全 文 ：第 38 卷 第 2 期
2010 年 2 月
西北农林科技大学学报(自然科学版)
Journal of No rthwest A&F Univer sity(Nat.Sci.Ed.)
Vo l.38 No.2
Feb.2010
Ca2+对拟南芥侧根生长发育影响的递进因子分析 ＊
周 索1 ,赵丽英1 , 杜瑞卿1 ,马纳纳1 ,雷 莹1 ,王永勤2
(1南阳师范学院生命科学与技术学院 ,河南南阳 473061;2北京农业生物技术研究中心 ,北京 100097)
[ 摘 要] 【目的】确定 Ca2+在异三聚体 G 蛋白调控的拟南芥侧根生长发育过程中的作用及可能的信号传递
途径。【方法】以拟南芥的野生型(w s)、异三聚体 G 蛋白α亚基基因 GPA1 缺失突变体(gpa1-1 , gpa1-2)和超表达突
变体(wGα, cGα)为材料 ,在含有不同质量浓度(0～ 0.2 mg/ L)NAA 的培养基内 , 添加无机钙通道抑制剂 AlCl3 ,对拟
南芥侧根生长发育的形态进行观测 , 并对 NAA 、Ca2+、AlCl3 的影响作用大小进行递进因子分析。【结果】相同质量
浓度的 NAA 对 5种基因型拟南芥侧根的生长发育无显著影响;Ca2+对 5 种基因型拟南芥侧根生长发育均有显著影
响 ,侧根数目依次为缺失突变体<野生型<超表达突变体;AlCl3 对 5 种基因型拟南芥侧根生长发育影响显著;Ca2+
和 AlCl3 是拟南芥侧根生长发育的重要影响因素。【结论】(1)Ca2+通道可能是异三聚体 G 蛋白α亚基调节的下游效
应器 , Ca2+可能是下游信号 , AlCl3 对细胞膜上的 Ca2+通道阻断数量可能是按一定比例阻断 , 而不是一个绝对数量 ,
机制尚不明确。(2)3 个处理因素在不同的处理层次中所起的作用不同 , 对 5 种不同基因型拟南芥个体侧根生长的影
响也不同。递进因子分析结果与实际情况基本一致 ,是一种科学的 、可行的 、有创新性的方法 ,值得推广应用。
[ 关键词] 拟南芥;异三聚体 G 蛋白;突变体;递进因子分析
[ 中图分类号] Q945.41 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1671-9387(2010)02-0147-06
Progressive factor analysis of lateral roots growth of Arabidopsis
thaliana regulated by Ca2+
ZHOU Suo
1 , ZHAO Li-ying1 ,DU Rui-qing1 ,M A Na-na1 , LEI Ying1 ,WANG Yong-qin2
(1 Co llege o f Li f e Science and Technolog y , Nanyang Normal Universi ty , Nanyang , H e nan 473061 , China;
2 Bei j in g Research Center o f Agro-B iotechnolog y , B ei j ing 100097 , China)
Abstract:【Object ive】The study determined the role of Ca2+ in the lateral roo ts g row th of A rabidop-
sis thal iana regulated by hete ro t rimeric G pro tein and the possible signal t ransduction pathw ays.【Method】
The w ild type A.thal iana (w s)and i ts mutants in w hich heterot rimeric G protein αsubunit gene GP A1
w as null(gpa1-1 , gpa1-2)or overexpressed (wGα, cGα)were used as main materials.By adding calcium
channel blockers AlCl3 , some morpho logical parameters of the lateral roo t grow th of A.thal iana were
measured and progressive factor analy sis of the ro le of NAA ,Ca2+ , AlCl3 was ca rried out in mediums sup-
plemented wi th different concentrat ions of NAA (0-0.2 mg/ L).【Result】The impact on the lateral roo ts
grow th o f 5 geno types A.thal iana , NAA approach in the same concentra tion had no signi ficant dif ference ,
but Ca2+(Sequence of the number of late ral ro ots w as:mutants
lation.And Ca2+ might be downst ream signal.The block of the number of Calcium channel blocker s A lC l3
to calcium channel blo ckers on cell membrane might be blocked by a ce rtain percentag e , rather than an ab-
solute number , and the mechanism w as not clear.(2)Three facto rs played dif ferent roles in dif ferent levels
＊ [ 收稿日期] 2009-06-03
[ 基金项目] 河南省科技厅基础与前沿项目(082300460170)
[ 作者简介] 周 索(1970-),女 ,河南南阳人 ,副教授 ,硕士 ,主要从事植物生理学研究。 E-mail:zh ou suo2046@163.com
[ 通信作者] 杜瑞卿(1968-),男 ,山西吕梁人 ,副教授 ,硕士 ,主要从事生物统计学研究。 E-mail:du ruiqing8@163.com
and had different inf luence on the g row th of roo ts of five dif fe rent geno types.The resul ts of prog ressive
facto r analy sis and o ther statistical analy sis were basical ly consistent , so it w as scientific and feasible.Fur-
ther more , this analy sis had a certain degree of innovation and should be popularized and applied.
