全 文 ：分子植物育种，2012年，第 10卷，第 3期，第 338-344页
Molecular Plant Breeding, 2012, Vol.10, No.3, 338-344
研究报告
Research Report
拟南芥 ft-1突变体对非生物胁迫的响应
李艳玲 1 张晓玫 2 陈新建 1* 傅永福 2*
1河南农业大学农学院,郑州, 450002; 2农业部北京大豆生物学重点实验室,农作物基因资源与遗传改良国家重大科学工程,中国农业科学院
作物科学研究所,北京, 100081
*通讯作者, fufu19cn@163.com; xinjian@371.net
摘 要 对植物生存与生长不利的不良环境称逆境。在逆境条件下，植物往往提早开花，快速完成生活史来
适应逆境。因此，开花基因与逆境有着密切的关系。本研究以拟南芥 (Arabidopsis thaliana)开花基因
FLOWERING LOCUS T (FT)突变体 ft-1和野生型 Col-0为材料，对在胁迫下生长的幼苗主根长进行了表型
分析。结果显示，在正常条件下生长的 ft-1突变体与 Col-0根长相似。突变体 ft-1和野生型 Col-0对 NaCl
处理显示出极显著差异，且只在高浓度渗透胁迫下表现出显著差异。表明 ft-1可能参与植株抗盐过程，与渗
透胁迫关系不大。磷盐与钾盐处理与渗透处理结果类似。铵盐下生长的突变体 ft-1和野生型 Col-0的根长无
显著差异，表明 ft-1可能不参与铵盐胁迫。硝盐和混合氮盐处理下，两者均产生了极显著或显著差异，表明
ft-1可能参与硝盐胁迫过程。
关键词 FT基因,盐胁迫,渗透胁迫,营养胁迫,拟南芥
Response of the Arabidopsis ft-1Mutant to Abiotic Stresses
Li Yanling 1 Zhang Xiaomei 2 Chen Xinjian 1* Fu Yongfu 2*
1 College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou, 450002; 2 MOA Key Lab of Soybean Biology, Beijing National Key Facility of
Crop GeneResource and Genetic Improvement, Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing, 100081
* Corresponding authors, fufu19cn@163.com; xinjian@371.net
DOI: 10.3969/mpb.010.000338
Abstract Adverse environmental condition for plant survival and growth being unfavorable is called adversity or
stress. Under the adverse conditions, plants tend to bloom early, and quickly complete its life cycle to adapt to
stress. Therefore, the flowering genes has a close relationship with adaption to adversities. In this research,
Arabidopsis flowering gene FLOWERING LOCUS T (FT) mutant ft-1was employed to analyze such a relationship,
compared to its wild-type Col-0, through analyzing the root length of seedling growth in the stresses. The results
showed that the root length of ft-1 and Col-0 are similar in normal condition. In NaCl treatment mutant ft-1 and
wild-type Col-0 showed a more significant difference, and showed significant differences only in the high
concentration of osmotic stress. That ft-1 may be involved in the plant salt resistance process but for osmotic stress
has little to do. Phosphonium salts and potassium salts showed a similar results with infiltration stress. Under
Ammonium salt stress the root length of mutant ft-1 and wild-type Col-0 had no significant differences, indicating
that the ft-1 maybe not involved in the ammonium salt stress. Nitrate and mixed nitrogen salt treatment, both had a
more significant or significant differences, indicating that the ft-1 may be involved in nitrate stress.
