水澇脅迫下海濱錦葵幼苗根尖細(xì)胞內(nèi)Ca2+分布與變化1)

周建　　　　　　欽佩

(河南科技學(xué)院，新鄉(xiāng)，453003)　　　　　(南京大學(xué))

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水澇脅迫下海濱錦葵幼苗根尖細(xì)胞內(nèi)Ca2+分布與變化1)

周建欽佩

(河南科技學(xué)院，新鄉(xiāng)，453003)(南京大學(xué))

摘要采用醋酸雙氧鈾染色與透射電鏡技術(shù)，以海濱錦葵為試驗(yàn)材料，連續(xù)觀測(cè)水澇脅迫下及澇后恢復(fù)期間海濱錦葵根尖細(xì)胞內(nèi)Ca(2+)的分布與變化特性。結(jié)果顯示：隨著水澇時(shí)間延長(zhǎng)，海濱錦葵根尖細(xì)胞間隙與細(xì)胞核、液泡中鈣離子沉積密度逐步降低，質(zhì)體外膜上存在Ca(2+)分布，但低于對(duì)照組，而Ca(2+)向細(xì)胞質(zhì)移動(dòng)，在局部區(qū)域聚集，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)鈣離子增加。水澇去除20 d后，細(xì)胞壁中出現(xiàn)鈣離子沉積，細(xì)胞間隙、質(zhì)體外膜上與液泡中所分布鈣離子增加，細(xì)胞質(zhì)所聚集的Ca(2+)逐步分散，基本不存在Ca(2+)沉積。研究認(rèn)為，水澇脅迫下，海濱錦葵根尖細(xì)胞內(nèi)Ca(2+)濃度迅速上升；澇后恢復(fù)期間，Ca(2+)濃度逐漸下降，起著外界信號(hào)傳遞的作用。

關(guān)鍵詞水澇脅迫；海濱錦葵；根尖細(xì)胞；Ca(2+)；離子分布

分類號(hào)Q945.78

Distribution and Variation of Ca2+in Root Apical Cells ofKosteletzkyavirginica(L.) Seedlings under Waterlogging

Zhou Jian

(Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang 453003, P. R. China); Qin Pei(Nanjing University)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(3)：61-67.

WithKosteletzkyavirginica(L.), we observed its distribution and variation of Ca2+in root apical cells continuously by transmission electron microscope combined with uranyl acetate staining method in and after waterlogging stress. During waterlogging, Ca2+of root apical cells mainly distributed within intercellular spaces, nuclei and vacuoles, but the density of Ca2+reduced gradually. Additionally, there were calcium ions located on outer membranes of plastids, but its density was lower than that in control within this stress. However, Ca2+showed a trend to move into cytoplasm, and accumulated to in some areas. On the 20 th day after drainage of waterlogging, the amassed calcium ions released, and almost no Ca2+distributed in cytoplasm. However, with the release of cytoplasm Ca2+, the densities of calcium ions were increased in intercellular space, vacuoles and outer membrane of plastid, a great deal of Ca2+located with cell walls in recovery period. After 20 days of recovery, the distribution of Ca2+in waterlogged plants was similar to that in control ones. The density of Ca2+in root apical cell was increased quickly in waterlogging and subsequently decreased in restoration, and Ca2+not only affected cell function, but also acted as a means to transmit outside information inK.virginicaplants.

KeywordsWaterlogging stress; Kosteletzkya virginica (L.); Root apical cell; Ca(2+); Ion distribution

植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中經(jīng)常遭受一系列的環(huán)境脅迫，包括生物脅迫與非生物脅迫。在相關(guān)植物脅迫研究中，其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。生物脅迫主要包括有細(xì)菌、真菌、病毒及由此產(chǎn)生的病害。非生物脅迫則主要包括干旱、水澇、鹽堿、高溫、低溫凍害等[1]。植物為了適應(yīng)各種環(huán)境脅迫，最大限度地減少逆境對(duì)自身的傷害，在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，形成了一系列復(fù)雜的逆境信號(hào)傳遞機(jī)制。

