全 文 ：植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2010, 45 (3): 337–344, www.chinbullbotany.com
doi: 10.3969/j.issn.1674-3466.2010.03.005

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收稿日期: 2009-06-16; 接受日期: 2009-11-23
基金项目: 国家自然科学基金(No.30770344、No.30270234和 No.30600073)、863重大科技专项(No.2007AA021402)和教育部新世纪
优秀人才支持计划(No.NECT-06-0327)
* 通讯作者。E-mail: grsun@live.cn; daishaojun@hotmail.com
NaHCO3胁迫下星星草根中Ca2+与Ca2+-ATPase
的超微细胞化学定位
范玲玲1, 陈刚3, 陈义芳3, 周卫东3, 戴绍军1*, 孙国荣2*
1东北林业大学生命科学学院, 林木遗传育种与生物技术教育部重点实验室, 哈尔滨 150040
2滨州职业学院, 滨州 256603; 3扬州大学生物科学与技术学院测试中心, 扬州 225009
摘要 利用焦锑酸盐和磷酸铅沉淀技术分别对NaHCO3胁迫条件下星星草(Puccinellia tenuiflora)根中Ca2+和Ca2+-ATPase
进行超微细胞化学定位研究, 旨在进一步探讨Ca2+在NaHCO3胁迫诱导胞内信号转导过程中的作用, 以及Ca2+-ATPase活
性定位变化与NaHCO3胁迫下星星草抗盐碱能力的关系。结果表明: 在正常状态下, 根毛区细胞质内Ca2+较少, 主要位于质
膜附近和液泡中, Ca2+-ATPase主要定位于质膜和液泡膜, 有一定活性。在0.448%NaHCO3胁迫下, 根毛区细胞质中Ca2+
增多, 液泡中Ca2+减少, 且主要集中于液泡膜附近, 质膜和液泡膜Ca2+-ATPase活性明显升高。在1.054%NaHCO3胁迫下,
细胞质中分布的Ca2+增多, 而液泡中Ca2+极少, Ca2+-ATPase活性也降低。以上结果表明, Ca2+亚细胞定位和Ca2+-ATPase
活性变化在星星草响应NaHCO3胁迫的信号传递过程中具有重要作用。
关键词 Ca2+, Ca2+-ATPase, NaHCO3胁迫, 星星草, 超微细胞化学定位
范玲玲, 陈刚, 陈义芳, 周卫东, 戴绍军, 孙国荣 (2010). NaHCO3胁迫下星星草根中Ca2+与Ca2+-ATPase的超微细胞化学
定位. 植物学报 45, 337–344.
星星草(Puccinellia tenuiflora)是一种盐碱耐性
较强的禾本科 (Gramineae)牧草 , 属碱茅属 (Pucci-
nellia)多年生草本植物, 能够在碱斑土壤上生长, 并
且对盐碱土壤具有改良作用 (阎秀峰和孙国荣 ,
2000)。碱性盐对植物的胁迫机理与中性盐明显不同,
它除了能引起渗透胁迫外, 还可导致土壤pH值升高
(尹尚军等, 1999)。NaHCO3兼具盐和碱的性质, 用
于对植物的胁迫处理可以很好地模拟盐碱地生境。近
年来, 人们在分析星星草抗碱性盐胁迫生理生态学
机制的基础上(阎秀峰等 , 1997; 孙国荣等 , 1999,
2000), 开始利用以NaHCO3为代表的碱性盐处理星
星草幼苗, 分析其抗碱性盐的细胞学与分子生物学
机制。cDNA微阵列分析表明, 星星草通过调节参与
DNA损伤修复、转录调控、物质运输、脂肪酸代谢
和细胞壁代谢等多种生物学过程的基因的表达来应
对NaHCO3胁迫(刘桂丰等, 2005)。在这些应答基因
中, 钙依赖性蛋白激酶(calcium-dependent protein
kinases, CDPKs)同源基因表达量明显上升(王玉成
等, 2005), 这预示着Ca2+作为胞内重要的第二信使
和渗透调节物质, 在植物响应NaHCO3胁迫过程中
具有重要作用(Gilroy and Trewavas, 2001)。
植物细胞利用定位于膜系统上的Ca2+转运体系
实现对胞质中Ca2+浓度的精细调节, 包括利用Ca2+
离子通道向胞质运输Ca2+, 以及利用Ca2+/H+反转运
蛋白和Ca2+-ATPase向细胞器和细胞外运输Ca2+, 从
而调控基因表达和物质代谢来应对环境胁迫。其中,
Ca2+-ATPase是P型ATP酶, 定位于植物细胞质膜、液
泡膜、内质网膜以及线粒体、叶绿体和细胞核的膜上
(White and Broadley, 2003)。目前 , 已经发现的
Ca2+-ATPase分为PIIA和PIIB两个家族 , 前者对底物
ATP有专一性而后者没有(Sze et al., 2000; Axelsen