Keywords FT gene, Salt stress, Osmotic stress, Nutrient stress, Arabidopsis
基金项目：本研究由自然科学基金(31000680)资助
FT (FLOWERING LOCUS T)是植物开花光周期
途径的关键基因，并且 FT基因的表达产物可能就是
人们长期追寻的开花刺激物质，即开花素(florigen)
(Huang et al., 2005)。FT蛋白与转录因子蛋白 FD相
互作用，共同促进下游成花基因 AP1 (APETALA1)的
表达，从而促进开花(Abe et al., 2005)。逆境是指对植
分子植物育种
Molecular Plant Breeding
物生存与生长发育不利使植物产生伤害的各种环境
因素的总称。植物必须在分子、细胞、生理和生化水
平上响应非生物逆境，获得各种胁迫耐受机制,发生
生理学或形态学的变化，以求在各种环境条件下得
以生存(Yamaguchi-Shinozaki and Shinozaki, 2006)。
植物在逆境下可通过早花尽快完成生活史，以达到
躲避逆境的目的。逆境下植物的开花机理与正常生
长条件类似，譬如牵牛花 FT 同源基因 PnFT 通过
可传导信号的作用参与了株龄或逆境诱导的开花
(Wada and Takeno, 2010)。那么，开花基因 FT是否
参与调控逆境胁迫呢?相关的工作上未见报道。本
文以拟南芥突变体 ft-1为材料，采取了盐、渗透、
铵、硝、混合氮、磷、钾盐等处理，对其在不同逆境胁
迫下的表型进行分析，探索开花基因是否参与植物
的逆境胁迫反应。
1结果与分析
1.1突变体 ft-1对渗透胁迫的响应
长日下，拟南芥幼苗移至普通的 1/2MS固体培
养基上培养 7 d后，突变体 ft-1与野生型 Col-0的
根长相似(图 1A)，两者无显著差异。那么，两者会如
何应对渗透胁迫的呢?本实验因而设计了盐处理和
干旱处理。
盐胁迫是植物最主要逆境因素之一。植物生长
在盐渍条件下，植物生长速度、生物量积累等都会
受到抑制，严重时会导致细胞死亡和促进衰老
图 1甘露醇或 NaCl对拟南芥 10 d龄幼苗主根长度的影响
Figure 1 Effect of Mannitol and NaCl on the primary root length of 10 d seedlings of Arabidopsis
339
(Zhu, 2000)。在盐处理中，低盐只抑制了野生型的
根长。而高盐(150 mmol/L)对两者均抑制，但与低
盐胁迫相反的是，对突变体的抑制更明显(图 1B)；
高盐及低盐胁迫下，突变体根长与野生型相比均表
现出极显著差异(图 1D)；更高浓度(250 mmol/L)的
NaCl 对突变体与野生型的生长均产生了极大威
胁，而突变体表现的比野生型更耐盐，因为在这种
条件下，突变体普遍较绿。这些结果表明 FT 基因
参与抗盐胁迫反应，但是，对于不同的盐浓度，反应
的机理可能有差异。
盐胁迫对植物细胞伤害可由离子胁迫和渗透胁
迫引起(Zhu, 2002; Xiong et al., 2002)。为确定 ft-1对
盐胁迫的敏感是否由渗透胁迫引起，对其进行渗透
处理。结果显示，渗透胁迫同时抑制突变体与野生型
根的生长，在高浓度下更为明显，但是突变体和野生
型没有明显的表型差异(图 1C;图 1E)。显然，开花基
因 FT可能与植物抵御渗透胁迫反应关系不密切。
1.2突变体 ft-1对营养胁迫的响应
在各种营养元素之中，氮、磷、钾三种是植物需
要量较多的营养元素，是最主要的植物营养元素。因
此本实验对氮磷钾进行了逆境处理。
由于植物体吸收氮元素主要有硝态氮与铵态氮
两种形式。我们将供氮形式分成了铵盐，硝盐，及混合
氮盐硝酸铵三种，均做了浓度梯度处理。高铵处理使
植物根系粗短，主根和侧根长度降低(李保海和施卫
明, 2007; Cao et al., 1993;赵学强和施卫明, 2007)。从
我们的铵盐处理上看，铵盐抑制了 ft-1突变体与野生
型根的生长，且高浓度铵盐(300 mmol/L)的抑制更强，
不仅根长严重受抑制，子叶也出现了黄化(图 2A)。浓
度梯度铵盐处理下 Col-0与 ft-1根长均无明显差异
(图 2D)。高浓度硝盐从整体上抑制侧根原基继续发育
从而导致侧根数量减少，但并不影响主根(Zhang et al.,
1999; Zhang et al., 2007; Signora et al., 2001)。
我们的实验结果与之不同，在高浓度硝酸盐
(300 mmol/L) 处理中抑制野生型与突变体 ft-1根的
生长(图 2B)，两者根长并无显著差异(图 2D)。硝酸盐
抑制突变体 ft-1 根的生长，但中浓度(60 mmol/L)、
低浓度(12 mmol/L)硝酸盐却能促进野生型根的生长
(图 2B)。因而野生型根长明显长于突变体，达到了极
