全 文 ： 钙通道抑制剂对川百合花粉萌发的影响
尚忠林 , 　李建华 , 　李　冰
(河北师范大学生命科学学院 ,河北石家庄　050016)
摘　要:细胞内钙离子在花粉萌发过程中发挥重要作用 ,钙离子如何被植物花粉细胞所吸收是植物生殖
生理研究的热点问题.对一些常用的钙通道抑制剂对川百合花粉萌发和花粉管伸长生长的影响进行了研究.
结果表明 ,萌发中的花粉需要从外界吸收大量钙离子 ,电压依赖型钙通道的有机抑制剂(异搏定 、尼群地平 、地
而流卓)和 3 价无机离子(镧 、铝 、钆)可以明显抑制花粉萌发 ,电压依赖型通道很可能是细胞外钙离子进入萌
发花粉的重要途径.
关键词:川百合;花粉;钙离子通道;抑制剂
中图分类号:Q 942.5　　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-5854(2004)05-0510-04
花粉萌发和花粉管伸长是植物有性生殖过程中重要的生理反应 ,作为植物细胞内重要的第 2信使
和营养元素 ,Ca2+在花粉萌发及花粉管伸长过程中发挥关键作用[ 1] .近年来 ,人们发现体外萌发的花粉
从培养基中吸收大量钙离子 ,降低培养基中的钙离子浓度能够明显抑制花粉萌发 ,表明细胞外钙离子对
于花粉萌发和花粉管伸长生长是必需的[ 2] .细胞质膜上的 Ca2+通道作为细胞外 Ca2+进入细胞质的主
要途径 ,在花粉细胞内钙离子水平调控过程中处于重要位置 ,到目前为止 ,Ca2+通过何种通道进入细胞
内仍未确定.为探索花粉细胞对 Ca2+吸收的途径 ,笔者测定了常用的 Ca2+通道抑制剂对川百合(Lil i-
um dav iddi)花粉萌发和花粉管生长的影响 ,对川百合花粉细胞质膜 Ca2+通道的性质进行了探讨.
1　材料与方法
1.1　材　料
川百合花粉采自兰州大田 ,风干后加干燥剂-70 ℃冰箱贮存 ,使用前 72 h 转移到-20 ℃冰箱中干
燥保存.
1.2　花粉水合
取花粉 5mg ,加入 BK溶液 2 mL ,轻微振荡使花粉散开 ,浸泡 30 min ,使花粉粒充分吸水.BK 液含
有 1 mmol/L Ca(NO3)2 ,1 mmol/ L KCl , 1 mmol/L MgSO4 ,1 mmol/ L HBO3 ,0.5mol/ L 蔗糖 , pH 5.8.
1.3　萌发率测定
取低熔点琼脂糖 1 g ,加 BK液 100 mL ,加热溶解 ,做成琼脂糖溶胶.取加热溶解的琼脂糖溶胶 0.5
mL ,滴加到载玻片上 ,迅速取 0.5mL 水合后的花粉溶液 ,滴加到载玻片上 ,与热琼脂糖混合均匀 ,并在
载玻片上涂成薄层.将载玻片放在保鲜盒中的小支架上 ,底部加水 ,保鲜盒加盖后放在培养箱中 , 25 ℃
培养以使花粉萌发.每隔 1 h取出部分载玻片 ,速冻 ,使花粉萌发和花粉管生长停止.解冻后显微镜下观
察 ,统计花粉萌发率并测量花粉管长度.统计萌发率时一般每次统计 300 粒花粉 ,测量花粉管长度时统
计 30 ～ 40根花粉管.重复 3次求平均值.
1.4　药剂处理
钙离子螯合剂 EGTA用 BK溶液配制;钙通道有机抑制剂异搏定 、尼群地平 、地而流卓 ,无机抑制剂
氯化镧 、氯化铝 、氯化钆用 BK液配制成溶液.在测定萌发率时将上述溶液与水合后的花粉液混合铺片 ,
收稿日期:2004 04 21;修回日期:2004 06 04
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30370728)
作者简介:尚忠林(1970 ),男 ,河北泊头人 ,河北师范大学副教授 ,博士后 ,主要从事植物生理学 、细胞生物学研究.
第 28卷 第 5 期
2004 年　9月
河北师范大学学报(自然科学版)
Journal of Hebei Normal University (Natural Science Edition)
Vol.28 No.5
Sep.2004
DOI :10.13763/j.cnki.jhebnu.nse.2004.05.021
统计萌发率和花粉管长度(方法参照 1.3).
