全 文 ：果 树 学 报 2014，31（5）: 869～872
Journal of Fruit Science
DOI: 10.13925/j.cnki.gsxb.20140136
欧李果实发育中CaM和Ca2+-ATPase
活性的动态变化
马建军，任艳军，张立彬
（河北科技师范学院，河北秦皇岛 066004）
摘 要：【目的】探讨CaM和Ca2+-ATPase对欧李果实发育成熟的调节作用机制。【方法】以野生欧李果实为材料，测定
欧李果实发育成熟过程中CaM含量和Ca2+-ATPase活性的动态变化。【结果】欧李果实发育前期Ca2+-ATPase活性持续
升高，果实发育成熟后期，其活性逐渐降低；果实中CaM含量随果实发育呈持续增加趋势，在果实发育前期和后期均存
在一明显上升期。【结论】果实中CaM含量与Ca2+-ATPase活性变化与欧李果实周年发育特征和钙含量动态变化相对
应。
关键词：欧李；果实发育期；CaM；Ca2+-ATPase；动态变化
中图分类号：S662.3 文献标志码：A 文章编号：1009-9980(2014)05-0869-04
Dynamic changes of CaM Content and Ca2+-ATPase activity during Cera⁃
sus humilis fruit development
MA Jian-jun，REN Yan-jun，ZHANG Li-bin
（Hebei Normal University of Science and Technology，Qinhuangdao，Hebei 066004 China）
Abstract:【Objective】To explore the regulation mechanism of CaM and Ca2+-ATPase on Cerasus humilis
fruit development.【Method】Wild Cerasus humilis was used as test material to investigate，the dynamic
changes of CaM content and Ca2+-ATPase activity during Cerasus humilis fruit development.【Result】The
results showed that in the early period of fruit development，Ca2+-ATPase activity continued to rise，then
the activity decreased gradually with fruit development and maturation. The CaM content showed increase
trend during the fruit development period.【Conclusion】CaM content and Ca2 +-ATPase activity change
corresponds to Cerasus humilis fruit annual development characteristics and calcium content dynamic
changes.
Key words: Cerasus humilis；Friut development stage；CaM；Ca2+-ATPase；Dynamic changes
收稿日期：2014-04-14 接受日期: 2014-07-16
基金项目：河北省自然科学基金（C2008000483）
作者简介：马建军，男，研究员，硕士。主要从事植物营养与果树生理研究，Tel: 0335-8387040，E-mail: kycmjj@163.com
欧李 [Cerasus humilis (Bge) Sok] 是我国特有的
一种野生果树资源，果实中钙尤为丰富[1-2]。研究揭
示欧李钙素营养吸收累积特性，对其开发利用具有
重要意义。已有研究结果表明，欧李果实发育中钙
累积与不同形态钙含量变化密切相关，果实幼果细
胞分裂期主要以果胶钙形态积累为主，而果实成熟
细胞膨大期以水溶钙形态积累为主[3]。研究证实，果