Key words:Arabidopsis thaliana;hetero t rimeric G pro tein;mutant;prog ressiv e facto r analy sis
拟南芥(Arabidopsis thaliana)侧根是由位于
木质部束部位的中柱鞘细胞恢复分裂和形成新的根
尖分生组织并经伸长生长形成的[ 1] 。侧根的发生密
度受多种因素 ,如生长素的运输[ 1] 、C/N 的高低[ 2] 、
可利用的磷酸盐含量[ 3] 、细胞外 Ca2+等[ 4-5] 的影响。
Himanen等[ 6] 在研究生长素诱导侧根发生前中柱
鞘细胞中的表达基因时 ,发现一个编码异三聚体 G
蛋白α亚基的基因被强烈表达 ,这与 Ullah等[ 7-8] 所
提出的异三聚体 G 蛋白α亚基对细胞的分裂增殖
具有促进作用 ,以及 G 蛋白在生长素诱导的侧根发
生信号传导级联过程中发挥作用的假设相一致 。因
此笔者推测异三聚体 G 蛋白可能直接或间接地参
与了生长素调节下的根系发育过程 。有研究证明 ,
植物细胞内异三聚体 G 蛋白关联的胞外环境信号
主要有:植物激素 、光 、病原激发子[ 9] 、干旱刺激 、O3
和胞外钙调素等 ,这些信号与植物生长 、发育和抗性
形成密切相关 。进一步研究表明 , GPA1基因(异三
聚体 G蛋白α亚基基因)的过表达促进了生长素诱
导的侧根的形成 ,而 GPA1缺失会导致突变体侧根
发生减少[ 10] 。
以上结果均表明 , G 蛋白参与了拟南芥根系的
生长发育。目前 ,国际上通用的研究 G 蛋白α亚基
功能的材料是拟南芥 G 蛋白α亚基基因 GPA1缺
失突变体(gpa1-1 , gpa1-2)和超表达突变体(wGα,
cGα)[ 11] 。异三聚体 G 蛋白参与生长素调控的拟南
芥侧根的生长发育过程 ,但此过程中异三聚体 G 蛋
白下游的效应器是否包含 Ca2+目前还缺少证据。
基于以上研究结果 ,本试验在生长素诱导下 ,研究细
胞外有无 Ca2+以及钙通道抑制剂等对拟南芥侧根
生长的影响 ,确定 Ca2+在异三聚体 G 蛋白调控的拟
南芥侧根生长发育过程中的作用及可能的信号传递
途径 ,为植物生理多因素影响研究提供新方法 。
本研究涉及到 5个不同研究对象(拟南芥 5个
基因型)和 3个不同影响因素(NAA 、Ca2+ 、AlCl3),
因素 NAA 又设有 7个试验水平 ,不同影响因素及
其试验水平对不同植物个体表现出不同的影响 ,影
响因素间又表现出不同的协同或拮抗作用。因此 ,
如何揭示影响因素和因素间的复杂关系及其对植物
个体的影响程度和机理 ,就显得十分重要 ,而这往往
需要通过因素分析来进行 。目前 ,关于影响因素分
析的方法 ,主要有方差分析和因子分析法两种。方
差分析是一种判断分析 ,无法反映出因素以及因素
相互作用对个体的影响程度 ,从而无法揭示因素间
的复杂关系;而因子分析法可以将多个因素的影响
结果最大可能地转化为少数几个影响因子进行分
析 ,但它是一种静态分析 ,也无法揭示因素间相互影
响的复杂关系 。基于此 ,本研究在通常的因子分析
法的基础上 ,提出了一种动态的因子分析法 ,即递进
因子分析法 , 并采用该方法研究了 NAA 、Ca2+ 、
AlCl3 对拟南芥侧根生长发育影响作用的大小 ,现
将研究结果报道如下 。
1 材料与方法
1.1 供试材料及拟南芥的种植
供试材料为拟南芥的野生型 w s(wassi lew skija
生态型),G 蛋白α亚基基因 GPA1 缺失的 gpa1-1 、
gpa1-2(gpa1-1是将 GPA1基因的第 7个内含子敲
