全 文 ：收稿日期:2008-12-08
基金项目:江苏省教育厅自然科学基金(07KJD180125);南京晓庄学院重点学科建设基金(2005NXY01);南京晓庄学院人才科研启动基金
(2008NXY04)
作者简介:陈全战(1965-),男 ,江苏东海人 , 副教授 ,博士 ,主要从事作物生理学和遗传育种学研究。
通讯作者:华　春(1963-),女 ,江苏淮安人 ,教授 ,主要从事植物生理学研究。
钙对盐胁迫下油用向日葵幼苗光合生理特性的影响
陈全战 ,张边江 ,周　峰 ,周泉澄 ,华　春
(南京晓庄学院 生命科学系 ,江苏 南京　210017)
　　摘要:研究了 CaCl2 调控对盐胁迫条件下油葵幼苗耐盐性的影响 , 旨在提高油葵的抗盐性 , 扩大油葵的种植面积 ,
为综合利用沿海滩涂提供理论依据。以杂交油葵G101(Helianthus annuus L.)为试验材料 ,采用砂培法培养油葵幼苗至
四叶两心期 ,用不同浓度 CaCl2(4 , 9 , 19 , 29 mmol/L)对 NaCl(150 mmol/L)的盐胁迫进行调控 , 对照为 1/ 5 Hoagland 营养
液和含150 mmol/ LNaCl的1/ 5 Hoagland营养液。研究了钙对盐胁迫下幼苗油葵生长速率 、净光合速率 、SOD、CAT、POD
活性和 MDA含量影响 。结果显示:150 mmol/ L NaCl的盐胁迫下油葵幼苗生长速率明显降低。在 5 ～ 30 mmol/ L钙处
理后 , 能促进盐胁迫下植物的生长 , 提高油葵幼苗生长速率 ,幼苗叶片的净光合速率也显著增加 , 尤其 20 mmol/ L钙处
理后净光合速率高于 CK 。盐胁迫下10 mmol/L钙离子可明显提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧
化氢酶(CAT)的活性 ,降低植株体内丙二醛(MDA)的含量。综合 CaCl2 调控对 NaCl胁迫下的幼苗各项生理指标的情
况 ,初步认为 150 mmol/ L NaCl胁迫下 , 10 mmol/L CaCl2 可以有效调控油葵幼苗植株生长。
关键词:油葵;盐胁迫;光合速率;生长速率;抗氧化酶
中图分类号:S565.01　　文献标识码:A　　文章编号:1000-7091(2009)02-0149-04
Effects of Supplemental Calcium on Photosynthetic
Characteristics of Oil Sunflower Seedlings
CHEN Quan-zhan , ZHANG Bian-jiang , ZHOU Feng , ZHOU Quan-cheng ,HUA Chun
(Department of Life Science ,Nanjing Xiaozhuang University ,Nanjing　210071 ,China)
Abstract:In order to improve the salt-tolerance and to increase planting area of oil sunflower ,CaCl2 regulation on
salt-tolerance of oil sunflower under salt stress was studied ,providing the theory basis for the comprehensive utilization
of coastal beaches.The hybrid oil sunflower G101 as test materials was cultured in Hoagland nutrient solution.At the
stage of four leaves ,under salt stress the seedling was treated with 4 ,9 ,19 ,29 mmol/L CaCl2 respectively.1/5 Hoagland
nutrient solution and 1/5 of Hoagland nutrient solution containing 150 mmol/L NaCl was used as control.The effects of
different CaCl2 concentrations on seedling growth rate ,net photosynthetic rate(Pn), superoxide dismutase(SOD), catalase
(CAT),peroxidase(POD)activity and malonyldialdehyde(MDA)content of oil sunflower seeding under salt stress were
measured.The results showed that oil sunflower seedling growth rate was decreased significantly under salt stress with 150
mmol/L NaCl.However , treated with 5-30mmol/L calcium , oil sunflower seedling growth rate were all improved and the
net photosynthetic rate(Pn)of oil sunflower increased significantly.Especially under salt stress with 20 mmol/L calcium ,
the Pn were higher than that of control.under the condition of salt stress with 10 mmol/L calcium , the activity of SOD ,
POD and CAT were all increased and the MDA content were decreased in oil sunflower seeding.Therefore ,based on the
results ,10 mmol/L CaCl2 was considered as optimal concentration for regulating plant growth effectively under the salt
stress with 150 mmol/L NaCl at seedling stage of oil sunflower.