肉细胞中具有生理活性的可溶性钙（包含游离钙和
松弛结合钙）往往受Ca2+-ATPase的调节[4-5]，在维持
胞内外Ca2+离子平衡，提高植物抗逆性及维持细胞在
逆境条件下的正常生长发育等方面起着重要作用[6]。
钙调素(CaM)是一种广泛存在于生物体的Ca2+结合
蛋白，作为偶联胞外信号和胞内生理生化反应的第
二信使，成为植物代谢和发育的调控者 [7- 8]。有关
Ca2+-ATPase和CaM对欧李果实发育成熟调节和参
与钙素代谢的研究报道甚少。本研究以野生欧李果
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实为材料，对欧李果实发育成熟过程中CaM含量和
Ca2+-ATPase活性的动态变化进行研究，旨在探明
CaM和Ca2+-ATPase对欧李果实成熟的调节作用以
及钙素代谢机制提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 材料
欧李来源于河北科技师范学院园艺科学试验站
野生欧李资源圃内，树体丛生，株高70～80 cm，4月
中旬左右开花，8月底左右果实成熟，单果质量 5 g
左右，株龄10 a生。
1.2 方法
选择遗传表型性状（主要包括果实和叶片大小
及形状、果实成熟期和果实产量等）相对一致的野生
欧李植株，单株（丛）小区，3次重复。于终花后15 d
开始，每隔 15 d采样品 1次，直至果实成熟（花后 90
d），共采集样品6次。每株丛采集果实50～80个，然
后用样品袋存放于低温冰箱中（-76 ℃）保存待测。
Ca2+-ATPase酶液的提取及活性测定分别参照
樊秀彩等[9]文中的酶液提取方法和李杨瑞[10]文中的
测定方法；钙调蛋白(CaM)的测定参照罗充等[11]文中
的方法。
试验结果统计分析采用 SPSS17.0分析软件完
成，差异显著性分析采用Duncan新复极差检验。
2 结果与分析
2.1 CaM含量的动态变化
图 1结果显示，欧李果实发育中CaM含量随果
实生长发育进程呈持续增加的趋势，其中在果实发
育前期和后期均有一个明显的快速增长，花后 45 d
较花后 15 d增加了 30.19%（P＜0.05），花后 90 d较
花后 60 d增加了 21.28%（P＜0.05），其动态变化与
欧李果实生长发育成熟呈典型的双S型曲线特征和
果肉中钙素累积变化一致[12，3]。
2.2 Ca2+-ATPase活性的动态变化
图2结果显示，欧李果实发育中Ca2+-ATPase活
性的动态变化表现为果实发育前期呈明显上升趋
势，果实发育后期呈明显下降趋势，其中花后 45 d
Ca2+-ATPase活性上升至最高值，较花后15 d增加了
109.88 %（P＜0.01）；进入果实发育后期Ca2+-ATPase
活性持续下降，花后90 d较花后45 d下降了58.74%
（P＜0.01），其动态变化与果肉中总钙含量和不同形
态钙（除水溶性钙形态外）含量变化基本一致[3]。
3 讨 论
研究发现，细胞钙信使(Calcium messenger)组分
主要包括Ca2+、钙调蛋白(Calmodulin，CaM)和膜系统
主动运输钙的Ca2+-ATPase[13-14]。Ca2+ 作为植物细胞
偶联细胞外的信息和细胞内生理生化反应的第二信
使，与CaM 结合而激活一系列植物代谢酶的细胞反
应，调控植物生命代谢及基因表达，同时Ca2+-CaM
在细胞分裂与伸长、蛋白质磷酸化、光合作用、呼吸
作用等方面起着重要作用[7-8，15]。据张立彬等[12]研究
提出，欧李果实周年生长发育呈典型的双S曲线，可
明显划分为幼果膨大期（5月中旬至6月上旬）、硬核
期（6月中旬至7月上旬）、成熟增长期（7月中旬至8
月上旬）3个生长发育阶段。研究结果显示，欧李果
实发育初期（幼果膨大期），细胞分裂旺盛，果肉中总
Ca含量、不同形态钙含量（除水溶钙外）和CaM含量
变化趋势一致[3]，均处于较高浓度水平的快速增长；
图1 CaM含量的动态变化
Fig. 1 The dynamic changes of CaM content during
Cerasus humilis fruit development
CaM
含
量
CaM
con
tent
/(ng
·g-1
)