鈣離子是植物重要的第二信使，保持鈣的恒穩(wěn)態(tài)是細(xì)胞正常生長(zhǎng)發(fā)育的前提，由此而誘發(fā)以后一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的下游事態(tài)[2]。來(lái)自細(xì)胞外或細(xì)胞內(nèi)的各種刺激，則可引起細(xì)胞內(nèi)游離鈣濃度的瞬時(shí)變化，產(chǎn)生鈣信號(hào)，而后再通過(guò)不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，直接或間接地調(diào)節(jié)細(xì)胞生理和生化過(guò)程?，F(xiàn)在有關(guān)脅迫下Ca2+信號(hào)分布特性的研究主要集中于農(nóng)作物與蔬菜，如小麥[3-4]、水稻[5]、花生[6-7]、玉米[8]、甘藍(lán)[9]、甘蔗[10]、黃瓜[11-12]和辣椒[13]等，大多數(shù)為極端溫度脅迫[6-7，11，13-17]。

海濱錦葵(Kosteletzkyavirginica(L.) Presl.)為錦葵科(Malvaceae)海濱錦葵屬，多年生草本，主要分布在北美洲的亞熱帶、溫帶和寒溫帶的含鹽沼澤地帶，可用于開發(fā)生物柴油、飼料、藥物或美化環(huán)境。1992年，海濱錦葵作為開發(fā)沿海灘頭的候選物種之一，由南京大學(xué)的欽佩[18]從美國(guó)特拉華大學(xué)引入到中國(guó)。在引種過(guò)程中，海濱錦葵曾被澇害40d左右而存活，同時(shí)受害的絕大部分植物，包括檉柳死亡。

文中以海濱錦葵為試驗(yàn)材料，研究在水澇脅迫下，海濱錦葵根尖細(xì)胞Ca2+具體的分布與變化規(guī)律，以及水澇脅迫去除后，Ca2+在恢復(fù)期過(guò)程中有無(wú)特異的變化特征。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)用種子與栽培土壤均來(lái)自于海濱錦葵蘇北引種地—金海農(nóng)場(chǎng)。經(jīng)過(guò)挑選的飽滿種子在質(zhì)量分?jǐn)?shù)95% H2SO4中侵蝕30 min，這樣可以侵蝕掉海濱錦葵種子的堅(jiān)硬種皮，便于種子吸水，促進(jìn)種子萌芽。侵蝕后的種子在清水中漂洗干凈，然后在水中浸泡24 h。選擇露白的種子播種在單個(gè)塑料杯(8 cm寬,8 cm深)中，播種基質(zhì)為鹽土，每杯中5粒種子。種子出苗后，選擇2棵壯苗定苗，去除其他萌發(fā)苗，然后，每7 d用1/4 Hogland營(yíng)養(yǎng)液澆灌1次，2次施肥中間補(bǔ)水1次。出苗2月后，對(duì)所有幼苗進(jìn)行選擇，則取長(zhǎng)勢(shì)比較一致的作為試驗(yàn)材料，移到白色的盒子(長(zhǎng)×寬×高=36 cm×26.5 cm×12 cm)中，每盒12杯。

在本次試驗(yàn)中共采用6大盒、60杯海濱錦葵幼苗。其中3大盒幼苗作為試驗(yàn)處理材料，另外3盒則作為對(duì)照，為3次重復(fù)。在試驗(yàn)開始時(shí)，塑料盒灌滿水，進(jìn)行水澇處理，水面沒(méi)過(guò)土壤表面大約5 cm。在水澇處理1、10、20、30 d及澇后恢復(fù)10、20 d(即試驗(yàn)開始第40、50 d)時(shí)，取出栽培缽，用剪刀剪去塑料杯。然后，將帶土幼苗放到水龍頭下沖刷，既可以去除泥土，洗凈根系，又不傷害根系。然后，快速取主根根尖，開始切片制作。

1.2試驗(yàn)切片的制作與觀察

采用Slocum et al.[19]方法制定切片,并稍加修改。

取材：將取出的根系洗凈，用厚紗布去除根系表面的水分，取根尖區(qū)域，用雙刃刀片把根段切成2 mm×3 mm大小的組織薄塊。

初固定：將切好的組織塊迅速投入固定液中(2%多聚甲醛、1.7%焦銻酸鉀、2.5%戊二醛，用0.1 mol·L-1pH值7.6的磷酸氫二鉀緩沖液配制)，在完全黑暗環(huán)境下，室溫固定7 h。

