植物体内的脯氨酸在抗逆和生长过程中发挥多重作用，比如，渗透调节和细胞保护，抗氧化和代谢调节，温度胁迫响应，增强光合作用，支持生殖发育和生物量的积累。脯氨酸是20种氨基酸中的一种独特环状结构的亚氨基酸，脯氨酸的侧链和氨基形成五元吡咯烷酮环。它是中性的氨基酸，等电点pKa=6.30，易溶于水，天然的存在形式有L-脯氨酸，D-脯氨酸，DL-脯氨酸。
在干旱胁迫的环境中，植物体内的脯氨酸合成酶活性增强，促进脯氨酸的合成。同时，蛋白质分解加剧，为脯氨酸提供足够的原料。脯氨酸脱氢酶活性受到抑制，导致被分解的很少，从而有更多的脯氨酸在细胞内积累。当脯氨酸浓度升高时，细胞就要不断的吸水，维持细胞的膨压，防止水分的流失。另外，脯氨酸可稳定蛋白质、核酸的结构，防止其变性。在细胞质和叶绿体中，谷氨酸在吡咯啉-5-羧酸合成酶的催化下，生成谷氨酰半醛，再自发环化，形成吡咯啉-5-羧酸，在吡咯啉-5-羧酸还原酶的作用下，
脯氨酸分子中的亚氨基和羧基能够直接和活性氧发生反应，将它转化为对植物无害的物质（如水和氧气），类似于抗氧化剂，可快速中和自由基，减少氧化给植物带来的损伤。另外，它还能激发植物体内的抗氧化酶（如过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶）的活性，间接清除活性氧。活性氧清除后，脯氨酸可被降解为氮源和碳源，供植物恢复生长利用。
实验室里面检测植物脯氨酸含量，常用的方法是茚三酮显色法，高效液相色谱法等。
茚三酮显色法：当用磺基水杨酸提取植物样品的时候，脯氨酸游离在溶液中，用茚三酮加热处理后，溶液会变成红色。加入甲苯后，色素会转移到甲苯中，色素颜色的深浅和脯氨酸含量的高低成比例，在520nm波长下采用比色法测定吸光度，根据标准曲线，计算出脯氨酸的含量。
高效液相色谱法：样品前处理，通过酸性水解和衍生的方法完成。检测器用VWD或DAD，波长360nm；C18色谱柱，250mm长，4.6mm内径，5um粒径，柱温38℃，流速1ml/min，进样量10-20ul。使用VWD或DAD检测器，波长360nm。流动相为乙腈和0.02mol/L的磷酸二氢钠和磷酸氢二钠溶液，梯度洗脱。