盐胁迫下外源钙对草莓内源激素含量的影响

西北植物学报,2008,28(3):0517-0522
Acta Bot.Boreal. Occident.Sin.
文章编号:1000 4025(2008)03 0517 06
盐胁迫下外源钙对草莓内源激素含量的影响
李青云1,葛会波1,胡淑明1,陶秀娟2,黄瑞虹1
(1河北农业大学园艺学院,河北保定071001;2承德市蔬菜研究所,河北承德067000)
摘 要:以 达赛莱克特草莓为试验材料,研究了盐胁迫条件下外源硝酸钙对草莓生理特性的影响。

结果表明: Ca(N O3)2处理可抑制N aCl胁迫下草莓叶片细胞膜透性的增加,增加叶片脯氨酸含量,降低根系和叶片中的脱落酸(A BA)含量,增加赤霉素(GA)、生长素(IA A)、玉米素(ZT)的含量和ZT/ABA比值,草莓的盐害指数也有所降低。

钙调素拮抗剂W7和三氟拉嗪(T FP)处理能够抑制Ca(N O3)2的作用,且W7的抑制作用比T FP更强。

关键词:草莓;盐胁迫;钙调素拮抗剂;内源激素;光合作用
中图分类号:Q945.78文献标识码:A
Endogenous Hormone Regulation with Exogenous
Calcium under S alt Stress in Strawberry
LI Qing yun1,GE H ui bo1,H U Shu ming1,T AO Xiu juan2,H UANG Rui hong1 (1College of H orticultur e,Agricultu re U niver sity of H ebei,Baoding,H ebei071001,China;2Vegetable In stitute of Ch engde,
C hengde,H ebei067000,Chin a)
Abstract:Effects of exo geno us calcium o n physio logical characteristic of str aw ber ry(F ragar ia ananassa cv.Darselect)under salt stress w ere studied.T he m em brane per meability in str aw ber ry leaf w as relief by Ca(NO3)2treatm ent.M eanw hile,the content of proline w as increased and the contents o f ZT,IAA,GA and ZT/ABA ratio w er e enhanced.H ow ever,ABA content in root and leaf w as reduced and salt damage index w as also reduced.The function o f Ca(NO3)2w as inhibited with the treatment o f calm odulin(CaM)antago nist T FP and W7.It show ed that Ca2+!CaM messeng er system w as involv ed in co ntrolling salt stress r esist ance in strawberry,W7w as superior to T FP in blocking the fo rming of Ca2+!CaM com pound.After pre treatment w ith Ca(NO3)2,W7and trifluoperazine(T FP)can block Ca2+!CaM m essenger system.
Key words:straw berry;salt stress;calmo dulin antagonist;endog enous ho rmone;pho to synthesis
Ca2+作为植物生长发育的营养素之一,不仅通过连接膜表面的磷酸与羧酸维持膜系统的稳定性和完整性,还是胞内具有传导外界信号的第二信使。

在植物抗逆机理研究领域,信号传导备受关注,已知钙信使参与植物的抗旱、抗寒等抗逆性反应[1]。

多种环境和激素信号都能引起细胞质中Ca2+的浓度变化,而且这种变化发生在生理反应之前[2]。

钙的调节作用一般是通过受体蛋白如CaM或钙结合蛋白完成,Ca2+通道阻塞剂或CaM拮抗剂处理可导致Ca2+ CaM系统功能发生障碍,进而降低钙的调节作用,常用于研究钙信号的传导。

本试验在100 m mol!L-1NaCl胁迫下,采用硝酸钙、CaM拮抗剂W7和三氟拉嗪(T FP)处理草莓植株,通过研究草莓植株质膜透性、脯氨酸及内源激素含量的变化,进一步探讨硝酸钙在植物盐胁迫中的作用,以期为提高草莓耐盐性提供理论依据。

