全 文 ：此文于 1996 年 4 月 5 日收到。
本项目属国际合作课题。
花生荚果钙素吸收调控及其与钙素
营养效率的关系
林　葆　周　卫
(中国农业科学院土壤肥料研究所　北京　100081)
实验采用不同方法对花生荚果细胞钙素吸收进行调控 ,并探索其营养意义。结
果表明 , 尼群地平可通过阻断钙通道而减少荚果钙素吸收 ;吲哚乙酸可促进外源钙
内流 ,由此导致组织钙含量明显增加 ;尼群地平与吲哚乙酸混合作用下 ,吲哚乙酸不
能活化为尼群地平所阻断的钙通道 , 组织钙含量减少 , 但由于其促进了细胞分裂与
伸长 , 外果皮和中果皮胞壁相应结合钙增加 , 因而吸钙总量并不减少 ;细胞膜对
Ca2 +运输具有选择性 ,EGTA 螯合钙不能通过细胞膜作跨膜运动 ,组织钙含量显著
降低。
关键词 :花生荚果 　钙素吸收 　调控 　钙素营养效率
前 　　　言
细胞养分吸收包括两个主要观点 ,即载体观点和离子通道观点[1 ] 。以动物和微生物为材
料研究钙离子通道已取得长足进展[1 ] , 近年来植物细胞钙通道业已得到肯定[2 - 5 ] 。植物通过
离子通道对钙吸收的可控程度及其与钙素营养效率关系的研究 ,对于深刻揭示植物钙素营养
机理 , 人为定向调节钙素吸收和运输有重要意义。
花生是需钙量大的重要经济作物 ,缺钙导致花生空壳。花生荚果发育所需钙素 90 %以上
由幼果从介质直接吸收 , 但其幼果钙素吸收调控的可能性及其营养意义很不清楚 ,本文拟对
此进行研究 ,以期引起离子通道与营养效率之间关系更为广泛和深入的探讨。
材 料 与 方 法
供试品种　大粒型花生鲁花十号。
试验方法　试验所用钙营养液均由阿农微量元素营养液和 CaCl2 或45CaCl2 配制而成。
11 荚果吸钙的可逆性调控检验 :取入土后 9 天不脱离母体荚果 ,分成 3 组 ,每组设置 5 个
处理 : (1) 对照 (CK) :0. 2mmol/ L 钙营养液 ; (2) 阻断钙通道 (N I) :0. 2mmol/ L 钙营养液 +
0. 2mmol/ L尼群地平 (Nit rendipine) ; (3) 强化钙运输 ( IAA) : 0. 2mmol/ L 钙营养液 + 1mg/ L
吲哚乙酸 ; (4) 混合调控 (N I + IAA) : 0. 2mmol/ L 钙营养液 + 0. 2mmol/ L 尼群地平 + 1mg/ L
吲哚乙酸 ; (5) 钙专性螯合 ( EGTA) : 0. 2mmol/ L 钙营养液 + 0. 5mmol/ L 乙二醇双 (氨乙基
醚)四乙酸。将荚果埋入盛有酸洗石英砂的塑料杯中 ,每杯 4 个荚果 , 分别用上述处理溶液培
861　 核 农 学 报　1997 ,11 (3) :168～172Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
养 ,3 次重复 ,共 45 个塑料杯。7 天后取出第 1 组荚果 ,摘下直接称鲜重 ,并用于“钙营养效率
测定”;第 2 组荚果不摘下 ,洗净后在无离子水中浸泡 24 小时 , 以去除各处理试剂 ,然后再埋
在根区所在土壤中继续生长 ,40 天后取出称鲜重 ;第 3 组荚果摘下用于“电子探针分析”。
21 钙营养效率测定 :将上述第 1 组荚果称重后 ,测定其钙含量及吸钙总量。
31 电子探针分析 :对上述第 3 组荚果取一致部位切成适当大小 ,迅速冷冻 ( - 160 ℃) ,经
真空干燥并喷镀碳层后 ,用 EDAX29100 型 X射线能谱仪测定荚果内果皮层钙分布状况。
41 45Ca 微观放射自显影 : 取入土后 16 天的荚果 ,洗净后浸泡在盛有不同处理溶液的烧