显著差异(图 2D)。铵盐与硝盐对 ft-1的生长产生了
不同的效应，那铵态氮和硝态氮的 1:1的混合氮盐
NH4NO3会有什么反应呢?中浓度(30mmol/L)、低浓度
(6 mmol/L)的硝酸铵对两种材料根生长的抑制程度
在单独的铵盐与硝盐之间(图 2D)。与硝盐不同的是
在硝酸铵处理下突变体的根长比野生型要长(图 2C)，
在低浓度下两份材料根长的差异更显著(图 2D)。高
硝酸铵盐(150 mmol/L)使突变体与野生型根的生长
均受到极大抑制，根几乎没有生长(图 2C)。因此，突
变体 ft-1对铵盐胁迫不敏感，对硝酸盐胁迫高度敏
感，对混合氮盐硝酸铵胁迫的敏感可能是硝酸盐胁
迫的影响。
氮、磷与钾元素是植物体所必需的最重要大量
元素之一，参与多种生命过程。磷盐与钾盐胁迫均会
抑制突变体与野生型根的生长。低磷(10 μmol/L)与
中磷(1 mmol/L)处理下突变体根的生长受到的抑制
比突变体的更明显(图 3A)，且中磷处理下两者根长
的差异更明显，达到了显著差异水平(图 3C)。高磷
(5 mmol/L)处理对根生长的抑制较弱，突变体的根长
略长于野生型(图 3A)。与低磷与中磷处理相反，低钾
(80 mmol/L)与中钾(400 mmol/L)处理下野生型的根
略短于突变体 ft-1(图 3B)，中钾胁迫下也达到了显
著差异(图 3D)。高钾(1.2 mol/L)处理使拟南芥的生长
受到明显胁迫，根几乎不生长，子叶均很快变黄、白，
最后死亡(图 3B)。从统计上看，突变体更不耐钾盐。
突变体 ft-1对磷钾胁迫敏感。
1.3突变体 ft-1地上部对盐溶液的响应
突变体 ft-1对非生物逆境的响应是否只体现在
根的形态上? 我们采用砂培的方法研究了在不同盐
处理的浇灌下，突变体 ft-1地上部的生长与野生型
之间的差异。将长日下在 1/2MS培养基上培养 4 d
的突变体 ft-1与野生型 Col-0移至蛭石与石英砂混
匀(1:1)的基质中，每隔 2 d 浇灌 5 mmol/L的 NaCl、
NaH2PO4、KCl、NaNO3、KNO3、(NH4)2SO4、NH4NO3 盐
溶液。不论哪种处理，生长到 10 d的突变体和野生型
地上部都没有明显差异。但是生长到 20 d，NaCl促
进了野生型地上部的生长，而 NaH2PO4则促进了
ft-1突变体的地上部的生长(图 4A)。其余的盐处理
对 ft-1突变体与野生型地上部生长的影响无明显差
异(图 4A;图 4B)。
2讨论与结论
模式植物拟南芥被广泛用于植物对非生物胁迫
的研究。多项研究结果显示植物在盐胁迫条件下的
信号传导途径是一个复杂的过程。植物的胁迫反应
与开花有着密切的关系 (Yamaguchi-Shinozaki and
Shinozaki, 1994)。在本研究中，拟南芥 ft-1突变体与
拟南芥 ft-1突变体对非生物胁迫的响应
Response of the Arabidopsis ft-1 Mutant to Abiotic Stresses 340
分子植物育种
Molecular Plant Breeding
图 2不同供氮形式对拟南芥 10 d龄幼苗主根长度的影响
Figure 2 Effect of different nitrogen on the primary root length of 10 d seedlings of Arabidopsis
野生型相比，在应对盐胁迫时产生极显著差异，低盐
胁迫时突变体根长明显长于野生型，高盐胁迫则与
之相反。表明不同盐浓度下的 FT的作用机理有差
异。而 ft-1突变体在应对渗透胁迫时，只在高浓度时
敏感，表明拟南芥 ft-1突变体对盐胁迫的敏感可能
与渗透胁迫反应的原理不同。
拟南芥 ft-1突变体根的生长对不同的氮源响应
不同。硝酸盐抑制突变体 ft-1根的生长，但中、低浓
度硝酸盐促进野生型根的生长，高浓度也抑制野生
型根的生长。说明 FT基因的突变导致根对硝酸盐的
更敏感。而不同浓度铵盐严重抑制突变体与野生型
根的生长，但二者根长之间却无显著差异。当铵盐与
硝盐同时存在时，根长的变化在单独硝盐与铵盐处
理条件下之间。表明 FT基因与硝盐胁迫有关，而与
铵盐胁迫关系不大，即 FT基因可能参与硝酸盐还原
过程的调节。
ft-1突变体和野生型的地上部生长与根相比，对
各种胁迫处理的反应没有显著差异，只有在 NaCl和
341
图 3 KH2PO4或 KCl对拟南芥 10 d龄幼苗主根长度的影响
Figure 3 Effect of KH2PO4 or KCl on the primary root length of 10 d seedlings of Arabidopsis
NaH2PO4处理时有差异。
本文结果初步证实，开花基因 FT参与多种逆境
胁迫反应，而且在根中的作用较明显。但是，其作用
机理有待进一步深入研究。
3材料与方法
3.1材料
本文使用 FT突变体 ft-1是将 Ler背景下的 ft-1