2　结　果
2.1　川百合花粉的体外萌发
在BK液中 ,花粉水合后 1 h开始萌发 ,在 3 ～ 4 h时萌发率最高 ,达到 75%以上;花粉管长度在 4 ～
5 h 时达到最长 ,平均长度在 3 000μm 左右(图 1).在后续的实验中 ,不同实验组比较萌发率时选择第 3
个小时的数据 ,比较花粉管长度时选择第 4个小时的数据.
图 1　不同时间川百合花粉萌发率和花粉管长度
图 2　EGTA对川百合花粉萌发率和花粉管伸长生长的影响
2.2　EGTA对川百合花粉萌发率的影响
在溶液中含有 5 mmol/L EGTA时 ,花粉萌发明显受到抑制.萌发率在 4 ～ 5 h 时达到最高 ,但是萌
发率最高只有 12%,只有对照组的 1/8;花粉管伸长生长受到明显抑制 ,平均为 200 ～ 240μm ,只有对照
组的 1/12(图 2).
2.3　钙通道有机抑制剂对川百合花粉萌发率的影响
在含有钙通道有机抑制剂的培养基中 ,川百合花粉萌发率和花粉管长度明显低于对照水平(图 3).
抑制剂对花粉萌发的抑制效果与其浓度密切相关 ,分别用 20 , 50 ,100μmol/ L钙通道有机抑制剂处理后
花粉的萌发率:异搏定为(42.2 ±5.9)%, (22.2 ±3.3)%, (15.2 ±2.1)%;尼群地平为(54 ±
5.2)%,(36.9±3.7)%,(28.2±2.9)%;地而流卓为(38±4.4)%,(20±3.1)%,(12.4±1.6)%.花粉
管长度:异搏定为(1 370±267)μm ,(974±134)μm ,(449±115)μm;尼群地平为(2 047±229)μm ,(1 400
511第 5 期 尚忠林等:钙通道抑制剂对川百合花粉萌发的影响
±164)μm ,(964±145)μm;地而流卓为(1 423±242)μm ,(1 050±184)μm ,(405±119)μm .
图 3　不同浓度有机抑制剂对川百合花粉萌发率和花粉管长度的影响
图 4　不同浓度无机抑制剂对川百合花粉萌发率和花粉管长度的影响
2.4　钙通道无机抑制剂对川百合花粉萌发率的影响
在含有钙通道无机抑制剂(3价阳离子)的培养基中 ,川百合花粉萌发率和花粉管长度明显低于对
照水平(图 4).抑制剂对花粉萌发的抑制效果与其浓度密切相关 ,分别加入 10 , 20 , 50μmol/L 的 3 价阳
离子处理后 , 花粉萌发率:氯化镧为(32.8±5.8)%, (16.4 ±3.3)%, (15.2 ±2.1)%;氯化铝为
(35.7±5.1)%,(17.2±3.6)%,(11.2±2.7)%;氯化钆为(28.6±4.4)%,(15.2±3.1)%, (13.1±
1.65)%.花粉管长度:氯化镧为(1 370±167)μm ,(760±84)μm ,(449±55)μm ;氯化铝为(1 220±127)
μm ,(660±104)μm ,(480±75)μm;氯化钆为(1 142±147)μm ,(620±84)μm ,(450±56)μm .
3　讨　论
钙离子是植物细胞中重要的胞内第 2信使 ,又是参与细胞壁重建的重要无机营养元素.花粉萌发和
花粉管伸长生长的过程中 ,细胞代谢非常旺盛 ,花粉管伸长生长过程中细胞壁重建需要大量钙离子 ,同
时 ,复杂的代谢过程也需要细胞内钙离子发挥调控作用[ 3 , 4] .细胞内部贮存的钙离子非常有限 ,从外界
吸收的钙离子是满足细胞对钙离子需求的主要途径 ,因此细胞外钙离子在花粉萌发和花粉管伸长生长
过程中发挥的作用一直受到人们的普遍关注 ,而钙离子通过何种途径进入花粉细胞内成为近年来研究
的重点问题.
川百合花粉粒个体较大 ,长期保存后活力也不会丢失 ,因此成为花粉萌发和花粉管生长研究的模式
材料之一.笔者在实验中所用的花粉萌发率较高 ,达到 80%以上 ,而且萌发速度比较快 ,表明花粉的活
力比较好 ,可以用于后续实验.
512 河北师范大学学报(自然科学版) 第 28卷
从实验结果来看 ,细胞外钙离子与花粉萌发关系密切 ,在加入钙离子螯合剂 EGTA 使细胞外游离
钙离子浓度降低后 ,细胞难以从外界吸收钙离子 ,花粉萌发受到强烈抑制.在实验初期进行的对照实验
中 ,在无钙的培养基中花粉萌发率只有 4%～ 5%,远远低于在正常 BK 液中萌发的花粉(结果未给出).