and Palmgren, 2001)。目前, 在植物中已克隆的PIIA
型Ca2+-ATPase编码基因包括拟南芥 (Arabidopsis
thaliana) 的 4 个 AtECA(Axelsen and Palmgren,
·研究报告·
338 植物学报 45(3) 2010
2001)、番茄 (Lycopersicon esculentum)的 LCA1
(Navarro-Avino et al., 1999)和水稻(Oryza sativa)的
OCA1(Chen et al., 1997), 已 克 隆 的 PIIB 型
Ca2+-ATPase编码基因包括拟南芥的10个AtACA
(Axelsen and Palmgren, 2001; Baxter et al., 2003)、
花椰菜(Brassica oleracea var. botrytis)的BCA1和水
稻中的11个基因(Baxter et al., 2003)。其中, AtACA4
编码的蛋白质若被修饰, 会通过影响盐胁迫应答的钙
信号传递过程 , 使拟南芥对盐的敏感性发生改变
(Harper et al., 1998)。另外, 盐胁迫下番茄LCA1的转
录水平也会增加(Wimmers et al., 1992)。近期研究表
明, 受胞内Ca2+调节的信号传递分子钙调磷酸酶B类
蛋白(calcineurin B like protein, CBL)及其作用伴侣
CBL作用蛋白激酶(CIPKs), 在植物响应盐胁迫的过
程中起重要作用(Mahajan et al., 2008)。此外, 拟南
芥的SOS3(由AtCBL4编码)可以应答盐胁迫引起的胞
内Ca2+浓度增加, 并特异性地与SOS2的C末端结合,
对质膜上的Na+/H+反向转运蛋白SOS1进行调控, 从
而实现细胞内外K+和Na+的稳态调节, 增强植物的抗
盐性(Qiu et al., 2002; Quintero et al., 2002)。可见,
植物细胞内的Ca2+浓度变化与Ca2+-ATPase活性对
于植物应答盐胁迫具有重要作用。
根是植物应对盐胁迫的重要器官, 已往报道多数
以星星草叶片为材料来分析其耐盐机制, 而对根的研
究较少。本文分析了NaHCO3胁迫下星星草根中Ca2+
及Ca2+-ATPase的超微细胞化学定位, 以期为深入研
究星星草抗盐机制提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料培养
星星草 (Puccinellia tenuiflora (Turcz.) Scribn. et
Merr.)种子由大庆市畜牧局草原站提供。在长20 cm、
宽13 cm、高5.5 cm的塑料盆中装满珍珠岩, 加700
mL的Hoagland培养液至珍珠岩表面湿润, 然后将星
星草种子均匀撒在其上, 于培养室中培养, 昼/夜温
度为25°C/20°C, 光照强度为150 μmol·m–2·s–1, 相对
湿度为75%, 光照/黑暗时间为14小时/10小时。
1.2 胁迫处理
待幼苗长到二叶期50天时, 每天上午8:00分别用浓度
为0.448%和1.054%的NaHCO3溶液进行处理, 处理时
用漏斗将溶液加至塑料盆底部, 每处理至少设3个重复。
处理7天后取星星草根毛区进行细胞化学定位实验。
1.3 Ca2+的超微细胞化学定位
按照焦锑酸盐沉淀法制样(Tian and Russell, 1997)。
取星星草根毛区用2%焦锑酸钾(100 mmol·L–1 的磷
酸钾缓冲液配制, pH 7.8)配制的2%戊二醛固定液
4°C下固定4小时。然后, 用含2%焦锑酸钾的磷酸钾
缓冲液(pH 7.8)洗涤4次, 每次30分钟。将洗涤过的材
料转移至用含2%焦锑酸钾的磷酸钾缓冲液(pH7.8)配
制的1%四氧化锇中, 4°C下固定16小时。用pH7.8、
100 mmol·L–1 的磷酸钾缓冲液清洗3次, 每次30分
钟, 常规乙醇系列脱水, Epon812树脂包埋。每种胁
迫处理至少设3个重复。样品在Leica Ultracut R超薄
切片机上用钻石刀切片, 切片厚度为70 nm, 不染色,
置于Philips Tecnai12透射电子显微镜下观察。每种
材料的超微定位至少观察3个视野, 选取典型区域进
行拍照。对照样品的切片置于100 mmol·L–1(pH 7.8)
的EGTA中37°C孵育2小时, 再观察拍照。
1.4 Ca2+-ATPase的超微细胞化学定位
参照田国伟和申家恒(1993)的方法制样。取样后用50
mmol·L–1 二甲胂酸钠缓冲液(pH7.2)配制的2%戊二
醛和4%多聚甲醛混合液, 4°C下固定2小时, 先后用
50 mmol ·L – 1 二甲胂酸钠缓冲液 (pH7.2)和50