洗滌：用含2%焦銻酸鉀的磷酸氫二鉀緩沖液(pH值7.6)洗滌3次,每次約30 min。

后固定:將洗滌過(guò)的材料轉(zhuǎn)移至用含2%焦銻酸鉀的緩沖液(pH值7.6)配制的1%鋨酸中,冰箱內(nèi)4 ℃固定過(guò)夜。

洗滌：用0.1 mol·L-1磷酸緩沖液清洗樣品，洗滌2次，每次約30 min。分別用30%、50%、70%與90%的丙酮脫水1次，最后用100%丙酮脫水2次，每次15 min。脫水后的樣品在(V(丙酮)∶V(Epon812)=1∶1、V(丙酮)∶V(Epon812)=1∶2混合物中滲透30 min，然后在純Epon812中包埋2 h。包埋塊在烘箱中30、40 ℃各聚合1 d，最后在60 ℃環(huán)境中聚合3 d。然后，對(duì)包埋塊進(jìn)行修塊，利用LKB-Ⅴ型超薄切片機(jī)(LKB公司,瑞典)切片,切片經(jīng)0.5%的醋酸雙氧鈾染色,在HITACHI H-600透射電子顯微鏡(日立公司,日本)下觀察照相。

1.3對(duì)照切片的處理

將在電鏡下已確定有焦銻酸鈣沉淀的定位切片漂浮在0.1 mol·L-1EGTA(pH值8.0)溶液中,60 ℃處理0.5～1 h,使EGTA與Ca2+螯合,脫去原沉淀中的Ca2+,再置于電鏡下觀察照相。

2結(jié)果與分析

2.1水澇初期根尖細(xì)胞中鈣離子分布特征

經(jīng)焦銻酸鉀反應(yīng)后,植物細(xì)胞中的Ca2+形成焦銻酸鈣沉淀,在透射電鏡下表現(xiàn)為電子不透明的黑色顆粒。在本試驗(yàn)中，對(duì)照植株根細(xì)胞的細(xì)胞膜、質(zhì)體外膜、細(xì)胞間隙中存在Ca2+分布(圖1)。此外，在細(xì)胞壁、液泡、細(xì)胞核中也是Ca2+重要分布區(qū)域，其中，核仁與核膜也有鈣離子沉積(圖1)。經(jīng)過(guò)1 d的水澇處理，海濱錦葵根尖細(xì)胞內(nèi)Ca2+分布規(guī)律發(fā)生了一定變化，其細(xì)胞膜、細(xì)胞間隙、液泡中依然是鈣離子重要分布區(qū)域，但質(zhì)體外膜中的Ca2+濃度降低，明顯低于對(duì)照，有的甚至沒(méi)有鈣離子分布；在少數(shù)細(xì)胞質(zhì)中開始存在Ca2+分布，表現(xiàn)出鈣離子向細(xì)胞質(zhì)運(yùn)行的趨勢(shì)；細(xì)胞壁中Ca2+變化不大，是重要分布區(qū)域；在細(xì)胞核中，鈣離子密度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，比較密集，但聚集的大顆粒低于對(duì)照，表現(xiàn)出向核外擴(kuò)散的趨勢(shì)(圖1)。

從圖2可以看出，在水澇10 d的處理中，對(duì)照植株根細(xì)胞的細(xì)胞膜、質(zhì)體外膜、小液泡膜上存在Ca2+分布，而在細(xì)胞壁中鈣離子沉積量很少。此外，在細(xì)胞膜染色質(zhì)及細(xì)胞間隙中存在大量鈣離子沉淀，但在核仁中基本不存在Ca2+。而在對(duì)照植株中，部分根尖細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象(短箭頭所指)，其細(xì)胞壁、細(xì)胞膜及質(zhì)體外膜均有Ca2+分布。根尖細(xì)胞間隙依然是鈣離子重要庫(kù)存，且在少數(shù)細(xì)胞質(zhì)中有Ca2+沉積分布，表現(xiàn)為鈣離子向細(xì)胞質(zhì)運(yùn)行聚集的趨勢(shì)。在細(xì)胞核與液泡中，基本上不存在Ca2+沉積，明顯體現(xiàn)出了原有鈣離子向外擴(kuò)散的規(guī)律。

