祁偉亮，馮 鴻，劉松青，陳 潔，龔壁燃，夏 杰，張 莉，任迎虹

(成都師范學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，四川 成都 611130)

不同桑品種在干旱脅迫下脯氨酸及可溶性蛋白質(zhì)含量的變化規(guī)律研究

祁偉亮，馮 鴻，劉松青，陳 潔，龔壁燃，夏 杰，張 莉，任迎虹*

(成都師范學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，四川 成都 611130)

滲透調(diào)節(jié)是高等植物抵抗逆境脅迫的一種重要方式。本研究以6個四川主栽的桑樹品種作為研究材料，探討在不同程度的干旱脅迫下，脯氨酸和可溶性蛋白質(zhì)含量的變化。結(jié)果表明,在干旱脅迫下桑樹葉片中游離脯氨酸含量變化呈上升趨勢，可溶性蛋白的變化呈下降趨勢，可以推測出脯氨酸含量變化與可溶性蛋白動態(tài)變化呈負(fù)相關(guān)。其中，湖桑32號和九龍拐的脯氨酸含量變化最大，而其可溶性蛋白質(zhì)含量變化幅度最小，表明該品種的抗旱性最強(qiáng)?？梢酝茰y脯氨酸的大量積累可能與可溶性蛋白的分解有關(guān)。

脯氨酸；可溶性蛋白；干旱脅迫；桑樹

干旱是影響桑樹生長的主要環(huán)境因子之一。研究表明，可溶性蛋白和脯氨酸可以作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)使細(xì)胞維持一定的膨壓，以保證植物氣孔運動和光合作用等生理過程的正常進(jìn)行[1]。干旱脅迫下會引起桑樹葉片可溶性蛋白含量的下降?？赡茉蚴歉珊得{迫下導(dǎo)致酶系統(tǒng)發(fā)生紊亂、水解酶類活性增強(qiáng)、蛋白質(zhì)合成受阻、水解加劇等各種原因從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量下降[2]。蛋白質(zhì)的降解在植物細(xì)胞內(nèi)會形成游離脯氨酸。植物體內(nèi)脯氨酸的積累能夠降低葉片細(xì)胞的滲透勢，防止細(xì)胞脫水，可以保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)[3]。干旱脅迫下脯氨酸含量增加，可能原因是在脯氨酸的合成途徑(α-酮戊二酸途徑和鳥氨酸途徑)中，脯氨酸合成酶活化導(dǎo)致脯氨酸合成加強(qiáng)且降解受阻，同時其參與合成蛋白質(zhì)減少[4]。但脯氨酸累積對抗旱的意義卻存在爭議。Stewart[5]

對干旱脅迫下作物累積脯氨酸的生理生化機(jī)制做了一系列研究，提出了脯氨酸是滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的觀點。曹儀植等研究發(fā)現(xiàn)植物當(dāng)從脅迫條件恢復(fù)正常時，脯氨酸又可作為碳氮源并提供能量[6]。但任文偉等認(rèn)為干旱適應(yīng)性好的作物并不總是積累脯氨酸[7]。為此,我們采用人工干旱的方法,對6個四川桑樹品種進(jìn)行干旱處理，分析葉片中游離脯氨酸積累和可溶性蛋白質(zhì)含量的關(guān)系,以討論脯氨酸的積累對抗旱的作用和意義；同時探討桑樹品種間抗旱性的差異,為桑樹的的育種和栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料品種1充桑，品種2荷葉白1號，品種3九龍拐，品種4油桑，品種5湖桑32號，品種6云桑1號。采集于四川省西昌市蠶種場品保園。材料在2015年4月份進(jìn)行種子發(fā)芽后進(jìn)行盆栽，自然條件下生長。土壤混合比例(土壤與營養(yǎng)土體積比為1∶1)。在7月份苗木高度在40 cm左右時，選擇長勢相對一致的苗木,對供試桑樹品種進(jìn)行連續(xù)的人工干旱處理。