mmol·L–1 Tris-顺丁烯二酸缓冲液(pH7.2)分别在4°C
下清洗3次, 每次30分钟。然后在22°C酶反应液中孵
育2小时。酶反应液的组成为: 60 mmol·L–1 Tris-顺丁
烯二酸缓冲液(pH7.2)中包含2 mmol·L–1 ATP二钠
盐、2.5 mmol·L–1 CaCl2、3 mmol·L–1 Pb(NO3)2。以
酶反应液中不加底物ATP二钠盐或酶反应液中加入
EGTA为对照。反应后, 先后用50 mmol·L–1 Tris-顺丁
烯二酸缓冲液(pH7.2)和50 mmol·L–1 二甲胂酸钠缓
冲液(pH7.2), 在4°C下清洗3次, 每次30分钟。1%四
氧化锇(50 mmol·L–1 二甲胂酸钠缓冲液配制)4°C后
固定2小时。50 mmol·L–1 二甲胂酸钠缓冲液洗涤3次,
每次30分钟。经常规乙醇系列脱水, 用Epon812树脂
渗透和包埋。每种处理至少设3个重复。样品在Leica
Ultracut R超薄切片机上切片, 切片厚度为70 nm。切
片不经染色, 直接在Philips Tecnai12透射电子显微
范玲玲等: NaHCO3胁迫下星星草根中Ca2+与Ca2+-ATPase的超微细胞化学定位 339

图1 NaHCO3胁迫下星星草根中Ca2+超微细胞化学定位
(A)–(C) 根后生木质部导管中Ca2+分布(Bar=2 μm); (D)–(F) 根初生木质部导管中Ca2+分布(Bar=2 μm); (G)–(I) 根中柱鞘细胞中
Ca2+分布(Bar=1 μm); (J)–(L) 根木质部薄壁细胞中Ca2+分布(Bar=1 μm); (M)–(O) 根内皮层细胞中Ca2+分布(Bar=1 μm); (P) 经
EGTA处理的切片, 箭头所示在原来形成沉淀的部位钙沉淀消失(Bar=2 μm)。(A)、(D)、(G)、(J)、(M) 正常条件; (B)、(E)、(H)、
(K)、(N) 0.448%NaHCO3处理; (C)、(F)、(I)、(L)、(O) 1.054%NaHCO3处理。Cp: 细胞质; ED: 内皮层; MX: 后生木质部; Pc: 中
柱鞘细胞; Pm: 质膜; Ph: 韧皮部; PX: 初生木质部; Vm: 液泡膜; V: 液泡; X: 木质部; Ca: 焦锑酸钙

Figure 1 Ultracytochemical localization of Ca2+ in the root of Puccinellia tenuiflora under NaHCO3 stress
(A)–(C) The calcium antimonate precipitates visualized in vessel of metaxylem of the root (Bar=2 μm); (D)–(F) The calcium an-
timonate precipitates visualized in vessel of primary xylem of the root (Bar=2 μm); (G)–(I) The calcium antimonate precipitates
visualized in the pericycle cell of the root (Bar=1 μm); (J)–(L) The calcium antimonate precipitates visualized in the xylem pa-
renchyma cell of the root (Bar=1 μm); (M)–(O) The calcium antimonate precipitates visualized in the endodermis of the root
(Bar=1 μm); (P) The arrows indicated that Ca(SbO3)2 precipitates disappeared after treatment with EGTA (Bar=2 μm). (A), (D),
(G), (J), (M) Normal condition; (B), (E), (H), (K), (N) Under the stress of 0.448% NaHCO3; (C), (F), (I), (L), (O) Under the stress of
1.054% NaHCO3. Cp: Cell plasmalemma; ED: Endodermis; MX: Metaxylem; Pc: Pericycle cell; Pm: Plasma membrane; Ph:
Phloem; PX: Primary xylem; Vm: Vacuole membrane; V: Vacuole; X: Xylem; Ca: Calcium antimonate