杯中作非离体培养 ,设置处理及其各试剂浓度与上述试验完全相同 ,但以45 CaCl2 代替 CaCl2 ,
各处理剂量均为 20μCi/ 50ml。荚果区保持黑暗 , 4 小时后取出 ,置于 - 170 ℃的异戊烷中冷冻
5 分钟 ,再于 - 30～ - 17 ℃下包埋切片 ,厚度为 10μm。然后经抽气干燥、涂核乳胶、显定影、脱
水及封片等过程后 ,观察并拍照。
测定方法　荚果钙含量用原子吸收分光光度计测定。
结 果 与 分 析
(一)荚果吸钙的可逆性调控检验
尼群地平 (N I)是一种质膜钙通道阻断剂 ,已成功应用于阻断外界 Ca2 + 进入胡萝卜愈伤组
织细胞内 , 并完全抑制 Ca2 + 进入花生荚果细胞[4 ] 。本文研究也表明 ,尼群地平对荚果增重的
抑制率为 58 % , 去除抑制后 ,荚果生长又恢复正常 ,恢复率达 98 %(图 1) ,说明该试剂对花生
荚果为非伤害性抑制。
生长素类对代谢的促进作用已为许多实验所证明[6 - 8 ] 。本文选用吲哚乙酸 ( IAA) 调节细
胞钙素运输。结果表明 , 与 CK比较 , IAA 处理荚果鲜重增加 30 % , 而去除 IAA 后 ,荚果生
长又恢复正常或稍高 (105 %) (图 1) , 说明该试剂的作用具有可逆性。
采用尼群地平与生长素相混合 (N I + IAA)调控钙素吸收 ,结果表明 ,可明显促进荚果鲜重
增加 ,增加率为 20 % , 但解除作用后 ,荚果生长又恢复正常 ,恢复率达 98 % (图 1) , 表明该处
理对荚果的作用亦无伤害性。
图 1 　不同调控方式对荚果生长的影响 　　　　　　
Fig. 1 　Effects of regulators on 　　　　　　
growth of peanut pods 　　　　　　
CK:对照　IAA :吲哚乙酸　NI : 尼群地平　　　　　　
NI + IAA : 尼群地平 + 吲哚乙酸　EGTA : 　　　　　　
乙二醇双 (氨乙基醚)四乙酸　　　　　　
　　乙二醇双 (氨乙基醚)四乙酸 ( EGTA) 是 Ca2 + 的专性螯合剂 ,加入该试剂后 ,介质 Ca2 + 浓
度下降到 10 - 6～10 - 7 mmol/ L , 此时 ,强烈抑制荚果生长 ,抑制率达 40 % , 当去除 EGTA 转入
961　3 期 花生荚果钙素吸收调控及其与钙素营养效率的关系
正常 Ca2 + 含量介质中 ,生长恢复率达 95 %(图 1) , 表明该处理对荚果影响是可逆的 , 即非伤
害性的。
基于上述结果 , 以上各调控方式均可用于实验。
(二)花生荚果细胞钙通道与钙素营养效率的调控
11 阻断钙通道 :由于本研究旨在探索钙跨膜运动及共质体运输的可控性 ,钙可在外果皮
和中果皮质外体运输 ,但不能通过质外体进入内果皮层[5 ] , 因此 ,选择仅能进行共质体运输的
内果皮层研究不同调控方式对荚果细胞钙吸收的作用。45 Ca 微观放射自显影结果表明 ,对照
处理内果皮层细胞内已发现45Ca 显影 (黑点) (图版 Ⅰ2CK) ,而在尼群地平作用下 ,Ca2 + 由胞外
进入胞内的通道被阻断 ,相应部位细胞未见45Ca 存在 (图版 Ⅰ2N I) ;电子探针结果显示 ,该部位
钙峰远低于对照 (图版 Ⅱ2CK ,N I ,见 CA 处 ,后同) 。培养 1 周后 ,尼群地平处理的荚果组织钙
含量显著低于对照 , 总吸钙量仅为对照的 38. 5 %(表 1) 。表明运用钙通道阻断剂可有效阻止
钙的跨质膜运输 ,以及在细胞、尤其是液泡中的累积 ,从而减少钙素吸收量。