除 , gpa1-2是将 GPA1基因的第 8个外显子敲除)2
个突变体及 cGα、wGα(cGα是将 GPA1基因的G lu-
222点突变成 Leu , wGα是通过转基因技术转入了
一段 GPA1基因)2个超表达突变体 。
取同批成熟的野生型和突变体种子(以下操作
均在超净工作台上进行),用体积分数 70%酒精表
面消毒 30 s ,再用体积分数 2%次的氯酸钠浸泡 2
min ,无菌去离子水清洗 6 ～ 8次;灭菌后种子于避
光 、4 ℃下低温春化 48 h ,以提高种子萌发的一致
性;将消毒后的种子播种在装有无菌 MS 培养基(30
g/ L蔗糖 ,8 g/L 琼脂粉 , 用 KOH 调 pH 至 5.8)的
小培养皿上;将培养皿垂直放置于光照培养箱中 ,于
21 ℃光照培养 24 h。
1.2 药剂处理方法
待 5种基因型拟南芥幼苗长出 2 片绿色小叶
时 ,将其移至装有无菌 MS 培养基的大培养皿(直径
220 mm)中 ,每个培养基分为对称的两部分 ,左边为
野生型 ,右边为突变体 ,每个培养基种植 32株苗 ,每
处理重复 4次。根据文献[ 12] ,在 Ca2+通道无机抑
制剂中 ,AlCl3 作用较为显著 ,所以制作培养基时预
先在含有不同质量浓度(0 , 0.01 , 0.02 , 0.05 , 0.10 ,
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0.15 ,0.20 mg/ L)NAA 的培养基中加入无机抑制
剂 AlCl3(10 μmo l/L),移栽后 ,将培养皿竖直摆放
于光照培养室进行培养。
1.3 根生长发育指标的测定
不同基因型的拟南芥在相同环境条件下生长 ,
从幼苗移栽到大培养皿后的第 2天起 ,对侧根数目
进行连续 5 d的观测与记录 , 5种基因型拟南芥植株
在不同质量浓度 NAA 处理下各取样 80株进行统
计 ,数据用 SPSS 14.0 、MAT LAB2007a进行分析 。
1.4 递进因子分析法
设有 A1 , A2 , A3 , …, An 等n 个研究对象(本试
验中 n=5),研究层次为 3 ,以下说明均结合本研究
进行 。
(1)第1层次:首先用因素 B(无菌 MS培养基 ,
内含不同质量浓度的 NAA ,但不含 Ca2+)处理 ,可
得 X 1 , X 2 , X 3 , … , Xn 等 n 个变量观察值(侧根数
目),统计假设检验 , X 1 , X 2 , X3 , … , X n 之间无显著
差异 ,说明因素 B 可作基础处理因素 。对 X 1 , X 2 ,
X 3 , … , Xn 进行不旋转因子分析 ,可得第一因子的
载荷向量 a1 ,并将因素 B作为第一因子 。
(2)第 2层次:用因素 B(无菌 MS 培养基 ,内含
不同质量浓度的 NAA)+因素 C(Ca2 +)处理 ,可得
Y 1 ,Y 2 ,Y 3 , …,Y n 等 n 个变量观察值(侧根数目)。
将 X 1 , X 2 , X3 , …, X n 与Y 1 ,Y 2 ,Y 3 , … ,Y n分别作配
对性 t检验 ,有显著性差异 ,说明因素 C 是一个主要
因素 。对Y 1 ,Y 2 ,Y 3 , …,Y n 作旋转因子分析 ,可得第
一因子和第二因子的载荷向量 b1和 b2。
对Y 1 -X 1 ,Y 2 -X 2 , … ,Y n -X n 作不旋转因子
分析 ,可得第一因子的载荷向量 a2 ,并将因素 C 作
为第一因子。
求 a1 、a2与 b1 、b2间的相关系数 。采用绝对值
最大优先原则和不重复原则 ,确定因素 B 和因素 C
