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103植物生理与分子生物学学报植物生理与分子生物学学报 Journal of Plant Physiology and Molecular Biology 2005 31 1 103 106 2004 03 22 收到 2004 12 06 接受 中日农业技术研究发展项目资助 通讯作者 E mail wengyuejin 盐胁迫下小麦甜菜碱和脯氨酸含量变化 赵勇 马雅琴 翁跃进 中国农业科学院作物品种资源研究所 北京 100081 研究简报 Short Communication 摘要 运用高效液相色谱 质谱 HPLC MS 联用技术 分析了耐盐性强 中 弱 3 个小麦品种SW12 宁春4 号和中国春苗期5个NaCl浓度胁迫下甜菜碱和脯氨酸 含量的变化 方差分析表明盐胁迫下3个小麦品种之间 甜菜碱的含量差异达到极显著水平 P 0 01 SW12的 含量最高 宁春4号次之 中国春最低 与小麦耐盐性 表现相一致 脯氨酸在叶片中的含量差异不显著 在 根中宁春4号和中国春的含量有显著差异 P99 999 流速 分别为 35 单位 min 和 15 单位 min 单位为 LCQ 设置的单位 定量曲线直线范围在 50 1 000 ng mL 之间 2 结果 2 1 盐胁迫对小麦植株的影响 盐胁迫小麦1 d后 3个品种都出现了萎蔫现 象 SW12 宁春 4 号在高于 300 mmol L 盐浓度 下发生萎蔫 中国春在各浓度下都有萎蔫发生 而且萎蔫的程度 SW12 最轻 中国春最重 中国 春 300 mmol L 胁迫 10 d 后麦苗死亡 400 和 500 mmol L胁迫5 d后麦苗死亡 SW12和宁春4号耐 盐表现存在差异 在盐胁迫下 SW12 的叶片发生 卷曲 宁春4号的叶片不卷曲而是逐步枯黄 300 mmol L胁迫 20 d 后 SW12 基本上能维持生长 而 宁春 4 号全部死亡 400 和 500 mmol L 盐胁迫 10 d 时 SW12 和宁春 4 号死亡 2 2 盐胁迫对小麦甜菜碱含量的影响 小麦甜菜碱的HPLC ESI MS定量结果见图1 图1列出了300 mmol L的NaCl胁迫下和对照 小麦叶中甜菜碱含量的变化 其它盐浓度下小麦 组织中甜菜碱含量的变化与此相似 盐胁迫下甜 菜碱在小麦根中变化的出现早于叶中的 盐胁迫 1 d 小麦根中甜菜碱的含量急剧增加 胁迫 5 d 或 10 d 根中甜菜碱含量达到最高值 随后开始下 降 盐胁迫 1 d 后叶中甜菜碱含量开始上升但速 度较慢 盐胁迫 5 d 后增长速度急剧加快 30 d 仍在保持上升趋势 盐胁迫下小麦叶中甜菜碱的 最高含量约为根中的 5 倍 在小麦叶中最高约为 1 730 g g FW 最低 对照 约为 307 g g FW 在小麦根中最高约为 295 g g FW 最低 对照 约 为 19 g g FW 3 个耐盐性不同的小麦品种 SW12 宁春 4号 和中国春在盐胁迫条件下甜菜碱含量的变化趋势叶 中的和根中的分别相似 随盐胁迫浓度的提高和 时间的延续由少到多 图 1 甜菜碱绝对含量有很 大的差异 耐盐品系 SW12 叶和根中甜菜碱的总 含量高于宁春 4 号和盐敏感品种中国春 运用SAS软件对3个小麦品种叶和根中甜菜碱 的含量方差分析结果显示 3个品种叶和根中的甜 菜碱含量都有差异 且达到极显著水平 P宁春 4 号 中国春 统计结果同时显示 5 个不同浓度胁 迫之间以及7个不同的胁迫时间段之间甜菜碱含量 也存在较大差异 且差异达到极显著水平 表明 盐胁迫强度和持续时间对小麦的甜菜碱含量有直接 的影响 2 3 盐胁迫对小麦脯氨酸含量的影响 脯氨酸的HPLC ESI MS定量结果数据见图2 图2列出了300 mmol L的NaCl胁迫和对照小 麦叶中脯氨酸含量的变化 其它盐浓度下小麦组 图图 1 盐胁迫下3 个小麦品种叶中甜菜碱含量的变化 Fig 1 Changes in GB contents in leaves of 3 wheat varieties under salt stress 图图 2 盐胁迫下3 个小麦品种叶中脯氨酸含量的变化 Fig 2 Changes in proline contents in leaves of 3 wheat varieties under salt stress 105赵勇等 