2.2水澇中期根尖細(xì)胞中鈣離子分布特征

從圖3可以看出，在水澇20 d的處理中，對(duì)照植株根細(xì)胞Ca2+主要分布在細(xì)胞膜、質(zhì)體外膜，少量分布在細(xì)胞質(zhì)中，而在細(xì)胞壁等其他部位不見鈣離子沉積。而在對(duì)照植株中，根尖細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象(短箭頭所指)，其中Ca2+主要分布在細(xì)胞膜與細(xì)胞間隙中。根尖液泡依然是鈣離子庫(kù)存地，存在Ca2+分布。對(duì)于細(xì)胞壁與質(zhì)體外膜而言，其鈣離子濃度極其低，基本上不存在Ca2+沉積。此外，在處理植株細(xì)胞中，細(xì)胞核基本不存在鈣離子分布。

A．對(duì)照植株根尖細(xì)胞的鈣離子分布(Bar=3.3 μm)；B．對(duì)照組細(xì)胞壁與液泡中Ca2+分布(Bar=0.5 μm)；C．對(duì)照植株中，根尖細(xì)胞核中Ca2+分布(Bar=1.67 μm)；D．水澇植株根尖細(xì)胞的鈣離子分布(Bar=3.3 μm)；E．水澇植株中，細(xì)胞壁與細(xì)胞膜的鈣離子分布(Bar=0.5 μm)；F．處理植株，細(xì)胞核與質(zhì)體外膜的鈣離子分布(Bar=1.67 μm)；CM.細(xì)胞膜；CW.細(xì)胞壁；CP.細(xì)胞質(zhì)；IS.細(xì)胞間隙；P.質(zhì)體；PM.質(zhì)體外膜；V.液泡；N.細(xì)胞核；NU.核仁；NM.核膜。

圖1水澇1 d條件下，對(duì)照組與處理組間根尖細(xì)胞中Ca2+分布特征比較

A.對(duì)照植株根尖細(xì)胞的鈣離子分布(Bar=2.0 μm)；B.對(duì)照組細(xì)胞核中Ca2+分布(Bar=1.67 μm)；C.對(duì)照植株中，根尖細(xì)胞間隙及細(xì)胞膜中Ca2+分布(Bar=3.3 μm)；D.水澇植株根尖細(xì)胞膜與細(xì)胞壁的鈣離子分布(Bar=0.5 μm)；E.水澇植株中，細(xì)胞間隙與細(xì)胞核的Ca2+分布特征(Bar=1.67 μm)；F.處理植株中，細(xì)胞核與質(zhì)體外膜的鈣離子分布(Bar=3.3 μm);CM.細(xì)胞膜；CW.細(xì)胞壁；CP.細(xì)胞質(zhì)；IS.細(xì)胞間隙；P.質(zhì)體；PM.質(zhì)體外膜；V.液泡；N.細(xì)胞核；NU.核仁。

圖2水澇10 d條件下，對(duì)照組與處理組間根尖細(xì)胞中Ca2+分布特征比較

2.3水澇后期根尖細(xì)胞中鈣離子分布特征

由圖4可以看出，在水澇時(shí)間達(dá)到30 d時(shí)，對(duì)照植株根細(xì)胞的細(xì)胞膜、質(zhì)體外膜、細(xì)胞間隙及液泡中存在Ca2+分布，而在細(xì)胞壁等其他部位中鈣離子沉積量基本不存在。在處理細(xì)胞中，部分細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離(短箭頭所指)。與對(duì)照組比較相似，處理根尖細(xì)胞Ca2+主要分布在細(xì)胞膜、細(xì)胞間隙。然而，在質(zhì)體外膜與液泡中分布著少量鈣離子，且在少數(shù)細(xì)胞質(zhì)中有Ca2+沉積分布，表現(xiàn)為鈣離子向細(xì)胞質(zhì)運(yùn)行聚集的趨勢(shì)。在細(xì)胞壁中基本上不存在Ca2+沉積，明顯體現(xiàn)出了原有鈣離子向細(xì)胞質(zhì)擴(kuò)散。