1.2 干旱脅迫

試驗苗木在處理前連續(xù)澆水3d，然后讓其自然干旱。正常處理時土壤含水量控制在85%～100%、輕度處理時土壤含水量的變化控制在65%～75%、中度處理時土壤含水量的變化控制在65%～50%、重度處理時土壤含水量的變化控制在35%～40%，各項指標(biāo)6天測一次，試樣均取上部同葉位葉片，三次重復(fù)。

1.3 指標(biāo)測定方法

脯氨酸測定方法[8]，可溶性蛋白測定方法[9]，測定試驗數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值,采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 可溶性蛋白含量變化

植物在水分脅迫下，可溶性蛋白會部分轉(zhuǎn)化為氨基酸，從而增加滲透性物質(zhì)。本試驗結(jié)果表明，隨著干旱脅迫的加重，可溶性蛋白隨著水分脅迫的加強(qiáng)會呈現(xiàn)出降低的趨勢(圖1)，在各脅迫水平下,6個桑樹品種的可溶性蛋白含量變化存在顯著差異。在輕度時均呈下降趨勢，充桑和荷葉白一號的降幅明顯，分別為60.52%和51.62%。其次是云桑1號和油桑降幅分別為48.13%和47.36%。下降趨勢較少的品種是九龍拐和湖桑32降幅分別為45.52%和39.68%。在中度和重度干旱脅迫時下降比較緩慢。重度脅迫下6個桑樹品種的可溶性蛋白質(zhì)含量最低,說明重度干旱脅迫對可溶性蛋白質(zhì)含量積累的影響最大。充桑，荷葉白1號的可溶性蛋白的下降趨勢快，說明隨著干旱脅迫時間的延長,干旱敏感桑樹生長受到抑制,蛋白質(zhì)合成速度下降。九龍拐和湖桑32在干旱脅迫下的下降趨勢比較緩慢，表明九龍拐和湖桑32對干旱的的適應(yīng)能力強(qiáng)。

2.2脯氨酸含量變化

脯氨酸(PRO)是植物蛋白質(zhì)的組分之一，以游離狀態(tài)廣泛存在于植物體中。隨著干旱脅迫的加劇，脯氨酸的變化趨勢均呈升高的趨勢(圖2)。在各脅迫水平下,6個桑樹品種的脯氨酸含量變化存在顯著差異。在輕度脅迫下脯氨酸的上升幅度均比較大，表明植物機(jī)體對干旱脅迫所表現(xiàn)出的一種適應(yīng)性。從輕度到中度，脯氨酸的含量變化比較慢，而品種湖桑32的脯氨酸亮變化幅度高于其他幾個品種。重度干旱脅迫時脯氨酸含量達(dá)到最高，各品種脯氨酸含量由高到低的順序為：湖桑32>九龍拐>油桑>云桑1號>充桑>荷葉白1號。充桑、荷葉白1號變化趨勢較緩慢，脯氨酸含量與CK比較分別增加14.1、16.7倍，葉片出現(xiàn)重度枯萎，說明其干旱適應(yīng)能力比較弱。油桑、云桑1號的變化趨勢次之，脯氨酸含量與CK比較分別增加17.7、13.5倍，葉片出現(xiàn)中度萎蔫，說明其干旱適應(yīng)能力比較強(qiáng)。湖桑32和九龍拐的變化趨勢比較大，脯氨酸含量與CK比較分別增加30.9、13.8倍，葉片出現(xiàn)輕度萎蔫，說明其干旱適應(yīng)能力。

