祁伟亮，冯 鸿，刘松青，陈 洁，龚壁燃，夏 杰，张 莉，任迎虹

(成都师范学院 化学与生命科学学院，四川 成都 611130)

不同桑品种在干旱胁迫下脯氨酸及可溶性蛋白质含量的变化规律研究

祁伟亮，冯 鸿，刘松青，陈 洁，龚壁燃，夏 杰，张 莉，任迎虹*

(成都师范学院 化学与生命科学学院，四川 成都 611130)

渗透调节是高等植物抵抗逆境胁迫的一种重要方式。本研究以6个四川主栽的桑树品种作为研究材料，探讨在不同程度的干旱胁迫下，脯氨酸和可溶性蛋白质含量的变化。结果表明,在干旱胁迫下桑树叶片中游离脯氨酸含量变化呈上升趋势，可溶性蛋白的变化呈下降趋势，可以推测出脯氨酸含量变化与可溶性蛋白动态变化呈负相关。其中，湖桑32号和九龙拐的脯氨酸含量变化最大，而其可溶性蛋白质含量变化幅度最小，表明该品种的抗旱性最强。可以推测脯氨酸的大量积累可能与可溶性蛋白的分解有关。

脯氨酸；可溶性蛋白；干旱胁迫；桑树

干旱是影响桑树生长的主要环境因子之一。研究表明，可溶性蛋白和脯氨酸可以作为渗透调节物质使细胞维持一定的膨压，以保证植物气孔运动和光合作用等生理过程的正常进行[1]。干旱胁迫下会引起桑树叶片可溶性蛋白含量的下降。可能原因是干旱胁迫下导致酶系统发生紊乱、水解酶类活性增强、蛋白质合成受阻、水解加剧等各种原因从而导致蛋白质含量下降[2]。蛋白质的降解在植物细胞内会形成游离脯氨酸。植物体内脯氨酸的积累能够降低叶片细胞的渗透势，防止细胞脱水，可以保护细胞膜系统[3]。干旱胁迫下脯氨酸含量增加，可能原因是在脯氨酸的合成途径(α-酮戊二酸途径和鸟氨酸途径)中，脯氨酸合成酶活化导致脯氨酸合成加强且降解受阻，同时其参与合成蛋白质减少[4]。但脯氨酸累积对抗旱的意义却存在争议。Stewart[5]

对干旱胁迫下作物累积脯氨酸的生理生化机制做了一系列研究，提出了脯氨酸是渗透调节物质的观点。曹仪植等研究发现植物当从胁迫条件恢复正常时，脯氨酸又可作为碳氮源并提供能量[6]。但任文伟等认为干旱适应性好的作物并不总是积累脯氨酸[7]。为此,我们采用人工干旱的方法,对6个四川桑树品种进行干旱处理，分析叶片中游离脯氨酸积累和可溶性蛋白质含量的关系,以讨论脯氨酸的积累对抗旱的作用和意义；同时探讨桑树品种间抗旱性的差异,为桑树的的育种和栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料品种1充桑，品种2荷叶白1号，品种3九龙拐，品种4油桑，品种5湖桑32号，品种6云桑1号。采集于四川省西昌市蚕种场品保园。材料在2015年4月份进行种子发芽后进行盆栽，自然条件下生长。土壤混合比例(土壤与营养土体积比为1∶1)。在7月份苗木高度在40 cm左右时，选择长势相对一致的苗木,对供试桑树品种进行连续的人工干旱处理。

1.2 干旱胁迫

试验苗木在处理前连续浇水3d，然后让其自然干旱。正常处理时土壤含水量控制在85%～100%、轻度处理时土壤含水量的变化控制在65%～75%、中度处理时土壤含水量的变化控制在65%～50%、重度处理时土壤含水量的变化控制在35%～40%，各项指标6天测一次，试样均取上部同叶位叶片，三次重复。

1.3 指标测定方法

脯氨酸测定方法[8]，可溶性蛋白测定方法[9]，测定试验数据均为3次重复的平均值,采用Excel和SPSS软件进行统计分析。

2 实验结果分析

2.1 可溶性蛋白含量变化

植物在水分胁迫下，可溶性蛋白会部分转化为氨基酸，从而增加渗透性物质。本试验结果表明，随着干旱胁迫的加重，可溶性蛋白随着水分胁迫的加强会呈现出降低的趋势(图1)，在各胁迫水平下,6个桑树品种的可溶性蛋白含量变化存在显著差异。在轻度时均呈下降趋势，充桑和荷叶白一号的降幅明显，分别为60.52%和51.62%。其次是云桑1号和油桑降幅分别为48.13%和47.36%。下降趋势较少的品种是九龙拐和湖桑32降幅分别为45.52%和39.68%。在中度和重度干旱胁迫时下降比较缓慢。重度胁迫下6个桑树品种的可溶性蛋白质含量最低,说明重度干旱胁迫对可溶性蛋白质含量积累的影响最大。充桑，荷叶白1号的可溶性蛋白的下降趋势快，说明随着干旱胁迫时间的延长,干旱敏感桑树生长受到抑制,蛋白质合成速度下降。九龙拐和湖桑32在干旱胁迫下的下降趋势比较缓慢，表明九龙拐和湖桑32对干旱的的适应能力强。

