全 文 ：　　
第 27 卷 第 5 期 作　物　学　报 V o l. 27, N o. 5
2001 年 9 月 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA Sep t. , 2001
盐胁迫下大麦幼苗多胺与脯氨酸合成竞争前体L -ArgΞ
赵福庚　孙　诚　刘友良ΞΞ　章文华
(南京农业大学农业部作物生长调控重点实验室, 江苏南京 210095)
提　要　200 mmo löL N aC l 处理结合14C2A rg 叶面饲喂 6 日龄大麦幼苗, 以L 2A rg (精氨酸) 为前体合
成的 P ro (脯氨酸)和 PA s (多胺)含量显著上升。处理同时在心叶中滴加ADC (精氨酸脱羧酶)抑制剂D 2
A rg, 游离 P ro 放射性明显上升, 滴加精氨酸酶和鸟氨酸氨基转移酶抑制剂L 2L ys, 则游离 Pu t (腐胺)
和 PA s 总放射性明显上升。在心叶中滴加 Pu t, 游离 P ro 放射性明显提高, 而滴加 P ro 则游离 Pu t 和
PA s 总放射性不同程度上升。心叶滴加谷氨酰胺转移酶抑制剂邻菲咯啉, 造成 PA s 总放射性下降, 但
游离 Pu t 放射性明显上升, 从而促进了 P ro 放射性的提高。上述结果表明大麦幼苗中 PA s 和 P ro 的合
成竞争共同前体L 2A rg。
关键词　盐胁迫; 脯氨酸; 多胺; L 2A rg; 大麦幼苗
The B iosyn theses of Polyam ines and Prol ine Com peted for Precursor
L -Arg in ine in Barley Seedl ings under Sa lt Stress3
ZHAO Fu2Geng　SUN Cheng　L IU You2L iang3 3 　ZHAN G W en2H ua
(N anj ing A g ricu ltu ra l U niversity , K ey labora tory of C rop G row th R eg u la tion, M inistry of A g ricu ltu ra l, N anj ing 210095,
Ch ina)
Abstract　　Six2day o ld barley seed lings w ere pu t under sa lt st ress of N aC l 200 mm o löL
and 14C2A rg w as sp readed on leaves. T he resu lt show ed tha t con ten ts of p ro line (P ro ) and
po lyam ines (PA s) b io syn thesized from L arg in ine (L 2A rg) increased rem arkab ly. In addit ion,
w ith arg in ine decarboxylase (ADC) inh ib ito r D 2A rg dropp ing in to sp ind le leaves, the rad ioac2
t ivity of free P ro ra ised dram atica lly, bu t tha t of free Pu t and to ta l PA s increased sharp ly
w hen arg inase and o rn ith ine am ino tranferase (OA T ) inh ib ito r L 2L ys w as dropped. D ropp ing
pu trescine (Pu t) in to sp ind le leaves resu lts in increm en t of free P ro obviou sly, w h ile drop2
p ing P ro , the rad ioact ivit ies of free Pu t and to ta l PA s increased a t variou s ex ten t. W hen
trea ted w ith tran sg lu tam inase (T Gase) inh ib ito r O 2phenan th ro line a t the sam e w ay, it led a
decrease in to ta l PA s rad ioact ivity and an increase in free Pu t rad ioact ivity, and p rom o ted the
rad ioact ivity of P ro. T hese suggested tha t the com pet it ion fo r the sam e p recu rso r L 2A rg ex2
sisted in the b io syn theses of P ro and PA s under sa lt st ress.