A、B、C、D分別表示正常處理、輕度脅迫、中度脅迫、重度脅迫

3 討 論

3.1 干旱脅迫下各桑樹品種的脯氨酸含量變化

干旱脅迫時植物體內(nèi)積累各種有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì),提高細(xì)胞液濃度,降低其滲透勢,以適應(yīng)水分脅迫[10]。脯氨酸是有效的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，脯氨酸的積累,提高了原生質(zhì)的滲透壓,可以防止水分散失,對原生質(zhì)起保水作用,脯氨酸也是多種自由基的清除劑[11]。主要是通過專一的螯合單線態(tài)氧和羥自由基，減輕脅迫所造成的氧傷害。本實驗結(jié)果表明隨著干旱脅迫的加劇，脯氨酸的含量呈現(xiàn)上升的趨勢，可能原因是桑樹為適應(yīng)滲透脅迫與脯氨酸合成途徑相關(guān)酶的活性比較強(qiáng)，降解途徑相關(guān)酶的活性受到抑制[12-13]，從而導(dǎo)致脯氨酸的含量的變化。在不同的脅迫處理下，湖桑32、九龍拐、油桑和云桑1號一直都呈現(xiàn)較快的升高趨勢，但油桑和云桑1號的脯氨酸積累量低于湖桑32和九龍拐。可以推測湖桑32和九龍拐對干旱的適應(yīng)能力強(qiáng)，可能原因是脯氨酸的積累減輕了脅迫所造成的氧傷害，對細(xì)胞膜的通透性起到穩(wěn)定的作用。充桑和葉白1號在輕度到重度處理過程中脯氨酸的積累變緩慢，可以推測充桑和葉白1號對干旱的適應(yīng)能力弱。因此我們的實驗結(jié)果表明，脯氨酸積累可能是桑樹受到脅迫的一種信號，遭受脅迫的桑樹細(xì)胞內(nèi)表現(xiàn)為大量積累脯氨酸。脯氨酸濃度的高低，則能夠表明植物抗旱能力強(qiáng)弱。

3.2 干旱脅迫下各桑樹品種的可溶性蛋白含量變化

作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一,高含量的可溶性蛋白質(zhì)可使細(xì)胞維持較低的滲透勢,抵抗水分脅迫。但有研究表明,干旱可以抑制蛋白質(zhì)的合成,導(dǎo)致蛋白質(zhì)降解,引起總蛋白含量的降低[14]。蛋白質(zhì)大量分解會產(chǎn)生NH3，過量的NH3積累會造成植物發(fā)生毒害。過量積累的NH3可通過氨酰基化、氨基交換、轉(zhuǎn)氨酶等作用轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝彼岷网B氨酸，轉(zhuǎn)化為其他形式貯存起來，進(jìn)而再轉(zhuǎn)變?yōu)楦彼醄15]。我們的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)土壤干旱使桑樹葉片游離脯氨酸含量和可溶性蛋白質(zhì)的動態(tài)變化呈負(fù)相關(guān)在，二者變化幅度較小者較耐旱?？梢酝茰y脯氨酸的大量積累與可溶性蛋白的分解有關(guān)。

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EffectsofDroughtStressonFreeProlineandSolubleProteinContentofDifferentMulberryVarieties

Qi Weiliang,Feng Hong,Liu Songqing,Chen Jie,Gong Biran,Xia Jie,Zhang Li,Ren Yinghong*

( College of Chemistry and Life science,Chengdu Normal University,Chengdu 611130,China )

Osmotic regulation is the important physiological mechanism for plants to adapt to drought-adversity.Under the drought stress environment,we used six mulberry varieties in Sichuan as the research object to discuse the change rule of contents of free proline and soluble protein.The results have shown that the changes of free proline content was negatively correlated with soluble protein.The free proline level of Husang 32 and Jiu Long Guai under drought stress had significant changes,while the soluble protein had no significant changes.It can be speculated that the accumulation of free proline is related to the decomposition of soluble protein.

free proline；soluble protein；water stress；mulberry

10.3969/j.issn.1006-9690.2017.05.008

2017-02-12

四川省教育廳創(chuàng)新團(tuán)隊資助項目(15TD0036)。

祁偉亮(1988—)，男，碩士，從事植物遺傳育種研究。E-mail: 619605284@qq.com

*通訊作者：任迎虹(1964—)，女，教授，從事植物遺傳育種研究。E-mail: renyinghong@163.com

S888.2

A

1006-9690(2017)05-0034-03