*收稿日期:2007 06 03;修改稿收到日期:2008 03 07
基金项目:河北农业大学博士基金
作者简介:李青云(1969-),女,博士,副教授,主要从事草莓栽培和逆境生理研究。

E mail:liqingyun69@
1 材料和方法
草莓(Fr agaria ananassa)供试品种为 达赛莱克特(Darselect)。

试验在河北农业大学加温温室中进行,8月下旬从河北农业大学标本园的草莓育苗圃选取无毒母株繁育的1年生匍匐茎苗,栽于直径20cm的塑料盆中培养,每盆1株,培养基质为蛭石,培养期间每5d浇1次1/2日本园试配方营养液,白天温度(25∀2)#,夜间(12∀2)#,植株培养34d后进行如下处理:(1)100mmo l!L-1NaCl(对照);(2)10m mol!L-1Ca(NO3)2+100mmo l! L-1NaCl;(3)10m mol!L-1Ca(NO3)2+100 mmo l!L-1W7+100m mol!L-1NaCl;(4)10 mmo l!L-1Ca(N O3)2+100mm ol!L-1T FP+ 100mm ol!L-1NaCl。

每处理10株,重复3次。

盐处理0、3、6、9d测定植株光合特性,并取鲜样,测定质膜透性、脯氨酸含量和内源激素含量。

盐处理10d调查植株受害情况,计算盐害指数。

盐害指数=∃[(级数%株数)/(5%总株数)]
盐害分级标准:0级:无盐害症状;1级:轻度盐害,约1/3叶尖及叶缘呈失水萎蔫状;2级:中度盐害,约1/2叶尖及叶缘呈失水萎蔫并有焦枯;3级:重度盐害,2/3以上叶尖及叶缘呈失水萎蔫并焦枯,单叶焦枯面积达到1/3;4级:极度盐害,所有叶尖及叶缘呈失水萎蔫并焦枯,单叶焦枯面积达到1/2;5级:全株叶片枯死。

质膜透性用电导法测定,以相对电导率表示。

脯氨酸含量用酸性茚三酮法测定[3]。

内源激素含量用酶联免疫法测定[4]。

所有数据采用DPS软件分析,进行LSD测验。

2 结果与分析
2.1 盐胁迫下硝酸钙对草莓质膜透性的影响
从图1可以看出,在100m mol!L-1NaCl胁迫条件下,各处理(3、6、9d)草莓叶片膜透性呈明显的上升趋势,在盐胁迫各时期,均以W7+ Ca(N O3)2处理的叶片膜透性最大,在盐胁迫3、6、9 d差异均显著(P>0.05,以下同)高于对照和其它处理;其次是T FP+Ca(NO3)2处理和对照,二者差异不显著;Ca(NO3)2处理膜透性最低,显著低于TFP +Ca(NO3)2处理,与对照的差异未达到显著水平。

说明Ca(NO3)2处理可在一定程度上减轻NaCl对叶片细胞膜的损伤,TFP+Ca(NO3)2和W7+
Ca(N O3)2处理叶片膜透性高,其原因可能是由于阻断了钙信使系统对盐胁迫的调节作用,其中W7对钙调素的抑制作用较大。

图1 硝酸钙对盐胁迫草莓叶片相对电导率的影响
Fig.1 Effect of calcium nitr ic acid on relat ive electr ic conductance in straw berr y leaf under sa lt stress
2.2 盐胁迫下硝酸钙对草莓叶片脯氨酸含量的影响
在盐胁迫过程中各处理(3、6、9d)叶片脯氨酸含量先上升后下降(图2)。

其中Ca(NO3)2处理叶片的脯氨酸含量最高,在盐胁迫3d显著高于其它处理和对照,在盐胁迫6、9d极显著(P>0.01,以下同)高于其它处理和对照;对照、W7+Ca(N O3)2和T FP+Ca(NO3)2处理的脯氨酸含量一直维持在较低水平,三者差异不显著。

