Ca2+-CaM系統(tǒng)對野生苦菜耐鹽抗氧化系統(tǒng)的調(diào)控

陳貴華，石嶺

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，呼和浩特，010019）

Ca2+-CaM系統(tǒng)對野生苦菜耐鹽抗氧化系統(tǒng)的調(diào)控

陳貴華，石嶺

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，呼和浩特，010019）

用兩種從不同位點(diǎn)阻斷Ca2+信號途徑的抑制劑，即Ca2+螯合劑EGTA（乙二醇雙四乙酸）（5 mmol/L）和CaM拮抗劑W7（N-氨乙基-5-氯-1-磺胺酰萘）（0.3 mmol/L），分別處理鹽脅迫（0.5 mmol/L）下的野生苦菜幼苗，測定其抗氧化系統(tǒng)中酶的活性，H2O2、Pro和可溶性蛋白的含量。結(jié)果表明，EGTA（5 mmol/L）、W7（0.3 mmol/L）可降低超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）的活性，提高H2O2的含量，降低Pro和可溶性蛋白的含量，說明Ca2+-CaM系統(tǒng)與野生苦菜耐鹽性密切相關(guān)。

Ca2+-CaM；野生苦菜；耐鹽性；生理特性

Ca2+是一種廣泛的細(xì)胞內(nèi)信號分子[1，2]，在逆境條件下，胞內(nèi)Ca2+濃度升高，結(jié)合并激活CaM，形成鈣信號系統(tǒng)（Ca2+-CaM），調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)，調(diào)控相應(yīng)的生理生化變化[3]。許多研究已證實(shí)，以Ca2+-CaM為核心的鈣信使系統(tǒng)在植物對逆境脅迫的信號感受與逆境適應(yīng)中起中心作用[4~6]?？嗖耍⊿onchus ol-eraceusL.）為菊科苦苣屬多年生草本植物，主要分布于我國西北、華北和東北等地?？嗖撕写罅康木S生素、胡蘿卜素、甘露醇和膽堿等營養(yǎng)成分，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值和保健作用[7]。土壤鹽漬化是世界范圍內(nèi)影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要非生物逆境之一。近年來，鹽堿地和次生鹽漬化土壤的面積逐年增加，嚴(yán)重制約我國農(nóng)作物的生產(chǎn)。前期研究表明，野生苦菜具有較強(qiáng)的耐鹽性[8]，但其耐鹽機(jī)制尚不清楚。本研究以內(nèi)蒙古地區(qū)野生苦菜為試驗(yàn)材料，研究鹽脅迫下，Ca2+-CaM系統(tǒng)對其抗氧化系統(tǒng)的調(diào)控作用，以期揭示野生苦菜耐鹽機(jī)理，為改良鹽漬化土壤提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)場溫室內(nèi)進(jìn)行，采用盆栽法。野生苦菜種子播于0.5%的鹽土中，在其苗齡30、40、50和60 d時(shí)，取不同苗齡的野生苦菜葉柄基部分別置于Ca2+螯合劑EGTA（5 mmol/L）、CaM拮抗劑W7（0.3 mmol/L）溶液中光照吸收3 h，后取其葉片測定酶活和其他指標(biāo)，以未處理的為對照（CK）。

SOD活性測定參照Dhindsa等[9]的方法；POD和CAT活性、H2O2含量和游離脯氨酸（Pro）含量測定參照張志良[10]的方法；可溶性蛋白質(zhì)含量的測定參照王學(xué)奎[11]文中的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 Ca2+、CaM抑制劑對野生苦菜抗氧化酶的影響

我們已研究證明，在鹽脅迫下，野生苦菜抗氧化酶活性升高。經(jīng)抑制劑W7和EGTA處理后，野生苦菜SOD、POD和CAT酶活性均下降，但降低的幅度明顯不同（圖1~3）。經(jīng)方差分析表明，野生苦菜未處理的SOD、POD和CAT活性均顯著高于抑制劑處理后的，且以W7的抑制作用較為明顯。結(jié)果表明，Ca2+-CaM系統(tǒng)可通過調(diào)控抗氧化酶的活性來提高野生苦菜耐鹽能力。

圖1 鈣、鈣調(diào)素抑制劑對鹽脅迫下野生苦菜SOD活性的影響

圖2 鈣、鈣調(diào)素抑制劑對鹽脅迫下野生苦菜POD活性的影響

2.2 Ca2+、CaM抑制劑對野生苦菜H2O2含量的影響越來越多的研究表明，H2O2在植物體內(nèi)作為第二信使發(fā)揮功能[17]。從圖4可見，經(jīng)抑制劑處理的野生苦菜H2O2含量有一定的升高。圖3顯示，CAT活性下降，但圖4結(jié)果H2O2含量升高幅度不大，因此說明抑制劑可能抑制了Ca2+-CaM系統(tǒng)，同時(shí)也降低了H2O2的生成，說明H2O2可作為野生苦菜耐鹽堿的一個(gè)信號分子。