Key words　　Salt st ress; P ro line; Po lyam ines; A rg in ine; Barley seed lingsΞΞΞ 通讯联系人
收稿日期: 2000203215, 接受日期: 2000207216
Received on: 2000203215, A ccep ted on: 2000207216国家自然科学基金资助项目 (批准号: 30070455)

盐胁迫下细胞内正常代谢受到干扰, 使之趋向积累渗透溶质, 特别是 P ro 和 Pu t 的生物
合成被明显激活[ 1, 2 ]。已证明 P ro 在植物细胞适应胁迫过程中起到重要作用[ 3, 4 ] , 而 Pu t 含量
上升的意义尚有争议[ 5, 6 ]。植物体内 P ro 的合成存在两条途径, 根据起始氨基酸分别命名为
Glu (谷氨酸) 途径和O rn (鸟氨酸) 途径。O rn 途径以种子内贮藏蛋白水解释放的L 2A rg 为合
成前体, 在精氨酸酶催化下生成O rn, 进一步在OA T (鸟氨酸氨基转移酶) 作用下转化成
GSA (谷氨酰半醛) , 后者自发环化生成 P5C (吡咯啉252羧酶酸) , P5C 在 P5CR (吡咯啉- 52羧
酶酸还原酶) 催化下生成 P ro。Glu 途径关键酶为 P5CS (吡咯啉252羧酸合成酶) , 催化 Glu 合
成 GSA , 后者转化途径同O rn 途径。Pu t 的合成也存在两条途径, 以A rg 或O rn 作为合成前
体。已证明盐胁迫下大麦幼苗 Pu t 的合成主要以A rg 为前体, 反应的关键酶为ADC [ 7 ]。Pu t
还可进一步生成 Spd (亚精胺)、Spm (精胺) 等, 这些游离多胺也可在 T Gase (谷氨酰胺转移
酶)催化下与生物大分子共价结合转变成结合态[ 8, 9 ] (图 1)。盐胁迫下游离 P ro 和 Pu t 含量迅
速上升, 二者合成时是否存在底物竞争关系, 迄今了解很少。本文以耐盐的作物大麦鉴 4 为
材料, 以14C2A rg 作为叶面饲喂底物, 结合两条合成途径的抑制剂和代谢产物进行处理, 以探
明二者合成的相互关系, 为通过人为控制一条途径而调节另一途径的终产物积累, 进而提高
作物耐盐性提供理论依据。
图 1　　植物体内脯氨酸与多胺的合成代谢
F ig. 1　　T he bio synthesis of P ro and PA s in p lan ts
1　材料和方法
1. 1　幼苗培养、盐处理和同位素饲喂
选用本实验室筛选的耐盐能力强的
大麦 (H ord eum vu lg a re L. )鉴 4。幼苗培
养方法见章文华等[ 8 ]。幼苗生长第 6 天
(一叶一心) 时用含 200 mm o löL N aC l 的
1ö2 强度 Hoagland 溶液培养, 同时以未
加N aC l 为对照。对N aC l 处理和对照幼苗第一叶片均匀定量涂抹 1 mm o löL A rg+ 7. 4×105
Bqöm l 14 C2A rg。设N aC l+ 14C2A rg 处理和N aC l+ 14C2A rg 同时心叶分别滴加 1 mm o löL D 2
A rg, 20 mm o löL L 2L ys, 0. 1 mm o löL Pu t, 10 mm o löL P ro 和 4 mm o löL 邻菲咯啉处理。每
一处理均设 3 次重复。参考赵福庚等[ 7 ]方法处理 8h 后剪去涂抹叶片, 7d 后剪取未涂抹叶片
和根系进行测定。
1. 2　放射性氨基酸和多胺测定
参照赵福庚等[ 7 ]方法进行放射性A rg、P ro、游离 Pu t 和各种不同形态多胺的提取、分离
和测定, 放射强度用BqögFW 表示。用甲醇∶氯仿∶水 (12∶5∶3)提取总氨基酸后于 60℃下
蒸发至干, 溶于闪烁液中, 于Backm an L S29800 液闪测定仪上测氨基酸总放射强度。
1. 3　放射性蛋白质测定
柠檬酸缓冲液 (pH 5) 提取可溶性蛋白质, 5000×g 离心后沉淀用 1 mm o löL N aOH 于
90℃下水解 20 m in, 上清液含难溶性蛋白。向两种上清液内加三氯乙酸至终浓度 10% , 离心
后沉淀于 40℃下干燥, 用数滴 20% (w öv) N a2CO 3 溶液溶解沉淀后加闪烁液, 上闪烁仪测定
放射强度, 放射性用BqögFW 表示。
3265 期　　　　　　　　赵福庚等: 盐胁迫下大麦幼苗多胺与脯氨酸合成竞争前体L 2A rg　　　　　　　　　

2　结果与分析
2. 1　NaCl 处理对大麦苗体同位素吸收和转移的影响
200 mm o löL N aC l 处理结合14C2A rg 作为叶面饲喂底物时, 大麦叶片内各种氨基酸、可
溶性和难溶性蛋白的总放射强度仅下降 1. 5% , 苗体内总放射强度下降 2. 7%。说明N aC l 处
理对大麦幼苗叶片同位素的吸收能力没有明显影响。此外, 以14C2A rg 作为饲喂底物, 大麦幼