在对Y 1 ,Y 2 ,Y 3 , … ,Y n 作旋转因子分析时第一因子
和第二因子的归属划分。
(3)第 3层次:用因素 B(无菌 MS 培养基 ,内含
不同质量浓度的 NAA)+因素 C(Ca2+)+因素 D
(无机抑制剂 AlCl3)进行处理并观察 ,可得 Z1 ,Z 2 ,
Z3 , …,Z n 等 n 个变量观察值(侧根数目)。将 Z 1 ,
Z2 , Z3 , …, Zn 与Y 1 ,Y 2 ,Y 3 , … ,Y n 分别作配对性 t
检验 ,有显著性差异 ,说明因素 D是一个主要因素。
对 Z1 ,Z 2 , Z3 , …, Z n 作旋转因子分析 ,可得第一因
子 、第二因子和第三因子的载荷向量 c1 、c2和 c3。
对 Z1 -Y 1 , Z2 -Y 2 , … , Zn -Y n 作不旋转因子
分析 ,可得第一因子的载荷向量 a3 ,并将因素 D作
为第一因子 。
求 a1 、a2 、a3与 c1 、c2 、c3间的相关系数 。采用
绝对值最大优先原则和不重复原则 ,确定因素 B 、因
素 C 、因素 D 在对 Z1 ,Z 2 , Z 3 , …, Z n 作旋转因子分
析时第一因子 、第二因子 、第三因子的归属划分。
(4)在确定了因素 B 、因素 C 、因素 D在各个层
次的因子属性后 ,根据因子载荷 ,分析各因素与各研
究对象的关系。
2 结果与分析
2.1 不含胞外 Ca2+条件下 5种基因型拟南芥侧根
的生长发育
从表 1可以看出 ,在不含 Ca2+的培养基内 ,当
NAA质量浓度为 0 mg/L 时 , 5种基因型拟南芥的
侧根数目均最低;随着 NAA 质量浓度的不断升高 ,
5种基因型拟南芥侧根数目均有所增加;在相同
NAA质量浓度处理下 , t检验分析显示 , 4种突变体
与野生型拟南芥的侧根数目差异均不显著。
表 1 不含胞外 Ca2+条件下 NAA 处理对 5 种基因型拟南芥侧根数目的影响
Table 1 Effects of diffe rent NAA concentra tions without ext race llular Ca2+ on the la te ral
r oo ts number s o f 5 geno types of A.thaliana 条/株
NAA/
(mg· L -1)
拟南芥基因型 Genotype of A.thal iana
gpa1-1 gpa1-2 w s wGα cGα
x s x s x s x s x s
0 0.53 0.88 0.46 0.75 0.53 0.84 0.64 0.97 0.83 1.02
0.01 3.15 2.70 2.90 3.69 3.93 2.56 3.12 1.77 3.46 2.12
0.02 5.28 2.67 5.17 2.96 5.27 3.42 4.83 2.95 4.96 3.65
0.05 7.64 2.41 6.79 2.76 7.40 3.63 6.97 3.12 7.53 3.75
0.10 8.05 2.24 8.08 3.14 8.27 2.87 8.19 2.76 8.74 3.09
0.15 8.44 3.58 8.03 3.77 8.31 4.26 9.87 4.38 10.59 3.69
0.20 8.73 2.65 8.52 2.83 9.27 3.01 10.98 3.43 9.76 2.97
注: x 为均值;s为标准差。下表同。
Note: x is mean;s is standard deviat ion.Same as b elow.