21 强化钙运输 : 由图版 Ⅰ2IAA 可见 , 荚果内皮层细胞含大量45 Ca ,其密度明显大于 CK;
电子探针结果表明 ,该部分钙峰明显高于 CK(图版 Ⅱ2CK , IAA) ;荚果组织钙含量也显著高于
对照 ,总吸钙量比对照高出 42. 9 %(表 1) 。表明吲哚乙酸可引起 Ca2 +内流 ,强化钙素运输 , 从
而提高钙素营养效率。
表 1 　不同调控方式对花生荚果钙素吸收的影响
Table 1 　Effect of regulators on Ca content and Ca uptake by peanut pods
处理
Treatments
钙含量①
Ca content
g/ kg %
总吸钙量②
Total Ca uptake
mg/ pod %
CK 2. 31b 100 4. 62b 100
NI 2. 12c 91. 8 1. 78c 38. 5
IAA 2. 54a 110 6. 60a 142. 9
NI + IAA 2. 10c 90. 9 5. 04b 109. 1
EGTA 2. 05c 88. 7 2. 46c 53. 2
　　①n = 3 ,LSD0. 05 = 0. 18 ; ②n = 3 , LSD0. 05 = 1. 50
31 尼群地平2吲哚乙酸混合调控 :吲哚乙酸可促进细胞分裂与伸长 , 强化钙素运输 ,而尼
群地平则阻止 Ca2 + 内流 ,两者混合作用时 ,花生荚果内皮层细胞内无45 Ca 显影 (图版 Ⅰ2N I +
IAA) ,钙峰显著低于对照 (图版 Ⅱ2N I + IAA) , 荚果组织钙含量下降 ,但吸钙总量略高于对照 ,
尚未达显著差异 (表 1) 。这是由于该处理促进了荚果增长 ,外果皮和中果皮细胞壁结合钙增
加 , 因而吸钙总量并不下降。该试验结果表明 , 混合调控下 , IAA 不能活化为尼群地平所阻
断的钙通道 , 而尼群地平也不显著影响吲哚乙酸对荚果生长的促进作用 , 但对其强化钙素运
输有抑制作用。
41 钙通道选择性检验 :为了探讨离子通道的选择性 ,本文使用了 Ca2 + 专一性螯合剂乙二
醇双 (氨乙基醚) 四乙酸 ( EGTA) 。结果显示 , EGTA 作用下 ,荚果内皮层细胞没有45 Ca 显影
(图版 Ⅰ2EGTA) ;电子探针测得该部位钙峰明显低于 CK(图版 Ⅱ2EGTA) ; 荚果钙含量显著降
低 , 总吸钙量仅为对照的 53. 2 %(表 1) ,表明花生荚果钙通道具有选择性 ,仅允许体积较小的
Ca2 + 进入胞质 ,EGTA 螯合钙不能进入内果皮细胞 ,从而导致荚果钙营养效率下降。
071 核　农　学　报 11 卷
图版 Ⅰ　荚果内果皮薄壁细胞45Ca 的分布
Plate Ⅰ　Distribution of 45Ca in
parencyma cytoplasm in endocarp of pods
CK:对照。细胞内有45Ca 分布 (黑点) ; NI :尼群地平。
细胞内未见45Ca 分布 ; IAA : 吲哚乙酸。细胞内有45Ca
大量分布 ;NI + IAA : 尼群地平 + 吲哚乙酸。
同 NI ; EGTA : 乙二醇双 (氨乙基醚)四乙酸。同 NI。
CK: 45Ca (black particles) existed in parencyma cytoplasm ;
NI :45Ca was absent in cytoplasm ; IAA : Much more 45Ca
were distributed in cytoplasm ; NI + IAA : Similar to NI ; EGTA : Similar to NI.
