全 文 ：·园林花卉· 北方园艺 2008(4):148～ 151
第一作者简介:张睿鹂(1979-),女 ,在读博士, 研究方向中国野生
花卉种质资源的保护和创新。
基金项目:国家自然科学基金资助项目(2004BA525B11)。
收稿日期:2007-10-17
Ca2+处理对滇北球花报春耐热性的影响
张 睿鹂 , 蔡 　明 , 张 启翔
(北京林业大学园林学院,北京 100083)
　　摘　要:分别以 5 、10 、20mmol/L 的CaCl2溶液喷洒滇北球花报春 1 a生幼苗叶片 10 d后 ,将
其幼苗置于人工气候箱进行 12 h的42℃高温胁迫 ,每隔 3 h测定幼叶相关的生理指标 ,并于10 d
后测定其热害指数。结果表明:Ca2+处理 20mmol/ L能有效抑制高温胁迫引起的滇北球花报春
幼苗叶片内丙二醛含量的快速积累 ,促进叶片内游离脯氨酸含量的积累 ,同时提高和保护 Ca2+-
ATPase 的活性 ,并使热害指数降低近 40%。Ca2+处理能一定程度提高滇北球花报春的耐热性。
关键词:滇北球花报春;Ca2+;生理指标;耐热性
中图分类号:S 685.18;S 143.7+2　文献标识码:A　文章编号:1001-0009(2008)04-0148-04
　　滇北球花报春(Primula denticulata ssp.sinodentic-
ulata)是著名的高山花卉 ,其早春蓝紫色球状花序具有
良好的观赏价值 ,既可以应用于岩石园 、高山园 ,也可以
盆栽观赏 ,具有较高的引种驯化价值。在其长期的引种
栽培中发现 ,夏季持续高温是影响其成活的关键因子 ,
利用有效的措施提高滇北球花报春的耐热性对其引种
成功具有重要的指导意义[ 1] 。
研究表明:在植物体中 ,Ca2+不仅是一种重要的矿
质营养元素 ,还可以作为偶联胞外信号与胞内生理生化
反应的第二信使[ 2] 。细胞质中 Ca2+浓度的改变是植物
细胞感受并传导外界逆境信号的一个中心环[ 3-4] 。近年
来研究还发现 ,Ca2+参与多种逆境胁迫过程如低温胁
迫、盐胁迫、氧胁迫 ,施用外源钙能够有效提高植物的抗
逆性[ 5-7] 。在植物耐高温胁迫研究方面 ,Gong 等认为
Ca
2+参与了植物耐热性的诱导过程[ 8] ,张宗申 、王光等
认为 Ca2+处理能增强植物的耐热性[ 9-11] 。研究组用不
同浓度的 CaCl2溶液处理滇北球花报春幼苗 ,测定其相
关的生理指标和热害指数的变化 ,为其抗高温胁迫研究
提高一定的实践基础。
1　材料和方法
1.1　植物材料
试验用的滇北球花报春幼苗是由野外(云南丽江地
区)采收的种子进行播种。2006年9月中下旬在北京林
业大学胖龙温室进行穴盘播种 ,2周后移栽至直径 8 cm
的营养钵 ,6～ 8片真叶时移苗上盆 ,盆基质为草炭土∶
珍珠岩=4∶1。期间根据不同的季节和温室的条件进
行常规的养护管理和病虫害防治。植物休眠季 ,严格控
制肥水 ,以植物不出现萎蔫现象为上限。植物生长季用
Hogland配方的标准营养液进行施肥 ,一般 15天施肥1
次。从 5月份开始 ,进入夏季管理。期间每天早晚喷水
以增加温室湿度 ,水分管理以见干见湿为主。
1.2　处理方法和取样
用清水(对照)和 3种不同浓度的CaCl2溶液于每天
下午 19时在温室进行叶面喷施。连续喷施 10 d。第 11
天各选取生长状态一致的 30株幼苗置于人工气候箱中
进行高温胁迫。设置温度 42℃,光照强度 10 000 lx ,处
理时间 12 h。每间隔 3 h取幼嫩的叶片进行 1次相关生
理指标的测定 ,每次10株。第21天进行热害指数的统
计和计算。6～ 8月份连续进行 3次喷施和指标的测定 ,
期间各间隔 20 d。3 种 CaCl2溶液的浓度分别为:
5 mmol/L(pH 6.5)、10 mmol/L(pH 6.5)、 20 mmol/ L
(pH 6.5)。
1.3　生理指标的测定
丙二醛含量的测定参照汤章城的方法[ 12] 。脯氨酸
含量的测定采用茚三酮比色法测定[ 12] 。Ca2+-ATPase