149第 2 期 周 索 ,等:Ca2+对拟南芥侧根生长发育影响的递进因子分析
2.2 含胞外 Ca2+条件下 5种基因型拟南芥侧根的
生长发育
从表 2可以看出 ,与 0 mg/L NAA 处理相比 ,
随着 NAA 质量浓度的增大 ,各基因表型拟南芥侧
根数目均有所增加。在相同质量浓度 NAA 下 ,拟
南芥缺失突变体 gpa1-1 、 gpa1-2的侧根数目明显比
野生型少 ,而超表达突变体 cGα、wGα的侧根数目
明显比野生型多 。在 NAA 质量浓度为 0.10 mg/L
时 ,野生型侧根数目最多;在 NAA 质量浓度为 0.20
mg/L 时 , gpa1-1 、 gpa1-2 侧根最多;cGα在 NAA
质量浓度为 0.15 mg/ L 、wGα在 NAA 为 0.20
mg/L时侧根最多 。在相同 NAA 质量浓度处理下 , t
检验分析显示 , 4种突变体与野生型拟南芥侧根数
目的差异均达显著水平。观察结果显示 ,在测量的
6 d内 ,野生型和缺失突变体均没有二级侧根出现 ,
但超表达突变体在第 4天出现二级侧根 。
表 2 含胞外 Ca2+条件下 NAA 处理对 5 种基因型拟南芥侧根数目的影响
Table 2 Effec ts o f diffe rent NAA concentr ations with ext race llular Ca2+ on the la te ral
r oo ts number s o f 5 geno types of A.thaliana 条/株
NAA/
(mg· L -1)
拟南芥基因型 Genoty pes of A.th aliana
gpa1-1 gpa1-2 w s wGα cGα
x s x s x s x s x s
0 0.64＊ 1.12 0.52＊ 0.80 0.97 0.77 1.12＊ 0.68 1.37＊＊ 0.65
0.01 5.25＊＊ 3.18 5.56＊＊ 3.67 9.01 3.33 10.14＊ 2.58 9.97＊ 2.68
0.02 8.50＊ 3.58 8.49＊ 3.88 10.77 3.07 15.85＊＊ 3.76 16.63＊＊ 3.05
0.05 9.59 3.86 9.88＊＊ 3.28 12.03 3.25 15.40＊＊ 2.88 17.44＊＊ 2.23
0.10 9.56＊＊ 2.62 9.14＊ 2.46 12.15 2.11 16.55＊＊ 2.32 17.80＊＊ 1.43
0.15 9.87＊ 1.32 9.32＊ 1.34 11.96 1.12 16.26＊＊ 1.01 18.03＊＊ 0.68
0.20 10.02＊ 1.15 9.98＊＊ 1.14 12.05 0.98 16.78＊＊ 0.78 17.82＊＊ 0.63
注:以 w s为对照组 ,在同一质量浓度水平上(同一行)进行 t检验分析 , ＊表示在 0.05水平上差异显著;＊＊表示在 0.01水平上差异显
著。下表同。
Note:By using the wild type A.thal iana as the cont rol g rou p(on the same line), t test analysis w as carried out at the same level of con cen-
t rat ion , ＊ show s th e signif icant dif f erences in th e level of 0.05;and ＊＊ in the level of 0.01.S am e as below.