由于脯氨酸是植物体内的渗透调节物质,通常脯氨酸的积累可增强逆境下植物的渗透调节能力[5],因此上述结果说明Ca(NO3)2能有效提高草莓对盐胁迫的渗透调节能力,W7和T FP通过阻碍钙信使的调节作用阻碍了脯氨酸的积累,进而明显降低植株的渗透调节能力。

2.3 盐胁迫下硝酸钙对草莓内源激素含量的影响
从图3可以看出,在盐胁迫过程中,随着胁迫时间的延长,草莓叶片内的ABA含量呈持续上升趋势,GA、IAA和ZT均呈下降趋势。

在各胁迫时
图2 硝酸钙对盐胁迫草莓脯氨酸含量的影响
Fig.2 Effect o f calcium nitr ic acid o n pro line
content in str awberr y under salt stress
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期,ABA 含量均以W7+Ca (NO 3)2处理和TFP+Ca(N O 3)2处理最高,其次是对照,Ca(NO 3)2处理的ABA 含量最低,在盐胁迫9d,W7+Ca (N O 3)2处理ABA 含量最高,显著高于T FP+Ca(NO 3)2处理和对照,极显著高于Ca(N O 3)2处理,Ca (N O 3)2处理最低,显著低于T FP+Ca(NO 3)2处理和对照。

在盐胁迫各时期(3、6、9d),GA 、IAA 和ZT 含量以Ca(N O 3)2处理最高。

Ca(NO 3)2处理的GA 含量在盐胁迫6和9d 极显著高于对照和其它处理,在盐胁迫9d,Ca(NO 3)2处理的GA 含量显著高于对照,Ca(NO 3)2处理和对照的GA 含量分别极显著和显著高于W7+Ca(NO 3)2处理和TFP+Ca(NO 3)2处理。

Ca(NO 3)2处理的IAA 含量始终显著高于W7+Ca(NO 3)2处理和对照(盐胁迫6d 除外,与对照差异不显著),与TFP+Ca(NO 3)2处理的差异不显著。

在盐胁迫6和9d,Ca(NO 3)2处理的ZT 含量始终极显著高于W7+Ca(NO 3)2处理和对照。

在盐胁迫过程中,随着胁迫时间的延长,草莓根系内ABA 含量则呈先上升后下降的趋势,而GA 、IAA 和ZT 等生长型激素的含量则与叶片大体相似,呈下降趋势(图4)。

各处理的ABA 的积累并不同步,其中Ca(NO 3)2处理的ABA 含量在盐胁迫3d 达到最高,且极显著高于其它处理和对照各时期
的ABA 含量,以后ABA 含量迅速下降;对照和T FP+Ca(NO 3)2处理的ABA 含量在盐胁迫6d 达到最高;W7+Ca (NO 3)2处理的ABA 含量在盐胁迫3d 达到最高,以后略有下降。

在各处理和对照中,W7+Ca(NO 3)2处理和T FP+Ca(N O 3)2处理的ABA 含量峰值最小,极显著低于Ca(NO 3)2处理和对照。

在各胁迫时期(3、6、9d),GA 、IAA 和ZT 含量均以Ca(NO 3)2处理最高,极显著或显著高于对照和其它处理(盐胁迫9d 的ZT 含量除外),除了盐胁迫6d 对照的GA 含量显著高于W7+Ca(NO 3)2处理之外,对照、W7+Ca (NO 3)2处理和TFP +Ca(NO 3)2处理间GA 、IAA 和ZT 含量均无明显差异。

由于在逆境下植物可能通过提高内源ABA 的水平,降低IAA 水平,促使气孔关闭而使蒸腾减弱,提高水势,在一定程度上减轻了逆境伤害,因此,Ca(NO 3)2处理的草莓根系中逆境胁迫信号ABA 出现早,信号强,利于迅速启动植株的耐盐生理反应,同样Ca(NO 3)2处理还能提高根系内GA 、IAA 和ZT 等生长型激素含量,进而提高植株的代谢强度。