340 植物学报 45(3) 2010
镜下观察。每种材料的超微定位至少观察3个视野,
选取典型区域拍照。
2 结果与讨论
2.1 Ca2+的超微细胞化学定位
2.1.1 正常条件下Ca2+的超微细胞化学定位
在正常条件下, 初生木质部与后生木质部的导管内仅
有少量Ca2+(图1A, D), Ca2+在根中柱鞘细胞液泡中呈
均匀分布(图1G), 在根内皮层、中柱鞘、木质部(除导
管)、韧皮部以及其间薄壁细胞的细胞质中分布较少,
而在内皮层细胞的液泡中较多(图1J, M)。上述代表
Ca2+含量与定位的焦锑酸盐沉淀颗粒 , 在 100
mmol·L–1(pH 7.8)的EGTA中37°C孵育2小时后, 原
有Ca2+ 分布的部位表现出透明区域(图1P), 由此表
明切片中Ca2+定位反应是真实的。

2.1.2 NaHCO3胁迫下Ca2+的超微细胞化学定位
与正常条件相比较, 在0.448%NaHCO3胁迫下根导
管中的Ca2+含量明显增加, 主要存在于导管壁附近
(图1B, E)。中柱鞘细胞细胞质中Ca2+含量升高, 液泡
内Ca2+含量减少且分布不均匀(图1H), 在木质部薄壁
细胞中Ca2+趋于靠近液泡膜分布(图1K)。内皮层细胞
的液泡中Ca2+含量明显增多(图1N)。


范玲玲等: NaHCO3胁迫下星星草根中Ca2+与Ca2+-ATPase的超微细胞化学定位 341
在1.054%NaHCO3胁迫条件下, 木质部导管中
分布的Ca2+较多, 且存在于壁附近(图1C, F), 但比在
0.448%NaHCO3胁迫条件下要少。中柱鞘细胞质中
Ca2+明显增多(图1I), 可能是由于Ca2+-ATPase活性
降低造成的Ca2+向钙库转运能力下降所致。木质部薄
壁细胞、韧皮部以及其间薄壁细胞的液泡中几乎观察
不到Ca2+, 细胞膜附近和细胞质中的Ca2+数量有所
下降(图1L)。内皮层细胞液泡中Ca2+数量增多, 细胞
质中的Ca2+数量也略有增加(图1O)。
2.2 Ca2+-ATPase的超微细胞化学定位
我们通过观察切片中Ca2+-ATPase反应产物的沉淀
颗粒在细胞内存在的部位和数量来判断Ca2+-
ATPase的部位和活性。在2个对照组(酶反应液中不
加反应底物ATP二钠盐或加入钙离子螯合剂EGTA)
中, 均没有观察到酶反应活性(图2P, Q)。

2.2.1 正常条件下Ca2+-ATPase的超微细胞化学
定位
正常生长条件下, 星星草根中后生木质部导管内只有
极少量沉淀颗粒分布(图2A), 而在初生木质部导管内
未见到沉淀颗粒分布(图2D)。沉淀颗粒主要定位于木
质部薄壁细胞和中柱鞘细胞的质膜和液泡膜上, 但是
电子密度不高 , 由此反映出Ca2+-ATPase活性不高
(图2G, J)。内皮层细胞的质膜和液泡膜上也有沉淀颗
粒分布(图2M)。

2.2.2 NaHCO3胁迫下Ca2+-ATPase的超微细胞化
学定位
与正常条件相比 , 在0.448%NaHCO3胁迫条件下 ,
星星草根后生木质部与初生木质部导管中有明显沉
淀颗粒分布(图2B, E)。木质部薄壁细胞、中柱鞘细胞
与内皮层细胞的质膜和液泡膜上沉淀颗粒明显增多,
且电子密度较高(图2H, K, N)。这表明在此浓度的
NaHCO3胁迫下, 质膜和液泡膜上的Ca2+-ATPase活
性均升高, 有助于将Ca2+转运至细胞外或运回钙库。
在1.054%NaHCO3胁迫条件下, 沉淀颗粒在后
生木质部导管中几乎没有分布(图2C), 但在初生木质
部导管壁附近可见(图2F)。这可能是由于此时初生木
质部导管尚未完全成熟, 虽具备运输能力, 但质膜未
_____________________________________________________________________________________
←
图2 NaHCO3胁迫下星星草根中Ca2+-ATPase超微细胞化学定位
(A)–(C) 根后生木质部导管中Ca2+-ATPase定位; (D)–(F) 根初生木质部导管中Ca2+-ATPase定位; (G)–(I) 根木质部薄壁细胞中
Ca2+-ATPase定位; (J)–(L) 根中柱鞘细胞中Ca2+-ATPase定位; (M)–(O) 根内皮层细胞中Ca2+-ATPase定位; (P), (Q) 在酶反应液中
不加底物ATP二钠盐(P)或加入EGTA(Q)的2个对照组中, 均基本上没有观察到Ca2+-ATPase反应活性。(A) 正常条件(Bar=2 μm);
(B) 0.448% NaHCO3处理(Bar=2 μm); (C) 1.054%NaHCO3处理(Bar=5 μm); (D) 正常条件(Bar=2 μm); (E) 0.448%NaHCO3处理