苗根系内总放射强度明显低于叶片, 约为叶片总放射强度的 47% , N aC l 处理后根系内总放
射强度下降 5% , 说明N aC l 处理对大麦幼苗苗体运输同位素也没有明显影响。
图 2　　N aC l 处理对大麦苗体内氨基酸和
蛋白质总放射性的影响
F ig. 2　　Effects of N aC l stress on to tal
radioactivity of am ino acids and
p ro teins in barley seedlings
2. 2　NaCl 处理对大麦幼苗14C-Arg 向 Pro 和多胺转化
的影响
200 mm o löL N aC l 处理 6 日龄大麦幼苗 7d, 叶片内
P ro 放射性比对照提高 2. 1 倍, A rg 向 P ro 的转化率
(P ro 放射性ö(A rg 放射性+ P ro 放射性) ) 提高 2. 9 倍。
根系内 P ro 放射性提高 0. 6 倍, A rg 向 P ro 的转化率提
高 1. 7 倍。叶片内游离 Pu t 放射性比对照提高 0. 7 倍,
A rg 向游离 Pu t 的转化率 (Pu t 放射性ö(A rg 放射性+
Pu t 放射性) ) 提高 1. 9 倍, 含结合态多胺在内的多胺总
放射性与对照相比提高 0. 3 倍, A rg 向多胺的转化率提
高 1. 2 倍。根系内游离 Pu t 放射性比对照提高 2. 0 倍,
A rg 向游离 Pu t 的转化率提高 4. 1 倍。多胺总放射性比
对照提高 0. 6 倍, A rg 向多胺的转化率提高 1. 4 倍 (图
3, 4)。
图 3　　N aC l 处理下 P ro 和多胺放射性的变化
F ig. 3　　Changes of p ro line and po lyam ines radioactivity in barley seedlings under N aC l stress
2. 3　多胺和 Pro 合成抑制剂对大麦幼苗盐诱导14C-Arg 向多胺和 Pro 转化的影响
心叶滴加ADC 抑制剂 1 mm o löL D 2A rg, 使盐胁迫下叶片游离 Pu t 放射性下降 57% , 多
胺总放射性下降 38% , 而叶片内 P ro 放射性提高 28%。使盐处理根系内游离 Pu t 放射性下降
49% , 多胺总放射性下降 37% , 而造成根系内 P ro 放射性提高 64%。L 2L ys 是精氨酸酶和鸟
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氨酸氨基转移酶竞争性抑制剂[ 11 ] , 心叶滴加 20 mm o löL L 2L ys, 可使盐处理大麦幼苗叶片游
离 P ro 放射性下降 43% , 而造成游离 Pu t 放射性上升 32% , 各种多胺总放射性下降 18%。使
盐处理根系游离 P ro 放射性下降 38% , 而造成游离 Pu t 放射性上升 53% , 各种多胺总放射性
上升 22%。心叶滴加 T Gase 抑制剂 4 mm o löL 邻菲咯啉, 使盐处理幼苗叶片多胺总放射性下
降 37% , 游离 Pu t 放射性则上升 27% , 而造成 P ro 放射性上升 23%。使盐处理幼苗根系多胺
总放射性下降 31% , 游离 Pu t 放射性则上升 26% , 而造成 P ro 放射性上升 60% (图 5)。
图 4　　N aC l 处理下A rg 向 P ro 和多胺转化率的变化
F ig. 4　　Changes of conversion efficiency of argin ine to p ro line and po lyam ines in barley seedlings under N aC l stress
图 5　　多胺和 P ro 合成抑制剂对盐胁迫下大麦幼苗A rg 向多胺和 P ro 转化的影响
F ig. 5　　Effects of po lyam ines and p ro line b io synthesis inh ib ito rs on the changes of argin ine to
po lyam ines and p ro line in barley seedlings under salt stress
2. 4　外施 Pro 和 Put 对大麦幼苗盐诱导14C-Arg 向多胺和 Pro 转化的影响
心叶滴加 10 mm o löL P ro, 可使盐处理大麦幼苗叶片 P ro 放射性下降 14% , 而造成游离
Pu t 放射性上升 32% , 多胺总放射性上升 21%。使盐处理根系 P ro 放射性下降 12% , 而造成
游离 Pu t 放射性上升 20% , 多胺总放射性上升 9%。滴加 0. 1 mm o löL Pu t, 可使盐处理叶片