与 Col-0野生型杂交，并回交到 Col-0背景下产生
的 Col-0 背景的 ft-1 突变体；拟南芥 (Arabidopsis
thaliana)野生型用 Columbia-0 (Col-0)生态型。
3.2材料处理与种植
对拟南芥种子采用 MS固体培养基培养。将拟
南芥种子分别经过 75%的乙醇漂洗 1 min 和 100%
乙醇漂洗 1 min后，在超净工作台里吹干，将种子播
放在 1/2MS固体培养基表面，封口后于 4℃黑暗处理
3 d放入长日下，培养 4 d。将一部分于普通 1/2MS固
体培养基上的拟南芥突变体 ft-1和野生型 Col-0移
到不同逆境的固体培养基上进行逆境处理，每个处
理 3个重复，培养进行 7 d后，拍照并统计根长，对取
得的数据做差异显著性分析。另一部分移栽到蛭石
与石英砂混匀(1:1)的小花盆中，用 5 mmol/L不同的
盐溶液进行浇灌处理，每 10 d进行拍照，观察突变体
ft-1和野生型 Col-0的生长状况。
3.3盐胁迫与干旱胁迫
主要参照文献(Yamaguchi-Shinozaki and Shino-
zaki, 1994)进行(有改动)。在培养基中添加甘露醇模
拟干旱胁迫，添加 NaCl模拟盐胁迫。MS培养基(3%
蔗糖, 0.9%琼脂粉, 1×MS (Murashigeand Skoog)盐和
维生素 , pH 用 NaOH 调至 5.7) 在灭菌之前分别将
NaCl与甘露醇添加进去, 使得 NaCl 终浓度分别为
0、50 mmol/L、100 mmol/L、50 mmol/L和 250 mmol/L，
甘露醇终浓度分别为 0、100 mmol/L和 300 mmol/L。
拟南芥 ft-1突变体对非生物胁迫的响应
Response of the Arabidopsis ft-1 Mutant to Abiotic Stresses 342
分子植物育种
Molecular Plant Breeding
图 4不同种类的盐溶液对拟南芥幼苗地上部生长的影响
Figure 4 Effect of different salts on the aboveground growth of seedlings of Arabidopsis
高压蒸汽灭菌(121℃, 20 min)后分装到培养皿中。待
培养基凝固吹干，于 4℃保存。
3.4营养胁迫
按 MS 培养基的配方配出无氮的大量元素母
液，按 MS培养基的配制方法配制培养基，灭菌前加
入 NH4Cl、KNO3、NH4NO3 使前两者的浓度均达到
12 mmol/L、60 mmol/L、300 mmol/L三个梯度，后者
浓度达到 6 mmol/L、30 mmol/L、150 mmol/L。pH调
到 5.7后进行高温灭菌(121℃, 20 min)后分装到培养
皿中。待培养基凝固吹干，于 4℃保存。
按上述方法配制磷钾逆境的固体培养基平板。
其中 NaH2PO4 的浓度达到 10 μmol/L、1 mmol/L、
5 mmol/L 三个梯度 ，KCl 的浓度达到 80 mmol/L、
400 mmol/L、1.2 mol/L。
3.5盐溶液配制
配制 5 mM/L 的 NaCl、NaH2PO4、KCl、NaNO3、
KNO3、(NH4)2SO4、NH4NO3盐溶液。
作者贡献
傅永福、李艳玲是本研究的实验设计和实验研
究的执行人；李艳玲、张晓玫完成数据分析，论文初
343
稿的写作；陈新建参与实验设计，试验结果分析；傅
永福是项目的构思者及负责人，指导实验设计，数据
分析，论文写作与修改。全体作者都阅读并同意最终
的文本。
致谢
本研究由自然科学基金(31000680)资助。感谢实
验室的各位老师同学对我一直以来的关心与帮助，
特别是范成明老师和徐坤在实验过程中给予了我极
大的帮助。
参考文献
Abe M., Kobayashi Y., Yamamoto S., Daimon Y., Yamaguchi A.,
Ikeda Y., Ichinoki H., Notaguchi M., Goto K., and Araki T.,
2005, FD, a bZIP protein mediating signals from the floral
pathway integrator FT at the shoot apex, Science, 309
(5737): 1052-1056
Cao Y., Glass A.D., and Crawford N.M., 1993, Crawford NM.
Ammonium inhibition of Arabidopsis root growth can be
reversed by potassium and by auxin resistance mutations
aux1, axr1,and axr2, Plant Physiol., 102(3): 983-989