2.3 Ca2+、CaM抑制劑對野生苦菜Pro含量的影響

經(jīng)抑制劑W7和EGTA處理后，野生苦菜Pro含量下降，經(jīng)方差分析與CK差異顯著（圖5）。野生苦菜通過產(chǎn)生大量的游離脯氨酸調(diào)節(jié)體內(nèi)滲透壓，降低細(xì)胞水勢，提高苦菜的耐鹽性，可見Ca2+-CaM系統(tǒng)與野生苦菜耐鹽性密切相關(guān)。

2.4 Ca2+、CaM抑制劑對野生苦菜可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

圖3 鈣、鈣調(diào)素抑制劑對鹽脅迫下野生苦菜CAT活性的影響

圖4 鈣、鈣調(diào)素抑制劑對鹽脅迫下野生苦菜H2O2含量的影響

圖5 鈣、鈣調(diào)素抑制劑對鹽脅迫下野生苦菜游離脯氨酸含量的影響

圖6 鈣、鈣調(diào)素抑制劑對鹽脅迫下野生苦菜可溶性蛋白含量的影響

植物可溶性蛋白質(zhì)大多數(shù)是參與各種代謝的酶類，是反應(yīng)植物總代謝強(qiáng)度的重要指標(biāo)之一。圖6表明，經(jīng)抑制劑處理后，野生苦菜可溶性蛋白質(zhì)含量明顯下降。經(jīng)方差分析表明，經(jīng)抑制劑處理后野生苦菜可溶性蛋白質(zhì)含量與CK差異顯著，說明Ca2+-CaM系統(tǒng)可通過調(diào)控野生苦菜可溶性蛋白質(zhì)含量，增強(qiáng)代謝，提高其對鹽堿脅迫的耐性。

3 小結(jié)

細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，主要是研究細(xì)胞感受轉(zhuǎn)導(dǎo)環(huán)境刺激的分子途徑及其調(diào)控的基因表達(dá)和生理反應(yīng)。Ca2+信號通路是植物中已經(jīng)確認(rèn)的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，CaM是目前已知胞內(nèi)Ca2+信號受體中較重要的一種。在逆境下，胞內(nèi)Ca2+濃度升高，結(jié)合并激活CaM，形成鈣信號系統(tǒng)（Ca2+-CaM），調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)，推動相應(yīng)的生理生化變化[12]。

本試驗(yàn)中，經(jīng)Ca2+和CaM抑制劑的處理發(fā)現(xiàn)，Ca2+和CaM對鹽脅迫下野生苦菜的作用表現(xiàn)一致，通過Ca2+-CaM系統(tǒng)調(diào)控野生苦菜抗氧化系統(tǒng)，調(diào)控游離脯氨酸和可溶性蛋白質(zhì)的含量，提高代謝，增強(qiáng)野生苦菜耐鹽堿能力。說明鹽脅迫引起的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)既可通過Ca2+本身，也可通過其受體CaM的變化來實(shí)現(xiàn)。

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[10]張志良.植物生理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：北京高等教育出版社，2000.

[11]王學(xué)奎.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000：190-192.

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Regulation of Ca2+-CaM on Antioxidant System of Salt Tolerance inSonchus oleraceusL.

CHEN Guihua,SHI Ling(Agricultural College,Inner Mogolia Agriculture University,Huhhot 010019)

The seedling ofSonchus oleraceusL.were treated by two inhibitors(EGTA and W7)under salt stress condition (0.5 mmol/L),and the enzyme activity,the contents of H2O2,Pro and soluble protein of the antioxidant system were determined.The results showed that,after treating by EGTA (0.5 mmol/L)and W7 (0.3 mmol/L),the SOD activity,POD activity,CAT activity and the contents of Pro and soluble protein decreased,with the H2O2content increased,indicating a close relationship between Ca2+-CaM system and the salt tolerance ofS.oleranceusL.

Ca2+-CaM;Sonchus oleraceusL.;Salt tolerance;Physiological characteristics

10.3865/j.issn.1001-3547.2012.06.014

博士啟動基金（BJ09-13）

陳貴華（1973-），博士，講師，主要從事植物抗逆生理研究，電話：18247196960，E-mail：guihuachen2008@yahoo.com.cn

石嶺，通信作者，E-mail：llingshi@hotmail.com

2011-11-25