从表1可以看出,盐胁迫降低了草莓根系和叶片的ZT /ABA 比值并且随着盐胁迫时间的延长,ZT /ABA 比值均呈下降趋势。

在盐胁迫3d,Ca(NO 3)2处理的ZT/ABA
比值显著高于对照和其
图3 硝酸钙对盐胁迫下草莓叶片内源激素的影响
F ig.3 Ef fect o f ca lcium nitric acid on endo genous ho rmone in straw berr y leaf under salt stress
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3期 李青云,等:盐胁迫下外源钙对草莓内源激素含量的影响
它处理,盐胁迫6和9d,尽管Ca (NO 3)2处理的ZT/ABA 比值也高于对照和其它处理,但差异不显著。

根系的ZT/ABA 比值除W7+Ca(N O 3)2处理持续下降以外,其余处理均表现为先下降后上升。

除了在盐胁迫6和9d 时Ca (NO 3)2处理根系的ZT /ABA 比值低于叶片以外,盐胁迫期间各处理根系的ZT/ABA
比值均大于叶片。

图4 硝酸钙对盐胁迫下草莓根系内源激素的影响
Fig.4 Effect of differ ent calcium nitr ic acid on endog eno us hor mone in str awber ry roo t under salt str ess 表1 硝酸钙对盐胁迫草莓ZT/ABA 的影响T able 1 Effect o f calcium nitric acid on ZT /A BA
in st raw ber ry under salt str ess
处理T reat ment
天数Days/d 叶片L eaf 根系Ro ot NaCl (CK)
00.447ab 3.200b 3
0.067ef 0.375d 60.019f 0.180d 90.014f 0.204d Na Cl+Ca(NO 3)2
00.514a 5.188a 3
0.328c 0.078e 60.105e 0.080e 90.027ef 0.136d NaCl+T FP+Ca(NO 3)2
0.382b 2.937c 30.200d 0.398d 60.032ef 0.095e 90.017ef 0.118de NaCl+W7+Ca(N O 3)2
00.401b 2.941c 3
0.028ef 0.276d 60.023e 0.205d 9
0.011f
0.087e
表2 硝酸钙对盐胁迫草莓盐害指数的影响T able 2 Effect o f calcium nitr ic acid o n salt damage index in str aw berr y under salt stress
处理T reatment
盐害指数
Salt damag e index/%
NaCl (CK)17.5NaCl+Ca(NO 3)2
6.7NaCl+TFP+Ca(NO 3)220.0NaCl+W7+Ca(NO 3)2
22.2
2.4 硝酸钙对盐胁迫草莓生长的影响
盐害指数可直观反映植株受到的盐损伤程度,从表2可以看出,各处理盐害指数存在较大差异。

Ca(NO 3)2处理最低,对照、W7+Ca(NO 3)2和TFP +Ca(NO 3)2处理的盐害指数较高。

表明Ca(NO 3)2处理可有效减轻NaCl 危害。

3 讨 论
前人的研究证实,钙和钙调素拮抗剂参与调节了多种作物盐胁迫及渗透胁迫的生理活动。

在渗透胁迫下,外源钙抑制了小麦幼苗根系ABA 的合
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西 北 植 物 学 报 28卷
成[6]。

在培养基上添加5mm ol !L -1Ca 2+
不仅在一定程度上缓解盐分对玉米愈伤组织生长的抑制作用,还明显促进游离脯氨酸的积累[7]。

Ca 2+减轻盐对生长的抑制作用在大豆[8]
、小麦[9]
和水稻[10]
等作物上也得到了证实。

外源Ca 2+能减轻盐胁迫对小麦[11]、干旱胁迫对黄瓜[12]的膜脂过氧化作用。

本试验用100m mol !L
-1
N aCl 对草莓进行盐胁迫时发
现,增加植株的Ca(N O 3)2供应可减轻盐胁迫对草
莓生长的抑制,具体表现为减轻NaCl 对叶片的膜伤害,提高细胞膜稳定性,提高植株体内的ZT /ABA 比值,使其对盐胁迫的适应性增强,植株的盐害指数降低。