Huang T., B觟hlenius H., Eriksson S., Parcy F., and Nilsson O.,
2005, The mRNA of the Arabidopsis gene FT moves from
leaf to shoot apex and induces flowering, Science, 309
(5741): 1694-1696
Li B.H., and Shi W.M., 2007, Effects of elevated NH4+ on ara-
bidopsis seedlings different in accessions, Turang Xuebao
(Acta Pedologica Sinica), 44(3): 508-515 (李保海,施卫明,
2007,拟南芥幼苗对高 NH4+ 响应的特征及不同生态型间
的差异,土壤学报, 44(3): 508-515)
Signora L., De Smet L., Foyer C.H., and Zhang H., 2001, ABA
plays a central role in mediating the regulatory effects of
nitrate on root branching in Arabidopsis, Plant J., 28 (6):
655-662
Wada K.C., and Takeno K., 2010, Stress-induced flowering,
Plant Signal. Behav., 5(8): 944-947
Xiong L., Schumaker K.S., and Zhu J.K., 2002, Cell signaling
during cold , drought , and salt stress , Plant Cell , 14(S):
165-183
Yamaguchi-Shinozaki K., and Shinozaki K., 1994, A novel
cis-acting element in an Arabidopsis gene is involved in
responsiveness to drought, low-temperature, or high-salt
stress, Plant Cell, 6(2): 251-264
Yamaguchi-Shinozaki K., and Shinozaki K., 2006, Transcrip-
tional regulatory networks in cellular responses and tolerance
to dehydration and cold stresses, Annu. Rev. Plant Biol., 57:
781-803
Zhang H., Jennings A., Barlow P.W., and Forde B.G., 1999, Dual
pathways for regulation of root branching by nitrate, Proc.
Natl. Acad. Sci., USA, 96(11): 6529-6534
Zhang H., Rong H., and Pilbeam D., 2007, Signalling mecha-
nisms underlying the morphological responses of the root
system to nitrogen in Arabidopsis thaliana, J. Exp. Bot., 58
(9): 2329-2338
Zhao X.Q., and Shi W.M., 2007, Dynamic responses of rice in
root growth to different NH4+ and NO3- supply, Turang
(Soils), 39(5): 766-771 (赵学强,施卫明, 2007,水稻根系生
长对不同氮形态响应的动态变化,土壤, 39(5): 766-771)
Zhu J.K., 2000, Genetic analysis of plant salt tolerance using
Arabidopsis, Plant Physiol., 124(3): 941-948
Zhu J.K., 2002, Salt and drought stress signal transduction in
plants, Annu. Rev. Plant Biol., 53: 247-273
拟南芥 ft-1突变体对非生物胁迫的响应
Response of the Arabidopsis ft-1 Mutant to Abiotic Stresses 344