Key words:Oil Sunflower;Salt stress;Photosynthetic rate;Growth rate;Antioxidant enzyme
　　盐度(Salinity)是植物生长的一个主要的逆境因
素 , 10 亿 hm2 的盐渍土约占世界陆地面积近
7.6%[ 1] ,盐分胁迫对植物的伤害 ,在很大程度上是
通过破坏质膜的完整性的钙信号系统正常发生和传
华北农学报·2009 , 24(2):149-152
递[ 2] 。钙作为一种重要的细胞膜的保护物质 ,通过
把膜表面的磷酸盐和磷酸脂以及蛋白质的羟基桥连
起来从而维持盐胁迫下细胞质膜 、叶绿体膜和液泡
膜的稳定性[ 3 , 4]以及 ATPase 的活性。钙可以减轻盐
胁迫对小麦造成的伤害 ,维持细胞膜的正常状态 ,保
持质膜超极化状态 ,促进根细胞质膜 K+通道开放
和根对 K+的吸收 ,增强根对钾离子和钠离子的选
择性吸收[ 5] 。
油葵耐寒耐旱 ,耐盐碱耐瘠薄 ,有盐碱地“先锋
作物”的美称[ 6] ,油葵籽实含油率高达 42.9%,油葵
在世界上种植面积仅次于大豆 ,居油料作物第二位 ,
是我国五大油料作物之一[ 7] 。本试验以杂交油葵
G101为材料 ,研究了外源钙对盐胁迫下油葵幼苗生
长速率 、净光合速率 、SOD 、CAT 、POD活性和MDA含
量影响 ,以研究油葵耐盐碱的机理 ,寻找最适 CaCl2
浓度 ,探究通过化学调控提高油葵幼苗的耐盐性方
法 ,以便为耐盐作物的筛选和海水灌溉农业的发展
提供相关依据 ,为解决沿海滩涂如何种植油葵 ,提高
油葵的抗盐性 ,扩大油葵的种植面积 ,为综合利用沿
海滩涂提供理论依据 。
1　材料和方法
1.1　试验材料
试验材料为美国杂交油葵 G101(Helianthus an-
nuus L.)。
1.2　植株培养与试验处理
种子经 0.1%HgCl2 消毒 3 min ,自来水冲洗干
净后浸种 24 h ,后置于恒温培养箱 28℃暗处催芽 ,
选露白一致的种子播于温室装有洗净石英砂的周转
箱中 , 温室温度白天(25±5)℃, 夜晚温度(16±
3)℃。油葵出苗后移入装有洗净砂子的塑料杯中 ,
每杯 1株 ,用 1/5 Hoagland营养液(营养液自身含 1
mmol/L的钙)浇灌。长至四叶两心期 ,用含不同浓
度CaCl2(4 , 9 , 19 , 29 mmol/L)并含 NaCl 150 mmol/L
的1/5 Hoagland溶液处理 ,对照为 1/5 Hoagland营养
液 ,每个处理设置 5个重复。处理期间每 2 d 更换
一次培养液 ,处理 10 d后取样。
1.3　指标测定
1.3.1　生长速率的测定 　将植株样品烘干称重 。
生长速率(GR)=(处理后干质量-处理前干质量)/
处理天数 。
1.3.2　光合作用的测定　用美国 LI-COR公司生
产的 LI -6400 光合仪测定倒 3 叶的净光合速率
(Pn),控制光强在1 000μmol/(m2·s),CO2浓度为340
μmol/L ,O2为 21%,温度为 25℃。
1.3.3　SOD 、POD 、CAT 活性和 MDA 含量测定　剪
取处理后叶片 ,立即投入液氮中贮存。0.5 g 叶片加
少许 PVP 冰浴研磨 ,提取缓冲液为 50 mmol/L pH
7.8 磷酸缓冲液 ,于4℃下 10 000 r/min离心15 min ,
取上清液进行指标的测定。SOD活性测定按 Gian-
nopolitis等[ 8]的方法 ,以抑制 NBT 光化还原的 50%
为 1个酶活性单位。POD活性测定按 Kochba 等[ 9]