由于钙对草莓膜透性、脯氨酸含量及激素含量的调控作用可被钙调素拮抗剂T FP 和W7所消弱,表明Ca 2+
参与调节了草莓盐胁迫的适应性生理反应。

其可能的作用机理如下:用CaM 拮抗剂W7和TFP 处理草莓后,CaM 与TFP 和W7结合而不再与底物靶酶结合,导致Ca 2+!CaM 信使系统的功能发生障碍,阻碍了草莓对外界刺激引发的生理反应,由此进一步证实Ca 2+在草莓等植物的耐盐性调控中发挥重要作用。

本试验还发现,同TFP 相比,CaM 拮抗剂W7对草莓的生理活性抑制作用较强,表明W7与CaM 的亲合力较大,阻止钙信号传导的作用较强。

在内源激素中,ABA 和ZT/ABA 值被认为与逆境胁迫关系最为密切,研究表明,植物处于盐分等胁迫环境中所进行的各种调节往往伴随着组织中ABA 浓度的大幅度升高[13],不同抗盐性植物ABA 的含量变化范围存在很大差异,在同等盐浓度条件下,抗盐性强的植物ABA 含量较稳定。

增加外源ABA 可增加胡杨[14]植株的耐盐性。

研究认为,在外源ABA 提高植物抗逆性的过程中,ABA 作为根冠通讯的化学信号通过诱导一系列物理、化学和生物化学反应来发挥作用。

本试验中,在NaCl 胁迫下草莓根系和叶片
ABA 含量增加,IAA 、GA 和ZT 含量减少,ZT/ABA 值变小,Ca(NO 3)2处理可显著降低盐胁迫草莓的ABA 含量,增加IAA 、GA 和ZT 含量,提高ZT /ABA 值。

在缺钙及钙调素抑制剂T FP 处理中,草莓内源激素含量的变化趋势与加钙处理相反,说明ABA 、IAA 、GA 和ZT 参与草莓盐胁迫的适应性生理反应,内源激素含量在盐胁迫条件下的变化受钙信号调节。

关于内源激素与Ca 2+的关系,已有研究表明,第二信使参与了A BA 对若干生理过程的调控,ABA 在调节气孔关闭、诱导钙依赖蛋白激酶(calci um dependent protein kinase,CDPK)的产生及其对某些酶和基因的调控都依赖于Ca
2+[15]。

据Gil
roy [16]
报道,在大麦糊粉层细胞中,ABA 引起的信
号传递途径有Ca 2+/CaM 依赖型和Ca 2+/CaM 不依赖型。

史吉平等[17]、郭秀林[6]等发现Ca 2+浸种可以抑制水分胁迫下玉米ABA 含量的增加和渗透胁迫下小麦幼苗根系ABA 含量的增加,而TFP 处理则促进小麦幼苗体内ABA 含量的增加,该研究表明渗透胁迫下根中ABA 的初始合成和传递与钙信号有关。

本研究结果发现,盐胁迫的草莓叶片中ABA 含量比根系高,而且叶片中加钙处理与其它处理间的差异比根系大得多,表明钙信号也参与了盐胁迫下草莓ABA 的合成与传递,并初步推断在草莓缓解盐胁迫的调节过程中,ABA 引起的信号传递途径可能属于Ca 2+/CaM 依赖型。

本研究还发现在盐胁迫过程中,IAA 、GA 和ZT 含量逐渐降低,这一趋势与刘桂丰[18]
在杨树盐胁迫试验中的结论相一致,但与史吉平[17]的结果相反,在对胡杨的研究中已发现干旱和盐逆境适应机制存在差异
[13]。

草莓及其它植物的耐盐机理与耐
旱机理是否相同,还有待进一步验证。

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