加(见图5)，与对照相比，在低浓度和高浓度
盐胁 迫下，分别 比对 照增 加 了 4l％ 和 150％。
NaHSO，的加人使盐胁迫下游离铵离子含量进一步
升高 与无 NaHSO，的处理相比，分别增加了37％、
34％和 l9％。
0 l50 300
NaCI concentration(mmol／L)
图 5 NaHSO，对盐胁迫下小麦幼苗
叶片中铵离子含量的影响
Fig．5 Ef ect ofNaHSO3 on ammonium content in
leaves in wheat seedling leaves under salt stress
2．6 叶片中脯氨酸含量的变化
在高浓度盐胁迫下，脯氨酸含量有显著的积累
(见图6)，与对照相 比增加幅度为 l9倍，在低浓度
盐胁迫下脯氨酸含量增加幅度不大，仅为 2倍。
NaHSO，的加人促进 了脯氨酸的积累，分别 比无
NaHSO 处理的增加了 135％、260％和 28％。
∞∞∞ ∞ ∞∞加m o
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第 6期 王志强等 ：NaHSO，对盐胁迫下小麦幼苗氮同化酶及脯氨酸含量的影响 549
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一fS]NaC1
0 150 300
NaC1 concentration(mmol／L)
图 6 NaHSO，对盐胁迫下小麦幼苗
叶片中脯氨酸含量的影响
Fig．6 Efect of NaHSO3 on proline content in wheat
seedling leaves under salt stress
3 讨论
植物体内一系列的生理代谢过程是相互联系
的。有研究表明 NaHSO。可以促进植物的光合作
用，增加对碳素的同化[1 J引，但是就 NaHSO。对植物
氮素代谢的影响研究较少。我们研究了盐胁迫下
NaHSO 对小麦幼苗氮素同化酶的影响，结果表明
NaHSO 明显降低了叶片中硝酸还原酶的活性，提
示 NaHSO 降低了小麦幼苗的硝酸盐还原能力。这
与王宪泽等 的研究结果一致。
GS／GOGAT循环是植物体内氨同化的主要途
径 ，7】。GS测定结果表明，低浓度盐胁迫诱导了其
活性 的增加，高浓度盐胁迫对其有明显的抑制；
NaHSO 加人使其活性有显著的降低，提示 NaHSO。
不利于植物铵离子的同化，表现在游离铵离子含量
的增加。这说明NaHSO。并不能促进盐胁迫下小麦
幼苗对氮素 的同化。秦学等 ¨的研究也表明
NaHSO 不利于小麦的氮素同化。NADH—GDH则不
同，在盐胁迫下其活性明显增加，而加人 NaHSO。之
后，其活性进一步表现出显著的上升。NADH—GDH
活性的变化可能与铵离子含量的变化有关 ，因为高
水平铵离子能促进其活性的升高-l引。
植物在正常的生长条件下，脯氨酸含量占总氨
基酸含量的比例不到5％，在逆境条件下，其含量可
以占到总氨基酸含量的80％以上 J。我们的研究
表明，游离脯氨酸在高浓度盐胁迫下大量积累，在低
浓度盐胁迫下增加不明显。加人 NaHSO 之后，脯
氨酸含量有明显的增加，说明 NaHSO 促进了盐胁
迫下脯氨酸的积累，脯氨酸的合成需要前体谷氨酸
的供应 J。因为 NaHSO 使 GS活性降低，而 GDH
活性增高可能在谷氨酸的供应上起重要的作用。同
时，NADP—ICDH活性增加，为谷氨酸的合成提供了
必要的碳骨架。
脯氨酸可以作为有效的碳源和氮源在盐胁迫解
除之后被植物快速利用 J。NaHSO。的加人明显增
加了盐胁迫下游离脯氨酸的积累。这提示我们，尽
管 NaHSO 不利于盐胁迫下小麦幼苗对外界氮素的
同化利用，但是可以有效地促进碳氮营养元素的贮
存，为盐胁迫解除以后小麦的快速正常生长提供营
养基础。当然，这需要进一步的实验验证。
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