的方法 ,以每分钟增加 0.1 OD 值为 1个酶活性单
位。CAT的测定按张宪政等[ 10] 的方法。MDA 含量
测定按 Heath 等[ 11] 的方法测定 。所有测定重复 3
次 ,用SPSS 软件进行统计分析。
2　结果与分析
2.1　不同浓度钙对 NaCl胁迫下油葵幼苗生长的
影响
盐胁迫下 ,油葵幼苗的生长显著下降 ,加入外源
钙后生长速率(以干质量计)总体趋势都是先增加后
降低 。图 1可以看到外加一定浓度的外源 Ca2+(外
加 4 ～ 19 mmol/L)可以提高植株的生长速率 ,当浓度
至30 mmol/L Ca2+时 ,植株生长呈现出降低趋势。
150 mmol/L NaCl的盐分胁迫下浓度10 mmol/L Ca2+
时对提高植株生长最有利 ,但当 CaCl2 的浓度高达
一定的值时 ,可能对植株造成 Ca2+单盐毒害作用。
150 mmol/L NaCl下加入不同深度CaCl2。下同。
Dif ferent concentration of CaCl2 add to 150mmol/ L NaCl.
The same belowed.
图 1　不同浓度钙对盐胁迫下油葵幼苗生长速率的影响
Fig.1　Effects of different CaCl2 concentrations on
growth rate of oil sunflower seedlings under NaCl stress
2.2　不同浓度钙对 NaCl胁迫下油葵幼苗净光合速
率的影响
盐胁迫下 ,油葵幼苗叶片的净光合速率显著下
降 ,外加一定范围浓度的钙 ,幼苗叶片的净光合速率
显著增加 ,钙浓度 20 mmol/L 净光合速率仍高于未
加钙的 ,到30 mmol/L ,净光合速率逐渐降低 ,与未加
外源钙的无显著差异(图 2)。从图 2可以看出钙浓
度为 10 mmol/L 时净光合速率与 CK相当 ,说明 10
mmol/L 浓度最适合。150 mmol/L NaCl处理下 ,有的
150　 华　北　农　学　报 24卷
净光合速率高于 CK ,有可能是盐胁迫下自身适应调
节的一种方式 ,其光合产物被用于自身其他抗盐的
生命活动 ,未用来积累。
图 2　不同浓度钙对盐胁迫下油葵净光合速率的影响
Fig.2　Effects of different CaCl2 concentrations on
Pn of oil sunflower seedlings under NaCl stress
2.3 　不同浓度钙对盐胁迫下油葵 SOD、POD 和
CAT活性以及MDA含量的影响
从图 3-A可以看出 ,Ca2+的调控对油葵中 SOD
的活性均有一定的影响 ,当 CaCl2 浓度为 10 mmol/L
时 ,SOD的活性达到最大值 ,随后有呈现下降的趋
势 ,因此 ,当CaCl2 的浓度在 10 mmol/L 附近可以在
一定程度上提高油葵体内的 SOD活性 。
盐处理时 ,油葵的POD活性显著降低(图 3-B)而
随着外源钙离子浓度的上升 ,POD活性有所上升 ,当浓
度增加到 10 mmol/L 时 ,POD活性最高 ,随后又表现出
下降的趋势。在盐胁迫作用下 ,油葵POD活性被抑制 ,
外加低浓度的 Ca2+后可以适当提高POD活性。
图3-C显示CK和盐处理时CAT 活性最低 ,随着
外源钙离子浓度的增加 ,曲线呈现上升趋势 ,在 10
mmol/L处达到最大。随着钙离子浓度的进一步增加 ,
曲线开始下降 ,CAT 活性降低。
盐处理后油葵的 MDA含量(以鲜质量计)显著升
高 ,随着外源钙离子浓度的上升 MDA含量逐渐降低