盐胁迫下小麦甜菜碱和脯氨酸含量变化1 期 织中脯氨酸含量的变化与此相似 盐胁迫 1 d 小 麦根中脯氨酸的含量急剧增加 胁迫 5 10 d 或 20 d 根中脯氨酸含量达到最高值 随后开始下 降 盐胁迫 1 d 后小麦叶中脯氨酸含量开始上升 但速度较慢 盐胁迫 5 d 后增长速度急剧加快 30 d 仍在保持上升趋势 盐胁迫下小麦叶中脯氨 酸的最高含量约为根中的 13 倍 小麦叶中脯氨酸 的最高含量约为 3 919 g g FW 最低 对照 约为 17 g g FW 根中脯氨酸最高含量约为 297 g g FW 最低 对照 约为 7 g g FW 尽管盐胁迫下脯氨酸在 SW12 宁春 4 号 中国春组织中的含量存在很大的差异 但是它们 随盐胁迫变化的趋势是一致的 图 2 与甜菜碱的 变化相似 耐盐品种 SW12 和普通品种宁春 4 号 脯氨酸的含量在叶中和根中接近 变化趋势相 似 高于盐敏感品种中国春 尽管中国春脯氨酸 的含量比宁春 4 号和 SW12 低 但表现的规律却 是相似的 表现时间有所提前 因此 在 300 mmol L 盐胁迫下中国春叶中脯氨酸的含量在盐胁 迫 10 d 以前有些高于 SW12 和宁春 4 号 中国春 组织中脯氨酸的总体含量要低于SW12和宁春4号 很多 SW12 和宁春 4 号叶中脯氨酸的最高量高于 3 800 g g FW 中国春叶中脯氨酸的最高含量小 于 1 800 g g FW 根中脯氨酸的含量也低于其 它两个品种 方差分析结果显示 3 个品种叶中脯氨酸含量 差异不显著 只有宁春 4 号与中国春根中脯氨酸 含量差异达到显著水平 P 0 05 统计结果同时 显示 5个盐浓度之间和7个不同胁迫时间之间脯 氨酸含量存在差异 且达到极显著水平 表明盐 胁迫强度和时间都对脯氨酸含量有直接的影响 3 讨论 小麦耐盐性弱是盐渍地区小麦生产的主要限 制因素之一 由于耐盐性的机理十分复杂 对于 小麦耐盐性的研究往往观点不一致 本试验根据 小麦生长和土壤盐分变化规律并运用高效液相色谱 质谱联用技术 获得了不同盐胁迫下小麦甜菜碱 和脯氨酸的含量变化结果 对于鉴定 培育和推 广小麦耐盐性品种具有一定的指导意义 盐渍土 壤麦区小麦苗期 返青期 正是土壤返盐的时期 土壤含盐量达到最大值 而此时正是小麦一生耐 盐性最薄弱的阶段 对小麦全生育生长至关重 要 所以 生产中关注苗期的耐盐性则显得意义 更加重大 马雅琴和翁跃进 2005 本试验选择小 麦苗期分析盐胁迫下组织中甜菜碱和脯氨酸的变 化 由于小麦品种间耐盐性有差异 只有适宜的 盐浓度和胁迫时间才能有效地分开品种间的差异 试验中采用了盐浓度梯度和时间梯度复合方式分析 两种化合物的含量变化规律 方差分析的结果表 明 不同盐浓度梯度胁迫效果是显著和有效的 本试验所测 3 个小麦品种组织中甜菜碱的含 量和变化趋势与小麦耐盐性鉴定和大田耐盐性试验 结果是吻合一致的 马雅琴和翁跃进 2005 而且 本试验和大田耐盐性试验中SW12耐盐性表现高于 宁春 4 号 中国春则表现盐敏感 3 个品种苗期 的耐盐指数分别为 2 3 和 4 本试验中 SW12 的 甜菜碱含量高于宁春 4 号 更高于中国春 图 1 通过方差分析 表明 3 个材料无论叶中还是根中 甜菜碱含量差异均达到极显著水平 表明三个品 种间甜菜碱的含量确实有差异 同时多重比较 P 宁春4号 中国春 由于甜菜碱含量与其耐盐性呈正相关 进一步证实 SW12 的耐盐性高于宁春 4 号 宁春 4 号的耐盐性高于中国春 也表明以甜菜碱的含 量为耐盐性鉴定指标进行耐盐性资源筛选和品种选 育是有效的 盐胁迫下小麦中脯氨酸变化趋势 图2 和甜菜 碱相似 但在小麦耐盐性上它们表现的不同 同 时方差分析结果显示 3 个品种之间叶中脯氨酸 含量未达到显著水平 仅有宁春 4 号与中国春根 中脯氨酸含量差异达到显著水平 P 0 05 因 此 本试验的数据不支持脯氨酸作为小麦耐盐性 鉴定和筛选的指标 参 考 文 献 Hare PD Cress WA 1997 Metabolic implications of stress induced praline accumulation in plants Plant Growth Regul 21 79 102 Hou CX 侯彩霞 Tang ZC 汤章城 1999 Function and mechanism of compatible solutes Plant Physiol Commun 