酶活性的测定采用叶绿体偶联法测定[ 12] 。
1.4　热害指数的计算
参考罗少波的方法(1996)将高温伤害程度划分为
如下 5级:0级为无热伤害症状;1级为 1 ～ 5片叶变黄;
2级5 ～ 10片叶变黄 ,1 ～ 3片叶枯死;3级多于 10片叶
变黄;4级整株枯死。热害指数由下公式计算 ,其中 x代
表热害级数 , xi代表该 x热害级数下植株的数量 , A代
表出现热害的最高级数 , N代表调查的总株数。
热害指数=∑(x ×xi)
A×N ×100。
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北方园艺 2008(4):148 ～ 151 ·园林花卉 ·
　　　图 1　7 月8 日42℃高温胁迫下 Ca2+处理对　　　　　　　　　　　　　　图 2　7月28 日42℃高温胁迫下 Ca2+处理对
滇北球花报春叶片丙二醛含量的影响 滇北球花报春叶片丙二醛含量的影响
2　结果与分析
2.1　Ca2+处理对滇北球花报春叶片丙二醛含量的影响
　　7月8日的结果表明:在连续12 h的高温胁迫中 ,对
照丙二醛含量增幅近 100%,而处理 2和处理 3的增幅
分别为 70%和 46%。7月 28日的结果是对照丙二醛含
量增幅近 120%,而处理 2和处理 3的增幅分别为 90%
和70%,8月 17日的结果和 7月 28日接近。在整个过
程中 ,Ca2+处理1(5mmol/L)和对照的结果非常接近 ,不
能抑制丙二醛的快速积累。Ca2+处理 2(10mmol/ L)和
Ca
2+处理 3(20mmol/L)能从一定程度上抑制丙二醛的
快速积累 ,尤其 Ca2+处理 3(20 mmol/ L)的差异显著
(P<0.05)。
2.2　Ca2+处理对滇北球花报春叶片游离脯氨酸含量影响
7月8日的结果表明:高温胁迫下植物叶片内的游
离脯氨酸含量呈上升趋势。高温胁迫开始时 ,对照和3
种处理的脯氨酸含量集中在较低水平0.1μg/g ,12 h后 ,
分别上升至0.27 、0.28 、0.33、0.44μg/g ,其中处理3的增
幅最大。对照和处理 3的方差分析表明差异显著(P<
0.05)。7月28日的结果也表明:高温胁迫初期 ,对照和
3种处理的脯氨酸含量集中在较低水平 0.14μg/g ,12 h
后 ,分别上升至0.38 、0.40、048 、0.59μg/g ,其中处理3的
增幅最大。对照和处理 3的方差分析表明差异显著
(P<0.05)。8月 17日的脯氨酸含量变化与前两类类
似 ,对照和处理 3的方差分析表明差异显著(P<0.05)。
　　　图 3　8 月17 日42℃高温胁迫下 Ca2+处理对　　　　　　　　　　　　图 4　7 月8 日42℃高温胁迫下 Ca2+处理对
滇北球花报春叶片丙二醛含量的影响 滇北球花报春叶片脯氨酸含量的影响
2.3　高温胁迫下 Ca2+处理对滇北球花报春叶片 Ca2+-
ATPase 酶活性的影响
　　7月8日的结果表明:高温胁迫前 ,处理 3叶绿体
Ca2+-ATPase 活性是对照组的 1.15倍;经高温胁迫后 ,
对照组和处理组叶绿体 Ca2+-ATPase 活性在热胁迫初
期均呈上升趋势 ,6 ～ 9 h后开始下降。热激 12 h后 ,对
照组叶绿体 Ca2+-ATPase 活性是热胁迫前的 1.25倍 ,
处理 3是热胁迫前的1.9倍 ,方差分析表明 ,Ca2+处理 3
与对照相比呈显著差异(P<0.05)。7月 28日的结果是
热激12 h后 ,对照组叶绿体Ca2+-ATPase 活性是热胁迫
前的 1.07倍 ,处理3是热胁迫前的 1.5倍 ,方差分析表
明 ,Ca2+处理3与对照相比差异不显著。8月 17日的结
果是热激 12 h后 ,对照组叶绿体Ca2+-ATPase 活性是热
胁迫前的 0.96倍 ,处理 3是热胁迫前的1.69倍 ,方差分
析也表明Ca2+处理 3与对照相比差异显著(P<0.05)。
　　由图 7 ～ 9可知 ,外源 Ca2+处理可显著提高 Ca2+-
