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张德超等
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棉花四大栽培种干旱胁迫下叶片蛋白质组分变化
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讨论
干旱胁迫下植物产生一系列的形态、生理生化
及生物物理等方面的变化，以维持正常的生命活
动。干旱对植物生理过程的影响是通过蛋白的合成
与降解调控作用来实现的，干旱胁迫引起蛋白组分
相互转化，而蛋白组分变化跟细胞的生理生化有
关，如氨基酸的合成、激酶的活性、光合作用、能
量代谢、活性氧的清除、核酸和蛋白质的合成。任
东涛和赵松岭
(1997)
在研究小麦干旱胁迫蛋白中发
现，干旱胁迫蛋白变化不仅于量的增加，生物体中
调节蛋白组分间相对含量的变化对于抗旱具有更
大的意义。蛋白组分的变化可以反映细胞内蛋白质
合成、变性及降解等多方面的信息，不同栽培种、
不同抗旱水平的品种，蛋白组分的变化不同，表现
出蛋白质代谢的多样性。
棉花四大栽培种短期干旱胁迫后叶片中清蛋
白含量均升高，参与代谢活动的酶类主要以清蛋白
形式存在，清蛋白表达量升高用以维持正常的新陈
代谢
(
康俊梅等
, 2005)
，长期干旱胁迫后叶片清蛋白
表达量又有所降低，这是因为干旱胁迫加重，叶片
出现萎蔫，光合作用减弱，清蛋白的合成减少。抗
旱品种清蛋白代谢比较稳定，其清蛋白含量降低的
程度都比不抗旱品种小，清蛋白含量仍维持较高水
平，其中抗旱性较强的亚洲棉在干旱胁迫后，清蛋
白含量一直升高，长期干旱胁迫后，叶片清蛋白含
量较对照升高
2
倍以上。实验结果表明，棉花的抗
旱性可能与清蛋白的合成密切相关，干旱胁迫下棉
花叶片通过增加清蛋白的含成来参与抗旱性调节，
干旱胁迫后清蛋白含量高的品种抗旱性亦强。因
此，清蛋白含量变化可以做为棉花抗旱性筛选的指
标，为棉花种质抗旱性鉴定、筛选提供理论依据和
参考指标。
陆地棉和海岛棉干旱胁迫后叶片球蛋白含量
一直升高，且抗旱品种叶片球蛋白含量高于不抗旱
品种，干旱胁迫下蛋白水解酶活性增强，导致大量
蛋白质降解，降解产生的蛋白质多为球蛋白。
Hanson
等
(1979)
认为球蛋白累积只是植株在缺水时
的一种损伤表现，球蛋白作为重要的一类蛋白质，
一部分维持细胞渗透压，使其在干旱时仍能吸收水
分，保证光合等生理过程的正常进行，另一部分参
与干旱胁迫蛋白的合成，减轻干旱胁迫对细胞造成
的伤害。亚洲棉和非洲棉叶片球蛋白含量较高，短
期干旱胁迫后叶片球蛋白含量变化不明显，长期干
旱胁迫后其球蛋白含量降低。二倍体棉和四倍体棉
干旱胁迫下叶片球蛋白含量变化不一致，可能是基
因组的差异，导致球蛋白代谢途径不同。
陆地棉和海岛棉短期干旱胁迫后醇溶蛋白含
量降低，由于醇溶蛋白主要是一些膜蛋白，受干旱
影响膜蛋白合成减少，但在长期干旱条件下，植物
细胞许多生理过程的不能正常进行，光合作用在一
定程度上受到抑制，叶绿体膨胀，排列紊乱，基质
片层模糊，基粒间连接松弛，类囊体层肿胀或解体，
细胞诸多结构破坏，膜结合蛋白游离出来转化为简
单蛋白，醇溶蛋白含量增加。干旱胁迫下醇溶蛋白
含量先降低在升高的结果与棉花下胚轴膜蛋白活
性在干旱胁迫时呈“
V
”字型变化
(
薛刚和高俊凤
,
1994)
相一致。而亚洲棉和非洲棉叶片醇溶蛋白含量
一直降低，可能是由于二倍体棉抗旱性较好，细胞
结构稳定，长期干旱胁迫下，醇溶蛋白合成减少，
但细胞结构为破坏，故醇溶蛋白含量一直降低。
干旱胁迫下，棉花叶片谷蛋白含量降低，不抗
旱品种较抗旱品种在干旱条件下谷蛋白含量降低
更显著。这是由于干旱胁迫下谷蛋白降解或重新折
叠，转化为他类型的蛋白，维持其他代谢所需的能
量和碳架，以抵抗干旱造成的伤害，使细胞内正常
的新陈代谢得以维持，使植物体内的生理生化反应
正常进行
(
李德全等
, 1992)
。四大栽培种中亚洲棉干
旱胁迫下谷蛋白降解最少，亚洲棉抗旱性最好，是
棉花抗旱性选育的重要种质资源。
本研究表明棉花叶片各蛋白组分含量差异较
大，谷蛋白含量最高，清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白
含量较低；不同棉花栽培种叶片蛋白组分含量差异
较大，四倍体棉叶片总蛋白含量较高，清蛋白和谷
蛋白含量高于二倍体棉，而二倍体棉叶片球蛋白和
醇溶蛋白含量较高；干旱胁迫后不同栽培种不同抗
旱水平的品种蛋白组分含量也有较大差异，这种差
异可能是蛋白质代谢途径的差异引起的。短期干旱
处理时叶片蛋白质含量的差异
,
主要是清蛋白、球蛋
白和醇溶蛋白含量的变化造成的，长期干旱处理时
叶片蛋白质含量的差异
,
主要是谷蛋白含量的变化
造成的。本研究首次从蛋白组分方面研究棉花抗旱
性，干旱胁迫下棉花叶片蛋白组分含量会发生相应
变化，不同栽培种叶片蛋白组分变化差异显著，表
明不同棉花栽培种存在遗传多样性。其中抗旱性强
的品种是棉花抗旱性选育的重要种质资源，清蛋白
含量变化可以做为棉花抗旱性筛选的指标。不同基