植物生理学通讯 35 1 1 7 in Chinese Hunt J 1982 Dilute hydrochloric acid extraction of plant material for route cation analysis Commun Soil Sci Plant 106 31 卷 植物生理与分子生物学学报 Anal 13 1 49 55 Liang Z 梁峥 Luo AL 骆爱玲 1995 Betaines and betaine synthetase Plant Physiol Commun 植物生理学通讯 31 1 1 8 in Chinese Ma YQ 马雅琴 Weng YJ 翁跃进 2005 Salt tolerance evaluation of some spring wheat varieties introduced from abroad Acta Agron Sin 作物学报 31 1 58 64 in Chinese Sun JY 孙金月 Zhao YT 赵玉田 Chang RZ 常汝镇 Liang BW 梁博文 Liu F 刘方 1997 Study on the protective function and mechanism of cell wall Variation of Betaine and Proline Contents in Wheat Seedlings Under Salt Stress ZHAO Yong MA Ya Qin WENG Yue Jin Institute of Crop Germplasm Resource Chinese Academy of Agricultural Sciences Beijing 100081 China Abstract Glycine betaine GB and proline con tents of leaf and root were simultaneously deter mined by HPLC ESI MS at seedling stage in the three wheat Triticum aestivum L varieties salt tolerance from high to low SW12 Ningchun No 4 and Chinese Spring C S under 5 differ ent salt stress levels Figs 1 2 The GB con tents among SW12 Ningchun No 4 and C S were found outstanding difference by ANOVA P 0 01 and consistent with salt tolerance in wheat Proline contents were not different among 3 wheat varieties in leaf but difference was found in the root between the Ningchun No 4 and C S P 0 05 The result suggested GB as one of the materials for osmotic adjustment in plant had the closest relationship with salt tolerance and could be used as an index of salt tolerance in wheat Key words wheat salt tolerance betaine proline HPLC ESI MS This work was supported by Japan International Cooperation Agency Corresponding author E mail wengyuejin glycoproteins in salt tolerance of wheat Sci Agr Sin 中国 农业科学 30 4 9 15 in Chinese Weng YJ 翁跃进 2002 The Plant Salt tolerant Species and the Planting Technology Beijing Agri