2.3 钙通道无机抑制剂对 NAA 诱导的拟南芥侧
根生长发育的影响
从表3可以看出 ,在AlCl3 浓度为 10μmol/L 时 ,
在相同质量浓度 NAA处理下 ,拟南芥缺失突变体的
侧根数略少于野生型 ,而超表达突变体的侧根数略多
于野生型。在相同 NAA 质量浓度处理下 ,以野生型
ws为对照组 , t检验分析显示 ,4种突变体与野生型的
侧根数目均无显著差异。这说明施加 Ca2+通道无机
抑制剂 AlCl3 后 ,其对 NAA诱导的 5种基因型拟南
芥侧根生长发育的影响程度有一定差异 ,但差异并不
显著。表明在 NAA诱导的拟南芥侧根的生长发育过
程中 ,细胞外 Ca2+可能通过细胞膜上 Ca2+通道进入
细胞内部 ,参与根系生长发育 ,进一步证明此过程中
G蛋白的下游可能是Ca2+通道 。
表 3 钙通道无机抑制剂 AlCl3 对 NAA 诱导的拟南芥侧根生长发育的影响
Table 3 Effects of differ ent NAA concentra tions unde r 10 μmol/ L diltiazem on the la te ral
ro ots of 5 genotypes of A.thaliana AlCl3 条/株
NAA/
(mg· L -1)
拟南芥基因型 Genotype of A.thal iana
gpa1-1 gpa1-2 w s wGα cGα
x s x s x s x s x s
0 0.53 1.54 0.47 1.27 0.86 1.59 0.98 1.19 1.06 1.71
0.01 4.25 2.05 4.62 2.74 8.79 2.57 5.42 3.12 5.16 3.01
0.02 6.78 2.86 5.32 2.73 8.86 3.58 8.88 2.74 7.56 2.89
0.05 7.72 2.47 7.89 2.25 9.42 2.19 9.24 2.97 8.85 2.12
0.10 8.19 2.78 7.97 2.68 9.33 3.12 9.79 3.58 9.08 3.57
0.15 8.42 3.57 8.38 1.92 9.58 2.12 10.08 2.36 10.27 1.97
0.20 8.75 2.46 8.13 2.52 10.06 2.97 11.98 2.13 11.56 2.55
注:以 w s为对照组 ,在同一质量浓度水平上进行 t检验分析 ,结果不具有差异显著性。
Note:By using the wild type A.thal iana as the cont rol g rou p(on the same line), t test analysis w as carried out at the same level of con cen-
t rat ion , result s show no signifi cant dif ferences.
2.4 递进因子分析
2.4.1 层次间的配对检验 依据表 1 、表 2和表 3 ,
对每一种基因型拟南芥 ,将第 1 层次与第 2 层次观
察的侧根数目 、第 2 层次与第 3层次观察的侧根数
150 西北农林科技大学学报(自然科学版) 第 38 卷
目分别进行配对 t检验 ,结果均有显著差异 ,说明细
胞外 Ca2+和 Ca2+通道无机抑制剂 AlCl3 ,均是影响
NAA诱导的拟南芥侧根生长发育的重要因素 。
2.4.2 第 1层次的因子分析 对表 1 中 5 种基因
型拟南芥侧根数目均值 x 进行因子分析 ,结果第一
因子的方差贡献率是 98.46%,5种基因型拟南芥侧
根数目变量在第一因子上的载荷向量 a1=(0.995 ,
0.995 ,0.994 ,0.987 ,0.991)。可以看出 ,NAA 是一
个主要因子 ,而且对 5种基因型侧根数目的影响基
本相同 ,这与在相同质量浓度 NAA 处理下 , t检验
分析显示不存在显著差异是一致的 。
2.4.3 第 2层次的因子分析 对表 2 中 5 种基因
型拟南芥侧根数目均值 x 进行方差极大法旋转因子
分析 ,结果第一因子 、第二因子的方差贡献率分别为