ATPase 活性 ,虽然在高温胁迫 6 h 或 9 h后 Ca2+-AT-
Pase 活性开始呈现下降的趋势 ,但仍显著高于高温胁迫
的初期。
2.4　高温胁迫下Ca2+处理对滇北球花报春热害指数的
影响
高温情况下 ,植株的外部形态发生的一系列的变化
是植物对高温胁迫最直接的反应。对多数植物而言 ,植
株或叶片失绿变黄乃至萎蔫枯萎是高温热害的主要症
状 ,对滇北球花报春而言 ,情况也类似。夏季随着温度
的升高(高于30℃),滇北球花报春外部形态变化首先表
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现为叶片失水 ,植株萎蔫下垂;其次基部 3 ～ 5枚叶片边
缘开始变黄 ,然后蔓延到整个叶片;随高温加剧有半数
以上的叶片出现萎蔫 ,同时部分萎蔫的叶片枯死;最严
重时整株枯死。随着夏季温度的升高和高温持续时间
的累积 ,滇北球花报春的热害指数呈现逐渐上升的
趋势。
　　　　图5　7月 28日 42℃高温胁迫下Ca2+处理对　　　　　　　　　　　　图6　8月 17日 42℃高温胁迫下Ca2+处理对
滇北球花报春叶片脯氨酸含量的影响 滇北球花报春叶片脯氨酸含量的影响
　　　　图7　7月 8日 42℃高温胁迫下Ca2+处理对滇北　　　　　　　　　　　图 8　7月28 日42℃高温胁迫下 Ca2+处理对滇北
球花报春叶片Ca2+-ATPase 活性的影响 球花报春叶片 Ca2+-ATPase 活性的影响
　　7月17日对照和3种不同 Ca2+处理的热害指数分
别是 31.67%、30%、28.33%、26.67%,集中在 30%左右 ,
由于北京刚进入夏季高温 ,持续时间不长 ,无明显差别。
8月6日对照上升至 47.5%,3种处理分别上升至 45%、
43.33%和40%,受夏季持续高温的影响 ,分别有不同程
度的上升。8月 26日 ,对照上升至 73.33%,3种处理分
别上升至 70.83%、64.17%和 52.5%,处理 1和对照的
上升程度基本一致 ,而处理 2和处理 3的上升程度较对
照略缓慢。整个观测过程种 ,对照的热害指数从开始的
31.67%增至 73.33%,处理3从26.67%增至 52.5%,热
害指数降低近 40%。方差分析表明 ,处理 3和对照相
比 ,差异显著(P<0.05)。外源Ca2+处理(20mmol/L)能
有效降低植株的热害指数 ,提高植株越夏的成活率。
　　　　　　图 9　8月 17日 42℃高温胁迫下Ca2+处理对滇　　　　　　　　　　　图 10　7～ 8月 42℃高温胁迫下 Ca2+处理
球花报春叶片Ca2+-ATPase 活性的影响 对滇北球花报春热害指数的影响
3　讨论
植物器官在逆境条件下遭受伤害时 ,往往发生膜脂
过氧化作用而产生丙二醛(MDA),其含量高低常用来说
明过氧化作用的程度。比较高温胁迫下对滇北球花报
春叶片丙二醛含量的变化发现:常温下滇北球花报春叶
片的丙二醛含量较低 ,高温胁迫引起滇北球花报春叶片
中丙二醛的积累 ,且随着处理时间的延续 ,丙二醛含量
逐渐升高。外源Ca2+处理能从一定程度上抑制丙二醛
的快速积累 ,降低高温下膜脂的过氧化程度。
游离脯氨酸普遍存在于植物体内。一般来说 ,植物
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体内的游离脯氨酸含量不高 ,只占总游离氨基酸的百分
之几 ,但植物受到逆境胁迫时 ,游离脯氨酸含量会大量
增加。有研究指出 ,在高温环境中 ,植物体内游离脯氨
酸的增加 ,是由于其体内水分亏缺引起的。因为脯氨酸
的水合能力较强 ,水分亏缺时积累的游离脯氨酸可作为
一种溶质来调节细胞水分环境的变化 ,同时积累的脯氨
酸还可作为胁迫时能量和氨源的贮存库在解除胁迫后
直接参与植物的代谢。推测外源 Ca2+处理可能通过调
节植物细胞水分的变化来增强植物的耐热性。
植物细胞对逆境的应答主要包括逆境信号的传递
和各相关功能蛋白运作两部分。Ca2+-ATPase 是植物