上述结果表明持续地从外界环境中吸收钙离子对于花粉的萌发是必需的 ,很多研究结果都证实了这一
点[ 5 ,6] .
植物细胞质膜上存在着张力激活的钙离子通道和电压依赖的钙离子通道 ,在细胞吸收钙离子方面
发挥主导作用 ,其中电压依赖的钙离子通道受到人们更多关注[ 7] .笔者采用了一些常用的钙通道抑制
剂处理花粉 ,观察了它们对花粉萌发产生的强烈抑制作用.根据结果推测 ,在川百合花粉萌发过程中 ,细
胞主要通过对这些抑制剂敏感的钙通道进入细胞内 ,由于这些抑制剂主要作用于电压依赖的钙通道 ,所
以电压依赖钙通道很可能是萌发花粉从外界环境中吸收钙离子的重要途径.一些研究者对于钙离子吸
收途径进行了研究 , Feijo 等[ 8]曾经推测张力激活的钙通道在花粉吸收钙离子方面可能发挥一定作用 ,
但是缺乏进一步的证据支持.Very等[ 9]利用膜片钳技术研究了拟南芥根毛伸长生长过程中参与钙离子
内流的钙通道的电生理学特征及其对各种抑制剂的反应 ,指出钙离子是通过超极化激活的电压依赖型
钙通道进入根毛细胞内部的.由于根毛的生长与花粉管有相似之处 ,所以推测在花粉萌发和花粉管伸长
过程中 ,类似的钙通道很可能同样发挥重要作用.他们的实验结果显示 ,根毛细胞膜上的钙通道对镧离
子 、铝离子 、钆离子和异搏定 、尼群地平 、地而流卓抑制剂非常敏感.笔者实验结果显示 ,花粉萌发和花粉
管伸长生长对上述试剂同样表现出较高的敏感性 ,推测在上述生理过程中 ,参与钙离子吸收的钙通道可
能是类似的.在 3种有机抑制剂中 ,异搏定和地而流卓的作用效果相似 ,而尼群地平的作用效果差一些.
因为异搏定属于苯氨基醇类化合物 ,而尼群地平属于二氢吡啶类化合物 ,在动物体内已经明确 2类抑制
剂分别作用于不同类型的电压依赖性钙通道 ,川百合花粉对这些抑制剂敏感性的不同对于今后进一步
研究细胞质膜钙通道生理学特性有一定的指导意义.
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(下转第 518页)
513第 5 期 尚忠林等:钙通道抑制剂对川百合花粉萌发的影响
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Studies on the Plant Community and Plant
Resources of the Nandagang Wetland
WANG Li-bao1 , 　LEI Ping-hua1 , 　LI M in2 , 　ZHANG Yi-wen3 , 　ZHAO Yan-min1
(1.College of Occupation Technology , Hebei Normal University , Hebei Shijiazhuang　050031 , China;
2.College of Li fe Science , Hebei Normal University , Hebei Shijiazhuang　050016 , China;
3.College of Resource and Environment Sciences , Hebei Normal University , Hebei Shijiazhuang　050016 , China)
Abstract:The Nandagang wetland is one of the important wetlands in Hebei province.In the area ,
there are plentiful plant resources.Based on the investigation , the st ructure and feature of plant community
w ere analy sed , and the plant resources w as also int roduced.
Key words:Nandagang wetland;plant community;plant resources
(责任编辑　柴　键)
(上接第 513页)
The Effect of Calcium Channel Blockers on Pollen
Germination of Lilium daviddi
SHANG Zhong-lin , 　LI Jian-hua , 　LI Bing
(College of Li fe Science , Hebei Normal University , Hebei Shijiazhuang　050016 , China)
Abstract:Cy toplasmic Ca2+ play an important role in pollen germination , the pathw ay through which
apoplast Ca2+enter pollen cells is a main topic in research about plant reproduction phy siology .The effect of
calcium channel blockers on Lil ium daviddi pollen germination was investigated.The results show ed that
germinating pollens were adsorbing Ca
2+
f rom extracellular medium.Blockers w hich mainly affect the activ-
ity of voltage-dependent calcium channel , including inorganic blockers such as La3+ ,Al3+ and Gd3+ and or-
ganic blockers such as verapamil , nifedipine and diltiazem remarkably inhibi t pollen germination in a dose
dependent manner , show ing that voltage dependent calcium channel may be a main calcium inf lux pathw ay
through which ext racellular Ca2+ inf lux into germinating pollen cell.
Key words:Li lium daviddi;pollen;calcium channel;blockers
(责任编辑　柴　键)
518 河北师范大学学报(自然科学版) 第 28卷