(图 3-D),在10 mmol/L处最低 ,随后MDA 有增高 ,说
明10 mmol/L 的 Ca2+能够很好的缓解盐胁迫 ,降低
MDA的含量。
图 3　不同浓度钙对盐胁迫下油葵 SOD(A)、POD(B)和 CAT(C)酶活性以及MDA(D)含量的影响
Fig.3　Effects of different CaCl2 concentrations on the activities of SOD(A), POD(B)and CAT(C)and
MDA contents(D)of oil sunflower seedlings under NaCl stress
3　讨论
光合作用是植物生长发育的基础 ,为植物的生长
发育提供了所需的物质和能量 ,而盐害又严重限制光
合作用和作物产量的提高[12] 。从本试验的结果可以看
出在 150 mmol/L NaCl的盐胁迫下油葵幼苗生长速率
明显降低。在 5～ 30 mmol/L 钙处理后 ,能促进盐胁迫
下油葵的生长 ,10mmol/L Ca2+最适提高植物的生长速
率。NaCl处理下 ,外加一定范围浓度的钙 ,幼苗叶片的
净光合速率显著增加 ,10mmol/L浓度与CK相当 ,而20
mmol/L浓度净光合速率高于CK ,有可能是盐胁迫下自
身适应调节的一种方式 ,其光合产物被用于自身其他
抗盐的生命活动 ,未用来积累。
钙作为一种大量元素对植物生长发育的重要性早
已众所周知。目前 ,诸多研究已证明细胞内 Ca浓度的
变化通过激活 CaM(钙调素)和 CaM结合蛋白而启动一
2期 陈全战等:钙对盐胁迫下油用向日葵幼苗光合生理特性的影响 151　
系列的生理生化反应 ,使 Ca2+在光刺激和光诱导的生
理反应之间充当第二信使 ,并能调节植物生长发育的
各个方面[ 13] 。Koller[ 14]的研究发现 ,在特定条件下(温
度、盐浓度等),如果在周围的土壤或培养基中有可利
用的已有的20 ～ 60mmol/L水平的Ca2+存在 ,种子会萌
发得更好;陈健等[15]亦证明了在0 ～ 40 mmol/L Ca2+水
平下 ,低浓度的Ca2+对玉米种子的发芽和活力均有提
高作用[ 15] 。另外 ,有研究表明 ,低浓度的 Ca2+能促进
水稻糊粉层中α-淀粉酶的合成和分泌 ,Ca2+亦能提
高细胞内 SOD 、POD等酶的活性[ 16] ,这与本研究的结果
相符。随着Ca2+浓度的增加 ,POD 、SOD和 CAT 活性都
呈现先升后降的趋势 ,MDA与此相反 ,而Ca2+浓度升
高导致酶活性出现相反趋势 ,可能是因为外源 Ca2+浓
度过高时 ,会引起细胞反馈调节 ,则起着相反作用 ,对
细胞造成伤害。可能原因是植物细胞中短暂 、瞬息增
加的胞质Ca2+在行使完信使功能后 ,若长时间停留在
胞质内 ,就会造成细胞骨架和膜结构的破坏 ,使细胞膜
透性发生变化 ,最终引起细胞内物质代谢失衡[ 17] ;另
外 ,由于细胞富含磷酸根 ,胞质Ca2+还可以和磷酸根反
应生成沉淀 ,而干扰与磷有关的基础能量代谢系统 ,从
而导致植物发生低温伤害 ,称为钙中毒[18 ,19] 。推测油
葵对盐胁迫因素构成的伤害已形成保护机制有关。
植物的抗盐机理是一个由多基因控制的数量性
状 ,这也决定了抗盐机理的复杂性。本试验仅研究了
钙离子调控对油葵生长速率、光合速率和抗氧化特性
的影响 ,还不能够充分解释钙离子对油葵耐盐胁迫程
度的影响 ,至于其他相关因素的影响作用还有待于进
一步研究。
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152　 华　北　农　学　报 24卷