A.對(duì)照植株根尖細(xì)胞的鈣離子分布(Bar=2.0 μm)；B.對(duì)照組根尖細(xì)胞中Ca2+分布(Bar=3.3 μm)；C.水澇植株中，液泡中Ca2+分布特征(Bar=0.59 μm)；D.處理植株中，細(xì)胞核、細(xì)胞壁的鈣離子分布(Bar=0.59 μm);CM.細(xì)胞膜；CW.細(xì)胞壁；CP.細(xì)胞質(zhì)；IS.細(xì)胞間隙；P.質(zhì)體；PM.質(zhì)體外膜；V.液泡；N.細(xì)胞核。

圖3水澇20 d條件下，對(duì)照組與處理組間根尖細(xì)胞中Ca2+分布特征比較

A.對(duì)照植株根尖細(xì)胞的鈣離子分布(Bar=2 μm)；B.對(duì)照組細(xì)胞間隙中分布的Ca2+(Bar=3.33 μm)；C.對(duì)照植株中，根尖細(xì)胞液泡中Ca2+分布(Bar=0.5 μm)；D.水澇植株根尖細(xì)胞的鈣離子分布(Bar=2.5 μm)；E.水澇植株中，細(xì)胞膜、質(zhì)體外膜與液泡的Ca2+分布特征(Bar=2.5 μm)；F.處理植株中，細(xì)胞核與質(zhì)體外膜的鈣離子分布(Bar=1.25 μm);CM.細(xì)胞膜；CW.細(xì)胞壁；CP.細(xì)胞質(zhì)；IS.細(xì)胞間隙；P.質(zhì)體；PM.質(zhì)體外膜；V.液泡。

圖4水澇30 d條件下，對(duì)照組與處理組間根尖細(xì)胞中Ca2+分布特征比較

2.4恢復(fù)期間根尖細(xì)胞中鈣離子分布特征

由圖5可以看出，在水澇去除恢復(fù)10 d時(shí)，對(duì)照植株根細(xì)胞Ca2+主要分布在細(xì)胞膜、質(zhì)體外膜、細(xì)胞間隙及少量細(xì)胞質(zhì)中。此外，細(xì)胞壁上分布鈣離子，但濃度相對(duì)較低，而其他部位不見鈣離子沉積。在對(duì)照植株中，根尖細(xì)胞尚未完全恢復(fù)，有質(zhì)壁分離現(xiàn)象發(fā)生(短箭頭所指)，其中Ca2+主要分布在細(xì)胞膜與細(xì)胞間隙中。在根尖液泡中，少量鈣離子發(fā)生沉積。在少部分細(xì)胞壁上有鈣離子沉積，但量少并且移向細(xì)胞壁邊緣，多數(shù)細(xì)胞壁無(wú)鈣離子沉積。此外，質(zhì)體外膜上Ca2+濃度極其低，基本不存在沉積現(xiàn)象。

A、B.對(duì)照植株根尖細(xì)胞的鈣離子分布(Bar=1.25 μm)；C.對(duì)照植株中，根尖細(xì)胞間隙中Ca2+分布(Bar=0.67 μm)；D.水澇植株根尖細(xì)胞的鈣離子分布(Bar=2.5 μm)；E.水澇植株中，根尖液泡的Ca2+分布特征(Bar=2.0 μm)；F.處理植株中，細(xì)胞核與質(zhì)體外膜的鈣離子分布(Bar=0.83 μm);CM.細(xì)胞膜；CW.細(xì)胞壁；CP.細(xì)胞質(zhì)；IS.細(xì)胞間隙；P.質(zhì)體；PM.質(zhì)體外膜；V.液泡。

