脯氨酸含量的定量分析|茁彩生物

L-脯氨酸简称脯氨酸（proline，Pro），是植物体内重要的渗透调节物质，具有水溶性、水势高和分子量小等特点。脯氨酸（proline，Pro）积累是植物在生物和非生物胁迫下的一种重要的代谢适应性机制，其主要功能是作为渗透调节物质，维持细胞内外渗透平衡，增强植物抗逆性。此外在自由基清除、降 低细胞酸性及作为金属螯合剂等方面也具有重要作用。

脯氨酸合成方法

植物体内合成脯氨酸的有两条途径：一是通过过谷氨酸途径，二是通过鸟氨酸途径。其中，谷氨酸途径在渗透胁迫和氮素不足情况下占主要地位；鸟氨酸途径在氮素充足情况下占主导地位。谷氨酸途径中，谷氨酸（Glu）在吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）催化下生成谷氨酰半醛（GSA），GSA自动环化为吡咯啉-5-羧酸（P5C），然后P5C在吡咯啉5-羧酸还原酶（P5CR）作用下生成脯氨酸。而鸟氨酸途径与谷氨酸途径在反应上的不同仅仅是第一步反应的底物和酶发生了变化，即由Glu和P5CS换成了鸟氨酸（Orn）和鸟氨酸转氨酶（OAT）。脯氨酸的降解过程基本上是合成途径的逆转。脯氨酸首先被脯氨酸脱氢酶（PDH）氧化成P5C，后者在吡咯啉-5-羧酸脱氢酶的作用下生成Glu。高等植物体内脯氨酸合成与降解途径见下图。

脯氨酸代谢途径

脯氨酸的合成、降解以及在细胞内和不同细胞区域间的转运决定了细胞内脯氨酸水平。脯氨酸的合成是谷氨酸在P5CS和P5CR两个酶催化下形成的，其中P5CS是脯氨酸合成的限速酶，其活性受多种因素的调节，如在水分胁迫、高盐、ABA、光周期、光照等条件下，P5CS活性增强，而油菜素内酯（BR）、磷脂D能够抑制P5CS活性；此外，P5CS还受脯氨酸的反馈调节。P5CR虽然不是脯氨酸合成的限速酶，但是由于其催化的反应位于脯氨酸合成途径的交叉点，因此对维持细胞内脯氨酸库具有重要意义。此外，已经证实P5CR是植物发育过程中脯氨酸合成的关键酶。脯氨酸的降解经脯氨酸脱氢酶（PDH）和吡咯啉-5-羧酸脱氢酶（P5CDH）催化完成。复水和脯氨酸能够激活的PDH转录，而脱水抑制了PDH活性，因而在逆境条件下减少了脯氨酸的降解。光对PDH的效应不同于P5CS，日光下PDH酶转录受抑制，而黑暗条件下其转录收到激发。在脯氨酸诱导和无毒病菌侵染植物条件下，P5CDH基因表达上调。

脯氨酸作用机制

1.脯氨酸(Proline)在植物中的分布

植物体内游离的脯氨酸主要分布在光和器官和生殖器官.在其他组织和器官中,脯氨酸的量相对较少.陈托兄在研究不同类型抗盐植物水平游离脯氨酸的分配时,对三种类型的植物进行了分析:稀盐植物,泌盐植物,拒盐植物.稀盐植物中游离脯氨酸的含量很低,拒盐植物游离脯氨酸的量较高,泌盐植物游离脯氨酸的量介于二者之间.不过他们有一个共同的特征:游离脯氨酸多集中的代谢旺盛的器官和生殖器官,这是因为植物在受到胁迫时会优先保护这些器官.这也是植物在长期进化过程中自然选择的结果。

2. 脯氨酸(Proline)在盐胁迫下累积的生物学意义

植物在盐胁迫情况下一般会采取两种方式来累积脯氨酸:一种是当植物遇到渗透胁迫时,高盐的胁迫信号通过各级信号途径传递,使得与渗透调节物质相关的基因表达(如脯氨酸合成酶基因),导致胁迫诱导的基因产物(累积),从而维持细胞内水分平衡，一种方式就是将液泡中储存的脯氨酸运输到胞质中使细胞中脯氨酸急剧增加来抵抗高盐环境。