2.2脯氨酸含量变化

脯氨酸(PRO)是植物蛋白质的组分之一，以游离状态广泛存在于植物体中。随着干旱胁迫的加剧，脯氨酸的变化趋势均呈升高的趋势(图2)。在各胁迫水平下,6个桑树品种的脯氨酸含量变化存在显著差异。在轻度胁迫下脯氨酸的上升幅度均比较大，表明植物机体对干旱胁迫所表现出的一种适应性。从轻度到中度，脯氨酸的含量变化比较慢，而品种湖桑32的脯氨酸亮变化幅度高于其他几个品种。重度干旱胁迫时脯氨酸含量达到最高，各品种脯氨酸含量由高到低的顺序为：湖桑32>九龙拐>油桑>云桑1号>充桑>荷叶白1号。充桑、荷叶白1号变化趋势较缓慢，脯氨酸含量与CK比较分别增加14.1、16.7倍，叶片出现重度枯萎，说明其干旱适应能力比较弱。油桑、云桑1号的变化趋势次之，脯氨酸含量与CK比较分别增加17.7、13.5倍，叶片出现中度萎蔫，说明其干旱适应能力比较强。湖桑32和九龙拐的变化趋势比较大，脯氨酸含量与CK比较分别增加30.9、13.8倍，叶片出现轻度萎蔫，说明其干旱适应能力。

A、B、C、D分别表示正常处理、轻度胁迫、中度胁迫、重度胁迫

3 讨 论

3.1 干旱胁迫下各桑树品种的脯氨酸含量变化

干旱胁迫时植物体内积累各种有机物质和无机物质,提高细胞液浓度,降低其渗透势,以适应水分胁迫[10]。脯氨酸是有效的有机渗透调节物质，脯氨酸的积累,提高了原生质的渗透压,可以防止水分散失,对原生质起保水作用,脯氨酸也是多种自由基的清除剂[11]。主要是通过专一的螯合单线态氧和羟自由基，减轻胁迫所造成的氧伤害。本实验结果表明随着干旱胁迫的加剧，脯氨酸的含量呈现上升的趋势，可能原因是桑树为适应渗透胁迫与脯氨酸合成途径相关酶的活性比较强，降解途径相关酶的活性受到抑制[12-13]，从而导致脯氨酸的含量的变化。在不同的胁迫处理下，湖桑32、九龙拐、油桑和云桑1号一直都呈现较快的升高趋势，但油桑和云桑1号的脯氨酸积累量低于湖桑32和九龙拐。可以推测湖桑32和九龙拐对干旱的适应能力强，可能原因是脯氨酸的积累减轻了胁迫所造成的氧伤害，对细胞膜的通透性起到稳定的作用。充桑和叶白1号在轻度到重度处理过程中脯氨酸的积累变缓慢，可以推测充桑和叶白1号对干旱的适应能力弱。因此我们的实验结果表明，脯氨酸积累可能是桑树受到胁迫的一种信号，遭受胁迫的桑树细胞内表现为大量积累脯氨酸。脯氨酸浓度的高低，则能够表明植物抗旱能力强弱。

3.2 干旱胁迫下各桑树品种的可溶性蛋白含量变化

作为渗透调节物质之一,高含量的可溶性蛋白质可使细胞维持较低的渗透势,抵抗水分胁迫。但有研究表明,干旱可以抑制蛋白质的合成,导致蛋白质降解,引起总蛋白含量的降低[14]。蛋白质大量分解会产生NH3，过量的NH3积累会造成植物发生毒害。过量积累的NH3可通过氨酰基化、氨基交换、转氨酶等作用转变为谷氨酸和鸟氨酸，转化为其他形式贮存起来，进而再转变为脯氨酸[15]。我们的研究结果发现土壤干旱使桑树叶片游离脯氨酸含量和可溶性蛋白质的动态变化呈负相关在，二者变化幅度较小者较耐旱。可以推测脯氨酸的大量积累与可溶性蛋白的分解有关。

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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

四川省教育厅创新团队资助项目(15TD0036)。

祁伟亮(1988—)，男，硕士，从事植物遗传育种研究。E-mail: 619605284@qq.com

*通讯作者：任迎虹(1964—)，女，教授，从事植物遗传育种研究。E-mail: renyinghong@163.com

S888.2

A

1006-9690(2017)05-0034-03