圖5在澇后恢復(fù)10 d條件下，對(duì)照組與處理組間根尖細(xì)胞中Ca2+分布特征比較

由圖6可以看出，當(dāng)恢復(fù)時(shí)間達(dá)到20 d時(shí)，對(duì)照植株根細(xì)胞的細(xì)胞膜、質(zhì)體外膜、少數(shù)細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞間隙中存在Ca2+分布，其濃度較高；細(xì)胞壁與液泡中也含有鈣離子，但其濃度比較低；其他部位中鈣離子沉積量基本不存在。而在對(duì)照植株中，根尖細(xì)胞基本不存在質(zhì)壁分離。與對(duì)照組比較相似，處理根尖細(xì)胞Ca2+主要分布在細(xì)胞膜、細(xì)胞間隙與質(zhì)體外膜。此外，在細(xì)胞壁與液泡中分布著鈣離子，但濃度相對(duì)較低。在水澇30 d及澇后恢復(fù)10 d時(shí)，細(xì)胞壁上基本不存在Ca2+沉積，而經(jīng)過(guò)20 d恢復(fù)后，細(xì)胞壁上鈣離子存在一定沉積量，這體現(xiàn)出鈣離子在恢復(fù)期間由細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞壁擴(kuò)散，可能重入細(xì)胞間隙鈣庫(kù)。

2.5細(xì)胞內(nèi)黑色鈣沉淀的真實(shí)性

經(jīng)EGTA處理后，原先Ca2+分布的黑色沉淀區(qū)域表現(xiàn)出與原來(lái)沉淀物形狀相同的電子透明區(qū)(圖5A)，表明定位真實(shí)地反映了Ca2+的分布(圖7)。

3結(jié)論與討論

在外界脅迫下，Ca2+在植物細(xì)胞內(nèi)傳遞胞間信號(hào)，誘導(dǎo)植株做出應(yīng)急反應(yīng)[2]，調(diào)控植株的生長(zhǎng)與發(fā)育[20]，但不直接作用植物的抗逆能力[16]。一般認(rèn)為，液泡是高等植物細(xì)胞的主要Ca2+庫(kù)，細(xì)胞外間隙也存在大量的Ca2+[21]。也有研究表明,植物細(xì)胞中Ca2+主要分布于液泡和細(xì)胞壁中，葉綠體中也有不少Ca2+[7，22]。而本試驗(yàn)結(jié)果顯示，正常生長(zhǎng)條件下，海濱錦葵幼苗根尖細(xì)胞的Ca2+主要分布在細(xì)胞間隙、液泡與細(xì)胞膜中,質(zhì)體外膜也存在一定量的鈣離子沉積。在水澇脅迫1 d，質(zhì)體外膜中的Ca2+濃度降低，表現(xiàn)鈣離子向細(xì)胞質(zhì)運(yùn)行的趨勢(shì)；在細(xì)胞核中，鈣離子表現(xiàn)出向核外擴(kuò)散的趨勢(shì)(圖1)。這應(yīng)該是海濱錦葵在水澇初期形成的應(yīng)急反應(yīng)，Ca2+通過(guò)細(xì)胞壁，聚集在細(xì)胞質(zhì)，傳輸外界脅迫信息，引發(fā)一系列的生理、生化反應(yīng)[23]；通過(guò)細(xì)胞核泵出鈣離子，可能是傳遞信息，調(diào)動(dòng)核基因表達(dá)而提高植株的耐澇性。但海濱錦葵細(xì)胞核中的Ca2+運(yùn)行與田景花等[13]研究的低溫脅迫中核桃的相反，可能與物種差異有一定的關(guān)系。

在不同對(duì)照中，有的細(xì)胞位置或細(xì)胞系的鈣離子分布特征有所變化，如在試驗(yàn)初期(前10 d)，細(xì)胞核中存在Ca2+沉積，然后Ca2+濃度降低，最后消失；細(xì)胞壁大部分時(shí)間存在鈣離子分布。然而在試驗(yàn)第20、30天則基本不存在Ca2+沉積。這種變化可能與對(duì)照處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)有關(guān)，整個(gè)試驗(yàn)時(shí)期達(dá)50 d，可能其中某時(shí)間內(nèi)生長(zhǎng)發(fā)育特征導(dǎo)致鈣離子分布發(fā)生變化，導(dǎo)致對(duì)照根尖細(xì)胞局部Ca2+分布特征的差異性。