脯氨酸在植物胁迫中的抗逆作用

1.高温胁迫

高温胁迫可分为短期高温胁迫和长期高温胁迫，前者更容易造成直接伤害，后者倾向于产生对植物的间接伤害。究其原因可能是长期高温胁迫使植物在逆境前期形成相应的适应机制；而在短期高温胁迫下，植物受到的伤害较突然，来不及形成适应机制。因此研究高温胁迫对植物 生长发育及生理生化的影响，有助于阐明植物耐热机制及采取有效措施减轻高温伤害，而Pro在缓解高温胁迫对植物产生不利影响的方面具有重要作用。 

2. 低温胁迫

低温作为植物生长发育过程中主要逆境胁迫因子之一，不仅影响植物的正常生长发育，而且对植物的地理分布也有决定性作用。低温胁迫以 0 ℃为界限可分为高于 0 ℃的冷害和低于0 ℃的冻害。低温环境会导致植物形态改变、细胞代谢紊乱、自由基大量积累等，严重时会造成植物死亡。

3. 水分胁迫

水分胁迫是植物生长发育面临的自然灾害之一，干旱 、淹水 、冰冻等都能引起水分胁迫。水分胁迫对植物造成的伤害主要集中在形态特征和生理生化特性上，体现在叶片卷曲、萎蔫、生物量下降、细胞膜透性及抗氧化特性等方面。而以 Pro 为代表的渗透调节物质能够缓解水分胁迫对植物造成的伤害，从而维持植物细胞膨压和正常生理活动。 

4.盐碱胁迫

土壤盐碱化作为全球性生态环境恶化的原因之一，严重影响作物生长发育、产量及品质的形成。盐碱胁迫会对植物产生渗透胁迫、活性氧胁迫和离子毒害等，也会影响植物渗透调节机制，造成植物生长受限甚至死亡。 

5.生物胁迫

植物生长过程中往往伴随着多种多样的病原微生物和病原菌，因而影响植物生长发育，降低作物产量。但是在长期进化过程中，植物体已形成一系列复杂的抗病机制来抵御病原微生物和病原菌的侵染，从而减轻病害对植物造成的伤害。 

6. 重金属胁迫

重金属是一种逆境胁迫因子，广泛存在于地表水及土壤中，长期重金属毒害会影响植物生长发育，降低产量和品质，且重金属污染不能被生物降解，影响周期长。同时当植物体内重金属元素浓度过高时会产生拮抗作用，影响对必需元素的吸收，甚至导致植物死亡。另外，即使如Fe、Mn和Zn等植物生长必需元素在植物体内浓度过高时，也会对植物产生不利影响。

7.臭氧和紫外线胁迫

近年来，随着环境污染日益严重，使得臭氧层日渐稀薄乃至出现臭氧层空洞，大气中的紫外线辐射大量增加，严重影响到植物正常生命活动。植物在受到臭氧或紫外线胁迫时，生理上会产生一系列变化，如渗透调节物质变化、膜系统变化等。

8. 农药胁迫

农药是现代农业生产中作为防治病虫草害的一类不可或缺的化学或生物制剂，然而对于植物来说，农药同样也是一种异源有毒物质，不合理或过量使用农药会对植物造成胁迫，影响植物正常生理代谢功能。

脯氨酸含量测定---茚三酮比色法测定：

原理

植物体内的游离脯氨酸可以用磺基水杨酸或酒精提取。在酸性条件下，脯氨酸可与茚三酮加热后反应生成稳定的红色产物（此红色产物有互变异构体，其结构如下），520nm波长是其最大吸收峰。产物用甲苯萃取后，在该波长下，A值（吸光度）与溶液中红色产物的含量成正比。因此可以通过标准曲线查出或用回归方程计算出样品脯氨酸的含量。

脯氨酸相关检测试剂盒：

ZC-S0367 脯氨酸（Pro）含量检测试剂盒 100管96样
ZC-S0640 脯氨酸（Pro）含量检测试剂盒 50管48样