44.43%和 39.02%,累计为 83.45%。第一因子 、第
二因子的载荷向量分别为:b1 =(0.722 , 0.707 ,
0.569 , 0.632 , 0.691),b2=(0.576 , 0.616 , 0.734 ,
0.608 , 0.575)。
将表 2中 5种基因型拟南芥侧根数目均值 x 减
去表 1中相应的 5 种基因型侧根数目均值 x ,可获
得 5个差值变量 ,其表示消除因素 NAA 的直接影
响后因素 Ca2+的影响值 。对这 5 个差值变量进行
不旋转因子分析 , 结果第一因子的方差贡献率是
83%,5种基因型拟南芥侧根数目变量在第一因子
上的载荷向量 a2=(0.773 , 0.855 , 0.947 , 0.985 ,
0.972)。
将 a1 、a2 与 b1 、b2进行相关性分析 ,结果见表
4。
表 4 a1 、a2与 b1 、b2 的相关系数
Table 4 Co rrelation coefficient o f a1 , a2 and b1 , b2
向量 Vector a1 a2
b1 0.283 -0.638
b2 0.206 0.289
按绝对值最大优先原则和不重复原则 , a2应归
属于 b1 ,a1应归属于 b2 ,即在第 2层次方差极大法
旋转因子分析中 ,细胞外 Ca2+是第一因子 ,NAA 是
第二因子。从向量 b1 来看 ,缺失突变体与 Ca2+相
关系数均较大 ,其次是超表达突变体 ,野生型最小。
这说明缺失突变体上 Ca2+通道数量可能较少 ,流入
的 Ca2+少 ,从而明显影响了侧根数目 ,使侧根数目
明显少于野生型;相反 ,超表达突变体上 Ca2+通道
数量较多 ,流入的 Ca2+多 ,从而明显增加了侧根数
目 ,使侧根数目明显多于野生型。以上两者侧根数
目均表现出与细胞外 Ca2+的极大相关性。从向量
b2来看 ,NAA 对野生型拟南芥的影响高于突变体 ,
而对缺失突变体和超表达突变体的影响基本相同 。
以上分析说明 ,Ca2+与拟南芥侧根生长密切相
关 ,能够促进侧根的生长;Ca2+通道可能在异三聚
体G 蛋白调节的下游。
2.4.4 第 3层次的因子分析 对表 3 中 5种基因
型拟南芥侧根数目均值 ,进行方差极大法旋转因子
分析 ,结果第一因子 、第二因子和第三因子的方差贡
献率分别为 50.23%, 34.50%和 14.97%, 累计为
99.70%。第一因子 、第二因子 、第三因子的载荷向量
分别为:c1=(0.749 ,0.651 , 0.483 ,0.807 , 0.802),
c2=(0.522 , 0.525 , 0.824 , 0.519 , 0.477), c3 =
(0.396 ,0.549 , 0.294 ,0.279 , 0.355)。
将表 3中 5种基因型拟南芥侧根数目均值 x 减
去表 2中相应的 5 种基因型侧根数目均值 x ,可获
得 5 个差值变量 , 其表示消除因素 NAA 和因素
Ca
2+的直接影响后因素 AlCl3 的影响值。对这 5个
差值变量进行不旋转因子分析 ,结果第一因子的方
差贡献率是 84.95%,5种基因型拟南芥侧根数目变
量在第一因子上的载荷向量 a3=(0.980 , 0.798 ,
0.862 ,0.961 ,0.992)。
将 a1 、a2 、a3 与 c1 、c2 、c3进行相关性分析 ,结
果见表 5。
表 5 a1 、a2、a3 与 c1、c2 、c3 的相关系数
Table 5 Co r relation coefficient of a1 , a2 , a3 and c1 , c2 , c3
向量 Vector a1 a2 a3
c1 -0.572 0.046 0.722
c2 0.293 0.175 -0.436
c3 0.621 -0.611 -0.563
按绝对值最大优先原则和不重复原则 , a1应归
属于 c3 ,a2应归属于 c2 , a3应归属于 c1 ,即在第 3
层次方差极大法旋转因子分析中 , AlCl3 是第一因
子 ,细胞外 Ca2+是第二因子 , NAA 是第三因子 。从