游离 Pu t 放射性下降 28% , 多胺总放射性下降 22% , 而造成 P ro 放射性上升 15%。使根系游
离 Pu t 放射性下降 23% , 多胺总放射性下降 17% , 而造成 P ro 放射性上升 58% (图 6)。
3　讨论
盐胁迫促进了大麦幼苗叶片内A rg 向游离 P ro 和 Pu t 的转化, 但向 P ro 的转化率明显高
5265 期　　　　　　　　赵福庚等: 盐胁迫下大麦幼苗多胺与脯氨酸合成竞争前体L 2A rg　　　　　　　　　

　
图 6　　外施 P ro 和 Put 对盐胁迫下大麦幼苗A rg 向多胺和 P ro 转化的影响
F ig. 6　　Effects of p ro line and putrescine app lication on the changes of argin ine to po lyam ines and p ro line
in barley seedlings under salt stress
于向游离 Pu t 的转化率; 根系内则相反, A rg 向 Pu t 的转化率明显高于向 P ro 的转化率 (图
3, 4)。说明盐胁迫促进A rg 向 P ro 和 PA s 的转化存在器官差异性, 叶片内以积累 P ro 为主,
根系内主要积累 PA s。大麦为耐盐的淡土作物, 其耐盐机理在于阻止根系吸收的N a+ 、C l- 向
地上部运输, 使其积累在根系液泡内[ 12 ] , 叶片内 P ro 积累量明显高于根系, 可见盐胁迫下
P ro 积累的意义不仅是渗透调节作用。
盐胁迫下A rg 向 P ro 和 PA s 两个方向转化率除存在器官差异性外, 在同一器官内是否
存在对前体A rg 的竞争关系, 迄今尚未有直接证据。我们在以前的工作中以14C2Glu 作为饲
喂底物间接证明大麦苗体内 PA s 与 P ro 的合成可能竞争前体A rg [ 7 ]。本实验中外施A rg 向
PA s 转化途径的抑制剂D 2A rg, 可促进 P ro 合成, 外施A rg 向 P ro 转化途径的抑制剂L 2L ys
则促进 PA s 合成 (图 5)。说明 P ro 和 PA s 的合成存在对A rg 的竞争, A rg 转化的一条途径受
阻时, 则向另一条途径的转化增多。
外施 P ro 造成A rg 向 PA s 转化的明显增多 (图 6) , 反之外施 Pu t, 则A rg 向 P ro 的转化
明显上升。而外施 T Gase 抑制剂, 导致内源游离 Pu t 积累, 同样可促进A rg 向 P ro 的转化。
这种终产物对分支代谢中各自合成途径的反馈抑制, 造成前体向另一合成方向的转化, 进一
步说明 PA s 和 P ro 的合成竞争前体A rg。了解二者的竞争关系以及盐胁迫下 P ro 和 PA s 积
累的意义, 对通过人为控制一条途径而调节另一途径的最终产物积累、进而提高作物耐盐性
具有重要意义。
参　考　文　献
1　F riedm an R , A A ltm an. P hy siol P lan t, 1989, 76: 295～ 302
2　Roo sens N H , T T T hu. P lan t P hy siol, 1998, 117: 263～ 271
3　Yo sh iba Y, T Kiyo sue. P lan t Cell P hy siol, 1997, 83: 1095～ 1102
4　刘友良, 汪良驹. 见: 余叔文, 汤章成主编. 植物生理与分子生物学. 北京: 科学出版社, 1998, 752～ 769
5　Songstad DD , DR D uncan, JM W indhdm. J ou rna l of E xp erim en ta l B otany , 1990, 41: 289～ 294
6　Krishna R , KA Bhagw at. P lan t P hy siol, 1989, 91: 500～ 504
7　赵福庚, 刘友良. 植物生理学报, 2000, 26 (4) : 343～ 349
8　Serafin i2F racssin i D , S D el D uca. P hy tochem , 1995, 40: 355～ 365
9　赵福庚, 刘友良. 植物生理学通讯, 2000, 36 (1) : 1～ 6
10　章文华, 刘友良. 植物学报, 1993, 35: 435～ 440
11　A rthur JL C. In: A lton M ed. M ethod s in E nzym ology , N ew Yo rk: A cadem ic P ress, 1985, 76～ 79
12　刘友良, 章文华, 丁念诚. 见: 中国大麦文集第三集, 南昌: 江西科学技术出版社, 1993, 209～ 213
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