花后时间 Time after flowering/d
图2 Ca2+-ATPase活性的动态变化
Fig. 2 The dynamic changes of Ca2+-ATPase activity during
Cerasus humilis fruit development
Ca2+
-AT
Pas
e活
性
Ca2+
acti
vity
/(μm
ol·m
g-1 ·
min
-1 )
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花后时间 Time after flowering/d
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5期 马建军等:欧李果实发育中CaM和Ca2+-ATPase活性的动态变化
而在果实发育的缓慢生长期（硬核期），钙吸收和
CaM含量变化趋于平缓或缓慢下降；进入果实发育
后期（成熟增长期），果实中持续增加的CaM含量与
果肉中不同形态的钙含量（除水溶钙外）和总钙含量
的下降趋势相对应[3]。表明在欧李果实发育的前期，
细胞分裂与Ca2+和CaM的含量增长有关，也就是说
由于受激素等因素的影响，引起果肉细胞内Ca2+离子
浓度增加，使其与CaM结合形成了活性Ca2+-CaM的
复合体，激活体内的生理代谢酶活性，促进和加速
果肉组织的细胞分裂，促使果实横纵径和体积的第
一次快速发育；进入果实发育中期，果实细胞分裂速
度减缓，相应果实大小增速减缓，Ca2+-CaM复合体
维持并调控体内的生理代谢进程；而到果实发育后
期，果肉细胞伸长生长并快速膨大，从果肉细胞的增
殖转向细胞内物质的转化和营养物质的积累，此阶
段果肉细胞中总Ca含量、不同形态钙含量呈下降趋
势，而CaM 的含量处于较高的浓度水平。由此可以
推断，Ca2+和CaM参与欧李果实发育成熟的生理调
控，发育前期细胞分裂加速需要较高浓度的Ca2+作
用，而发育后期细胞膨大可以在较低浓度的Ca2+作
用下即可完成，与文献[16]研究结论基本一致。
Hepler等 [8] 研究认为，植物细胞在分生细胞时
期，胞外激素可以引起胞内 Ca2+的增加，而增加的
Ca2+又可以通过促进细胞有丝分裂器的形成和纺锤
丝微管的解组装而引发细胞的有丝分裂，Ca2 +-
ATPase的增加可能是对果肉细胞中Ca2+增加的一种
应激反应。这在欧李果肉细胞增殖过程中已得到证
实，在果实发育中前期，果肉细胞中总钙含量、不同
形态钙含量（水溶钙除外）和Ca2+-ATPase活性变化
均有同步的快速增长[3]。该阶段果肉细胞正处于旺
盛的细胞分裂期，果肉细胞中增加的Ca2+将激活细
胞核内的Ca2+-ATPase，通过分解ATP为细胞分裂增
殖提供所需的能量[17]。而果肉细胞为了维持正常的
生理功能，必须将细胞内的Ca2+降低到低稳态，此时
分布于质膜上的Ca2+-ATPase可能起着钙泵的作用，
参与细胞内Ca2+的外排[5]。另据研究报道，位于质膜
外侧的Ca2+-ATPase 可能积极地参与了运输小泡与
质膜的融合及膜泡中细胞壁物质的外排作用，与细
胞壁的形成密切相关[18]；而进入果实发育成熟中后
期，果肉细胞伸长生长并迅速膨大，果肉细胞中总钙
含量、不同形态钙含量（水溶钙除外）与Ca2+-ATPase
活性的动态变化呈同步持续下降[3]，而该时期欧李果
肉细胞中水溶钙含量变化呈上升积累趋势[3]，由于液
泡的迅速增大是细胞膨大的主要因素，而水溶钙形
态主要积累在细胞液泡中，因此，欧李果实成熟期水
溶性钙的积累明显高于其他形态钙的积累[3]。随着
细胞中大液泡的形成，质膜和液泡膜上的 Ca2 +-
ATPase 能同时发挥Ca2+泵作用 [19]，以维持胞质内的
Ca2+的低稳态[20]。同时有研究报道，苹果贮藏期间可
溶性Ca2+含量增加，Ca2+-ATPase活性下降[21]。Ca2+-
ATPase调控Ca2+的能力也随之下降，最终导致细胞
质中Ca2+累积，其累积量达到一定程度时会造成果
实成熟软化[22-23]。有关欧李果肉相关细胞器中Ca2+、
CaM和Ca2+-ATPase的分布及代谢作用机制正在进
一步深入研究中。
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