图版 Ⅱ　不同调控方式对花生荚果内果皮细胞钙分布的影响 (见 CA 处)
Plate Ⅱ　Effect of regulators on distribution of calcium in
parencyma cytoplasm in endocarp of pods (See CA)
见图版Ⅰ
See plate Ⅰ
讨 论 与 结 论
钙通道阻断剂常用的有异博定、尼福地平和尼群地平[2 ,3 ,7 ,8 ] , 前者已为 Saunder 等作为
受体门控的 Ca2 + 通道阻断剂用于植物[2 ] , 后两者均属羟吡啶类物质 , 其中 ,花粉管极性生长
中细胞钙通道对尼福地平敏感 ,而花生荚果细胞存在对尼群地平敏感的钙通道[5 ] 。本研究表
明 ,可通过阻断钙通道直接调控荚果钙素营养效率。
有关研究指出 ,生长素具有向基运输特性 , 钙可与之发生逆向运输[6 - 9 ] ;但细胞水平上生
长素对钙离子运输调控方式尚未见报道。本文取得了细胞水平上吲哚乙酸具有强化钙素运输
功能的直观证据 (虽然个体水平上 IAA 与钙发生长距离逆向运输) , 证实了 IAA 可促进胞外
钙内流。有关生长素调控钙离子运输的作用位点及其机制还需进一步研究。
171　3 期 花生荚果钙素吸收调控及其与钙素营养效率的关系
生物体内钙的活化问题 (如石灰性土壤上植物出现缺钙症状 ;饮水中钙含量高 ,但动物和
人仍出现缺钙等)是科学研究的难题之一 ,除了与钙的形态、有效态数量及其他环境因子有关
外 ,其内部因子 (如钙的分配机理 ,钙通道蛋白的活化及调控) 可能是一重要因素。本研究表
明 ,植物钙通道是可控的 ,并直接影响到钙素营养效率。研究钙通道的特性 ,并系统探讨钙通
道蛋白活化的条件 (营养及激素等)及可控程度是今后应加强研究的重要课题。
实验得到中国农科院原子能利用研究所李京淑老师指导与帮助 , 并承蒙本所褚天铎研究员审阅全文 ,谨致谢忱。
参 　考 　文 　献
1 　刘安西 1 细胞膜离子通道 1 北京 : 中央民族学院出版社 ,1990
2 　Saunder MJ et al. Calcium antagoists and calmodulin inhibitors block cytokinin2induced bud formation in Funaria. Developmen2
tal Biology , 1983 , 99 :41～49
3 　Reiss HD et al. Nifedipine2sensitive calcium channels are involved in polar growth of pollen tubes. J Cell Sci , 1985 , 76 :247～
255
4 　余　芳等 1 愈伤组织形成过程中钙离子与激素诱导效应的关系 1 实验生物学报 ,1991 , 24 :385～389
5 　周　卫 ,林　葆等 1 花生荚果钙素吸收机制的研究 1 植物营养与肥料学报 ,1995 ,1 (1) :44～51
6 　Lauchli A et al. Encyclopedia of Plant Physiology , Vol. 158 , Springer2Verlag , Berlin and New York , 1983
7 　Tanimonto S et al. Involvement of calcium in adventitious bud initiation in Torenia stem segments. Plant Cell Physiol , 1986 ,
27 :1～10
8 　Balamani V K et al. Effect of calcium of tuberization in photo . Plant Physiol , 1986 , 80 :856～858
9 　周　卫 ,林　葆 1 植物钙素营养机理研究进展 1 土壤学进展 ,1995 ,23 (2) :12～17
REGULATION OF CALCIUM UPTAKE AND CALCIUM
NUTRITION EFFICIENCY IN PEANUT PODS
Lin Bao 　Zhou Wei
( Soil and Fertilizer Instit ute , CA A S , Beiji ng 　100081)
ABSTRACT
Different chemical agents were used to regulate the calcium uptake and calcium nutrition
eff iciency in peanut pods. The results were as follows :Ca uptake of peanut pods decreased due to
Nitrendipine blocking calcium channels. Medium Ca2 + entering cytoplasm could be accelerated
by IAA , which caused the tissue Ca content increasing. With the mixture of t wo agents above ,
IAA could enhance the activation and Ca concentration in pod tissue decreased , However , the
total Ca uptake was reduced. It also indicated that only Ca2 + was permitted to transport through
calcium channels , and EGTA2Ca couldn’t go through calcium channels and enter cytoplasm. It
was concluded that calcium uptake by peanut pod cells , which directly affected the Ca nutrition
eff iciency of peanut pods , was controllable.
Key words : Peanut pod , calcium uptake , calcium nutrition efficiency , regulation
271 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1997 ,11 (3) :168～172