A、C.對(duì)照植株根尖細(xì)胞的鈣離子分布(Bar=2.5 μm)；B.在對(duì)照組中，根尖細(xì)胞間隙中分布的Ca2+(Bar=2.5 μm)；D.水澇植株根尖細(xì)胞的鈣離子分布(Bar=2.5 μm)；E.水澇植株中，根尖細(xì)胞間隙的Ca2+分布特征(Bar=2.0 μm)；F.處理植株中，液泡鈣離子分布(Bar=1.0 μm);CM.細(xì)胞膜；CW.細(xì)胞壁；CP.細(xì)胞質(zhì)；IS.細(xì)胞間隙；P.質(zhì)體；PM.質(zhì)體外膜；V.液泡。

圖6在澇后恢復(fù)20 d條件下，對(duì)照組與處理組間根尖細(xì)胞中Ca2+分布特征比較

A-C.細(xì)胞質(zhì)膜經(jīng)EGTA處理過(guò)的對(duì)照切片，透明區(qū)域則為原有鈣離子沉積位置(短箭頭所指，Bar=1.25、1、0.83 μm)；CM.細(xì)胞膜；CP.細(xì)胞質(zhì)。

圖7根尖細(xì)胞中Ca2+沉積的真實(shí)性檢測(cè)

本試驗(yàn)結(jié)果顯示,海濱錦葵幼苗在水澇脅迫下,其根尖細(xì)胞內(nèi)Ca2+的分布變化具有一定規(guī)律性。從焦磷酸鈣的沉積效果來(lái)看，隨著水澇脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，水澇根尖細(xì)胞間隙與液泡中鈣離子沉積密度逐步降低，質(zhì)體外膜上所積累的Ca2+一般低于對(duì)照組，細(xì)胞核中所積累的鈣離子逐步減少，直至無(wú)Ca2+沉積分布，而部分細(xì)胞質(zhì)發(fā)生鈣離子聚集，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中Ca2+濃度上升，高于相應(yīng)對(duì)照組。水澇脅迫去除后，經(jīng)過(guò)20 d的恢復(fù)，細(xì)胞壁中逐步出現(xiàn)鈣離子沉積，細(xì)胞間隙Ca2+濃度上升。同時(shí)，根尖細(xì)胞的質(zhì)體外膜上與液泡中所分布鈣離子增加，細(xì)胞質(zhì)所聚集的Ca2+逐步分散，基本不存在Ca2+沉積，與相應(yīng)對(duì)照組的鈣離子分布規(guī)律較相近，表明水澇植株生理功能逐步恢復(fù)。

Bush[24]曾指出,細(xì)胞質(zhì)中的Ca2+濃度和分布在適當(dāng)范圍內(nèi)變化時(shí),會(huì)在植物對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)調(diào)節(jié)反應(yīng)中起積極的作用,但是當(dāng)其變化超出一定范圍時(shí),就會(huì)破壞和擾亂細(xì)胞正常的結(jié)構(gòu)與功能。在本試驗(yàn)中，水澇植株經(jīng)過(guò)30 d水澇，根尖細(xì)胞僅部分區(qū)域發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，而細(xì)胞壁、質(zhì)體、細(xì)胞膜外表結(jié)構(gòu)正常，沒(méi)有發(fā)生機(jī)構(gòu)損傷或降解，表明細(xì)胞中Ca2+沒(méi)有超出其臨界值，同時(shí)也顯示海濱錦葵幼苗的水澇極限應(yīng)該超過(guò)30 d。在水澇脅迫下，根尖細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平增加可能存在多種調(diào)控因素,如質(zhì)膜Ca2+通道、Ca2+泵以及Ca-K交換體系等。研究表明,在逆境脅迫下，細(xì)胞外Ca2+通過(guò)質(zhì)膜上的Ca2+通道和Ca2+泵迅速進(jìn)入細(xì)胞[25],使細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度快速提高,從而直接影響到細(xì)胞的生理代謝。

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收稿日期：2015年10月14日。

第一作者簡(jiǎn)介：周建，男，1977年8月生，河南科技學(xué)院園藝園林學(xué)院，副教授。E-mail:zj200102@163.com。

1)河南省教育廳自然科學(xué)項(xiàng)目(14B210028)、河南科技學(xué)院2014年校攀登計(jì)劃(207010714005)。

責(zé)任編輯：任俐。