(Bar=2 μm); (F) 1.054%NaHCO3处理 (Bar=2 μm); (G) 正常条件 (Bar=1 μm); (H) 0.448%NaHCO3处理 (Bar=1 μm); (I)
1.054%NaHCO3处理(Bar=1 μm); (J) 正常条件(Bar=2 μm); (K) 0.448%NaHCO3处理(Bar=2 μm); (L) 1.054%NaHCO3处理(Bar=2
μm); (M) 正常条件(Bar=1 μm); (N) 0.448%NaHCO3处理(Bar=1 μm); (O) 1.054%NaHCO3处理(Bar=2 μm); (P) 初生木质部导管及
周围薄壁细胞(Bar=2 μm); (Q) 中柱鞘 (Bar=2 μm)
Cp: 细胞质; ED: 内皮层; MX: 后生木质部; Pb: 磷酸铅沉淀; Pc: 中柱鞘细胞; Pm: 质膜; Ph: 韧皮部; PX: 初生木质部; Vm: 液泡
膜; V: 液泡; X: 木质部
Figure 2 Ultracytochemical localization of Ca2+-ATPase in the root of Puccinellia tenuiflora under NaHCO3 stress
(A)–(C) The Ca2+-ATPase localization in vessel of metaxylem of the root; (D)–(F) The Ca2+-ATPase localization in vessel of
primary xylem of the root; (G)–(I) The Ca2+-ATPase localization in the parenchyma cell of root xylem; (J)–(L) The Ca2+-ATPase
localization in the pericycle cell of the root; (M)–(O) The Ca2+-ATPase localization in the endodermis of the root; (P), (Q) Control
without substrate (P) or with EGTA (Q), no reaction products of ATPase activity were observed. (A) Normal condition (Bar=2 μm);
(B) Under the stress of 0.448% NaHCO3 (Bar=2 μm); (C) Under the stress of 1.054% NaHCO3(Bar=5 μm); (D) Normal condition
(Bar=2 μm); (E) Under the stress of 0.448% NaHCO3 (Bar=2 μm); (F) Under the stress of 1.054% NaHCO3 (Bar=2 μm); (G)
Normal condition (Bar=1 μm); (H) Under the stress of 0.448% NaHCO3 (Bar=1 μm); (I) Under the stress of 1.054% NaHCO3
(Bar=1 μm); (J) Normal condition (Bar=2 μm); (K) Under the stress of 0.448% NaHCO3 (Bar=2 μm); (L) Under the stress of
1.054% NaHCO3 (Bar=2 μm); (M) Normal condition (Bar=1 μm); (N) Under the stress of 0.448% NaHCO3 (Bar=1 μm); (O) Under
the stress of 1.054% NaHCO3 (Bar=2 μm); (P) The vessel of primary xylem and the xylem parenchyma cell (Bar=2 μm); (Q)
Pericycle (Bar=2 μm). Cp: Cell plasmalemma; ED: Endodermis; MX: Metaxylem; Pb: Lead phosphate precipitate; Pc: Pericycle
cell; Pm: Plasma membrane; Ph: Phloem; PX: Primary xylem; Vm: Vacuole membrane; V: Vacuole; X: Xylem
342 植物学报 45(3) 2010
完全消失, 质膜上的Ca2+-ATPase也没有完全失活。
木质部薄壁细胞和中柱鞘细胞质膜和液泡膜上存在
极少量的沉淀颗粒(图2I, L), 说明细胞质膜和液泡膜