叶绿体内一种与叶绿体膜结合的复合蛋白 ,它在催化光
合磷酸化和调节叶绿体内Ca2+水平等方面起着重要作
用 ,在细胞内分布广泛。Ca2+-ATPase 可调节胞内Ca2+
浓度 ,维持胞质中Ca2+的稳态平衡 ,而胞质中 Ca2+的稳
态平衡是细胞生理活动得以正常进行的必要条件。该
研究表明 Ca2+-ATPase 参与滇北球花报春对高温逆境
的表达 ,推测初始的高温胁迫Ca2+对Ca2+-ATPase 属于
正向调控 ,即通过促进酶活性推动跨膜转运和 ATP 的
合成 ,同时维持低胞质Ca2+的浓度 ,使植物短时间内的
耐热性增加。但受试验条件的限制 , 12 h 后 Ca2+-AT-
Pase 活性是否继续下降及其下降趋势仍是值得深入研
究的问题。同时 ,由于没有进行细胞定位 ,无法全面评
价Ca2+-ATPase 的动态变化 ,这些问题有待进一步深入
研究。
该研究中 ,采用田间试验中的热害指数来直接说明
植物种类能否耐热。一般来讲田间试验结果容易受年
份和地点的影响 ,重复性较差 ,为保证可靠的结果 ,需要
多年重复鉴定。鉴于滇北球花报春有引种至温室盆栽
观赏的价值 ,在温室进行了热害指数的测定和计算。由
于温室是可控的环境 ,能保证较强的重复性 ,在多组重
复处理的前提下 ,热害指数能较为全面的评价滇北球花
报春的耐热性。
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Effects of Ca2+ on Tolerance of Primula denticulata ssp.sinodenticulata to Heat Stress
ZHANG Rui-li , CAI M ing , ZHANG Qi-xiang
(College of Landscape A rchitecture , Beijing Forestry University , Beijing 100083 , China)
Abstract:After foliar sprayed with 5 、10、20 mmol/L CaCl2 solution each day for 10 days , Primula denticulata ssp.sino-
denticulata seedlings were moved into an incubator controlled at 42℃for 12 hours.In this high temperature period , re-
lated physiological indexes were monitored every 3 hours.Heat harm index were calculated af ter 10 days.Results
showed that Ca2+could inhibit the increase of MDA in the leaves of Primula denticulata ssp.sinodenticulata , and im-
prove the accumulation of proline.Besides Ca2+ could improve and maintain the activity of Ca2+-ATPase and decrease the
high harm index in 40%.Conclusion:Ca2+ could improve the tolerance of Primula denticulata ssp.sinodenticulata to
heat st ress in some extent.
Keywords:Primula denticulata ssp.sinodenticulata;Ca2+;Physiological indexes;Heat tolerance
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