向量 c1来看 ,超表达突变体与 AlCl3 的相关系数均
较大 ,其次是缺失突变体 ,野生型最小。这可能说
明 ,超表达突变体上 Ca2+通道数量较多 ,但 A lC l3
阻断也较多 ,流入的 Ca2+明显减少 ,从而明显影响
了侧根数目;缺失突变体上 Ca2+通道数量较少 ,流
入的 Ca2+本来就少 ,因而 AlCl3 阻断侧根数目增加
的作用更为明显 ,使侧根数目明显少于野生型;以上
两者侧根数目均表现出与细胞 Ca2+通道有极大的
相关性。从向量 c2来看 ,野生型与 Ca2+相关系数
最大 ,缺失突变体和超表达突变体与 Ca2+相关系数
基本相同。从向量 c3 来看 , NAA 与缺失突变体相
关系数均较大 ,其次是超表达突变体 cGα,最后是野
151第 2 期 周 索 ,等:Ca2+对拟南芥侧根生长发育影响的递进因子分析
生型和超表达突变体 wGα。
以上分析说明:(1)Ca2+通道与拟南芥侧根生长
密切相关 ,它的打开能够促进侧根的生长。(2)Ca2+
通道可能在异三聚体 G 蛋白调节的下游 。(3)
AlCl3对细胞膜上的 Ca2+通道阻断数量可能是按一
定比例阻断 ,而不是一个绝对数量 ,机制尚不明确。
(4)不同处理因素在不同处理层次中所起的作用有
差异 ,对 5种不同基因型拟南芥个体的影响也不同 ,
其中对 2个缺失突变体和 2个超表达突变体的影响
基本相似 ,而对缺失突变体 、超表达突变体 、野生型
拟南芥三者的影响不同。
3 结论与讨论
本研究结果显示:(1)只使用 NAA 处理对 5种
基因型拟南芥的影响基本相同 。(2)Ca2+是与拟南
芥侧根生长密切相关的重要影响因素 ,能够促进侧
根的生长 ,可能是 G 蛋白的下游信号;Ca2+对 5种
基因型拟南芥的影响不同。(3)Ca2+通道无机抑制
剂 AlCl3是影响拟南芥侧根生长的重要因素 ,对细
胞膜上的 Ca2+通道阻断数量可能是按一定比例阻
断 ,而不是一个绝对数量 ,其机制尚不明确。(4)不
同处理因素在不同处理层次中所起的作用有差异 ,
其对 5种不同基因型拟南芥个体侧根生长的影响不
同 ,对 2个缺失突变体 、2 个超表达突变体的影响基
本相似 ,对缺失突变体 、超表达突变体 、野生型拟南
芥的影响不同。
递进因子分析方法既有静态分析(克服了通常
因子分析法中主要因子不易明确的不足),又有动态
分析(体现了不同因子在不同因子组合中的作用大
小),其分析结果与实际情况基本一致 ,是一种科学
的 、可行的 、有创新性的方法 ,值得推广应用。
Cousson等[ 13]的研究结果表明 ,生长素活化 G
蛋白 ,后者可导致 cGMP 产生 ,而 cGMP 下游还需
要胞质 Ca2+参与调节。此外还有证据表明 ,异三聚
体G 蛋白可能激活植物细胞 Ca2+信号。尚忠林
等[ 11] 、Gelli等[ 14] 的研究表明 , GTPγS 和 mastopa-
ran可以模仿真菌激发子在 Ca2+通道中效应的活
性 ,而 GDPβS 则可消除这种效应。以上研究表明 ,
G 蛋白可能激活 Ca2+通道。Aharon等[ 15]用野生型
和重组体 TGα1以及膜片钳技术 ,研究 G 蛋白在番
茄细胞质膜 Ca2+通道调节中的作用时发现 , TGα1
促进通道的开放 ,说明异三聚体 G 蛋白参与了番茄
质膜 Ca2+通道的调节 。本研究则通过对不加 Ca2+ 、
加 Ca2+以及加 Ca2+通道抑制剂 A lC l3 3组试验结
果的对比分析 ,得知 Ca2+与拟南芥侧根生长密切相
关 ,是 G 蛋白的下游信号 ,但 Ca2+通道调节的上游
机制尚不明确 ,因为 A lCl3 对 Ca2+通道的阻断数量
可能是按一定比例阻断 ,而不是一个绝对数量。这
也是本研究与其他研究的主要区别 。
本试验结果仅仅是从形态学研究得出的结论 ,
为了深入探索不同生长素诱导的拟南芥侧根生长发
育过程中胞内信使 Ca2+浓度的变化 ,还需进一步利
用膜片钳电生理学及激光共聚焦显微技术 ,并结合
使用突变体材料进行更深入的研究 。
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