上的Ca2+-ATPase活性降低, 使Ca2+无法及时转运到
胞外或运回钙库。内皮层细胞质膜和液泡膜上几乎没
有沉淀颗粒(图2O)。这表明与正常状态和0.448%
NaHCO3胁迫下相比 , 细胞质膜和液泡膜上的
Ca2+-ATPase活性明显降低甚至失活 , 从而无法将
Ca2+转运至细胞外或运回钙库, 以致细胞质中Ca2+
过多。
2.3 讨论
一般认为, 含盐量在0.5%以下为弱盐化土壤, 含盐
量高于1%为强盐化土壤(阎秀峰和孙国荣, 2000)。有
关对星星草生物量的报道表明 , 经50 mmol·L–1
Na2CO3胁迫处理6天后, 星星草地上、地下部分干重
与鲜重高于对照组, 而随着胁迫强度的增大, 星星草
生长速度下降(尹尚军等, 2003)。我们的前期工作也
表明, 在NaCl、Na2CO3和NaHCO3胁迫处理7天后,
星星草幼苗的光合作用、电导率、游离脯氨酸含量、
可溶性糖含量以及一些抗逆相关的酶活性等均发生
规律性变化 (孙国荣等 , 1999, 2000; 高红明等 ,
2006)。本研究用浓度为0.448%和1.054%的NaHCO3
处理星星草幼苗7天, 发现不同处理条件下幼苗根部
Ca2+与Ca2+-ATPase的超微细胞化学定位存在差异。
植物细胞内的Ca2+浓度变化是植物对不良环境
的应答反应, 是植物细胞行使其正常生理功能所必需
的(陈由强等, 2000)。植物细胞通过瞬间的Ca2+浓度
变化调节信号转导与代谢过程(Minorsky, 1985), 并
且通过调整质膜、液泡膜和内质网膜上Ca2+-ATPase
的分布、活性及其协同作用保持细胞各区室间相对稳
定的Ca2+浓度(Thomson et al., 1993)。质膜上分布的
Ca2+-ATPase不断地将细胞质中的Ca2+泵出细胞, 而
液泡膜和内质网膜上分布的Ca2+-ATPase, 则分别把
细胞质中的Ca2+泵回液泡和内质网腔 (王精明等 ,
2004)。我们的实验结果表明, 在0.448%NaHCO3胁
迫下, 星星草根木质部、韧皮部及两者间薄壁细胞、
皮层细胞的质膜和液泡膜上的Ca2+-ATPase活性升
高, 细胞质中Ca2+含量减少。液泡中Ca2+减少并多分
布在液泡膜附近。这表明在此浓度NaHCO3胁迫下星
星草根中Ca2+参与的信号转导作用可能增强。然而,
在1.054%NaHCO3胁迫下, 根木质部、韧皮部及两者
间薄壁细胞、中柱鞘及内皮层细胞质膜和液泡膜上的
Ca2+-ATPase活性减小或无活性。我们推测在此浓度
NaHCO3胁迫下, 星星草根中液泡膜上Ca2+-ATPase
活性降低, 致使钙离子无法再泵回钙库。Ca2+既是植
物细胞内的第二信使, 同时也直接参与植物维持细胞
壁、细胞膜和膜结合蛋白的稳定性, 以及调节无机离
子运输等过程。1.054%NaHCO3胁迫下, Ca2+吸收可
能会被抑制, 这可能也是星星草根木质部、韧皮部以
及两者间薄壁细胞中Ca2+数量下降的原因之一。盐胁
迫条件下, 细胞外的Na+取代质膜上的Ca2+, 导致细
胞膜透性增加(汪良驹等, 1999)。同时, Ca2+水平下降
也削弱了Ca2+第二信使的作用, 进而降低钙调蛋白
(CaM)所控制的各种代谢活性, 影响植物的生长和发
育(Rengel and Elliott, 1992)。
同时, 我们发现在0.448%和1.054%两个浓度的
NaHCO3胁迫下, 星星草根内皮层细胞液泡中的Ca2+
含量均逐渐增加 , 并且在1.054%NaHCO3胁迫下 ,
内皮层细胞质中Ca2+含量也明显增多。内皮层细胞
Ca2+含量的增加, 很可能有助于调整根内皮层细胞参
与的物质横向运输, 从而应答根吸收过程受到的胁迫
(朱宇旌等, 2001)。此外, NaHCO3胁迫下, 星星草根
木质部导管壁附近Ca2+较多, Ca2+-ATPase的活性也
较强, 这反映了未完全成熟的导管细胞膜上的ATP酶
可将部分Ca2+转运至导管内, 进而向地上部运输, 由
此增强地上部对盐胁迫的应答反应。可见, 木质部导
管在植物根运输或贮藏Ca2+的过程中具有重要作用
(张宗申, 2001)。
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344 植物学报 45(3) 2010
Ultracytochemical Localization of Ca2+ and Ca2+-ATPase in the
Root of Puccinellia tenuiflora Under NaHCO3 Stress
Lingling Fan1, Gang Chen3, Yifang Chen3, Weidong Zhou3, Shaojun Dai1*, Guorong Sun2*
1Key Laboratory of Forestry Tree Genetics Improvement and Biotechnology, Ministry of Education, College of Life Sciences,
Northeast Forestry University, Harbin 150040, China; 2Binzhou Polytechnic College, Binzhou 256603, China; 3Testing Cen-
ter, College of Biosciences and Biotechnology, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China
Abstract We aimed to further investigate the relationships between the localization of calcium and Ca2+-ATPase and the
resistance capacity of Puccinellia tenuiflora against saline-alkali stress. We analyzed ultracytochemical localization of
calcium and Ca2+-ATPase in the root of P. tenuiflora under NaHCO3 stress by potassium pyroantimonate precipitation and
a lead-phosphate precipitation technique, respectively. In the normal condition, calcium antimonate precipitation deposits
were low in cytoplasm and mainly concentrated within the plasma membrane and vacuoles in the root hair zone.
Ca2+-ATPase had a certain activity and mainly localized in the plasma membrane and tonoplasts. Moreover, under
0.448% NaHCO3 stress, the distribution of Ca2+ precipitation particles increased in the cytoplasm, decreased in the
vacuole, and mainly concentrated near tonoplasts. Meanwhile, the activity of Ca2+-ATPase was significantly increased in
the plasma membrane and tonoplasts. Furthermore, under 1.054% NaHCO3, Ca2+ precipitation particles continued to
increase in the cytoplasm but were absent in the vacuole. The activity of Ca2+-ATPase was also reduced. All these results
highlight that the changes in Ca2+ localization and Ca2+-ATPase activity play important roles in P. tenuiflora resistance to
saline-alkali stress.
Key words Ca2+, Ca2+-ATPase, NaHCO3 stress, Puccinellia tenuiflora, ultracytochemical localization
Fan LL, Chen G, Chen YF, Zhou WD, Dai SJ, Sun GR (2010). Ultracytochemical localization of Ca2+ and Ca2+-ATPase
in the root of Puccinellia tenuiflora under NaHCO3 stress. Chin Bull Bot 45, 337–344.
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* Author for correspondence. E-mail: grsun@live.cn; daishaojun@hotmail.com
(责任编辑: 刘慧君)