全 文 ：植物生理学通讯 第 40 卷 第 1期，2004 年 2 月 19
钙对玉米幼苗热激诱导抗盐性的影响
郭丽红1 陈善娜2 龚 明3 ,*
1昆明师范高等专科学校生物系, 昆明 650031; 2云南大学生命科学学院, 昆明 650091; 3云南师范大学生命科学学院, 昆明
650092
提要 热激处理的玉米幼苗抗盐性提高，盐胁迫期间的谷胱甘肽还原酶（GR）活性和脯氨酸含量也较高。Ca2+ 处理可
增强热激诱导的玉米幼苗抗盐性，GR 活性和脯氨酸含量也进一步提高; Ca2+ 螯合剂 EGTA 处理的效果正好相反。
关键词 玉米幼苗; 热激; 抗盐性; CaCl2; 谷胱甘肽还原酶; 脯氨酸
Effect of Calcium on Heat-shock-induced Salt Resistance in Maize Seedings
GUO Li-Hong1, CHEN Shan-Na2, GONG Ming3,*
1Department of Biology, Kunming Teachers College, Kunming 650031; 2School of Life Sciences,Yunnan University, Kunming
650091; 3School of Life Scienes, Yunnan Normal University, Kunming 650092
Abstract Heat-shock pretreatment could improve salt resistance and enhance glutathione reductase (GR)
activity and proline content in maize seedlings during salt stress. Ca2+ treatment further increased the heat-
shock-induced salt resistance, GR activity and proline content in the heat-shocked seedlings under the salt
stress, but the Ca2+ chelator EGTA treatment had opposite effect.
Key words maize seedling; heat shock; salt resistant; CaCl2; glutathione reductase; proline
收稿 2003-03-24 修定 2003-09-27
资助　 国家自然科学基金（39860007）、云南省自然科学基
金重点项目（98C002Z）及教育部高校优秀青年教师
教学科研奖励计划（2 0 0 1 年度）。
* 通讯作者（E-mail: gongming@public.km.yn.cn, Tel:0871-
5516244）。
以 Ca 2+ 和 C a M（钙调素）为核心的钙信使
系统在植物对外界信号的感受、传递和响应过程
中起作用[1,2]。业已查明，启动Ca2+信使系统的中
心环节是胞质中 Ca2+ 浓度的改变[2]。近年的研究
表明，植物对不同的逆境胁迫存在交叉适应[3,4]，
即当植物经受某种胁迫后，不仅对这种胁迫的抗
性有提高，而且对其它胁迫的抵抗性也增强。如
热激（非致死温度的热锻炼）处理提高植物的抗
盐性就是一种交叉适应。但交叉适应的机制至今
还不清楚。一般来说，多种逆境都可诱发植物细
胞内活性氧浓度的增加而导致氧化胁迫[5]，植物
的抗氧化作用是植物适应逆境的一个重要方面[6]。
据报道，外源脯氨酸有清除活性氧的作用[7]，因
此内源脯氨酸与抗氧化系统的关系也引起人们的极
大关注。本文采用CaCl2浸种结合热激处理来提高
植物的抗盐性，探讨外源 Ca2+ 对玉米幼苗在热激
诱导抗盐性过程中抗氧化酶谷胱甘肽还原酶
（glutathione reductase, GR，EC 1.6.4.2）活性、
游离脯氨酸含量和质膜相对透性的影响、Ca2+ 在
热激诱导抗盐性过程中的作用，以及植物对不同
胁迫交叉适应的生理基础。
材料与方法
实验材料为玉米（Zea mays）品种晴3。种
子以0.1% HgCl2 消毒 10 min，漂洗干净，分别
用蒸馏水（对照）、20 mmol.L-1 CaCl2 和 5 mmol.
L-1 EGTA[乙二醇双（a- 氨基乙基）醚四乙酸,
pH 6.5]在 25℃下浸种12 h，而后滤干种子，播
种到垫有 6 层湿润滤纸的磁盘中，于 28℃/25℃
（昼/夜）下暗萌发60 h。取生长均匀的玉米幼苗
备用。
玉米幼苗的热激处理和盐处理按前文[4]方法进
行。把上述暗萌发60 h幼苗的一部分转移到42℃
暗中热激 4 h，然后在 28℃下恢复 4 h，作为热
激幼苗；另一部分在热激处理期间一直置于28℃
下，作为未热激幼苗。热激和未热激的幼苗皆转
移到700 mmol.L-1 NaCl溶液中， 盐处理5 d。热
激处理和盐处理均在暗中进行。处理结束后，幼
苗转移到25℃、光照16 h.d-1（平均光强为65μmol.
m-2.s-1）的环境中恢复8 d，计算存活率。取恢复
8 d后能变绿并重新生长的幼苗为存活的幼苗，测
定叶绿素含量[8]，观察幼苗生长情况，测定幼苗
鲜重和幼苗高度。
谷胱甘肽还原酶的测定按Knörzer 等[9]的方
植物生理学通讯 第 40 卷 第 1期，2004 年 2 月20
法，并作一些修改[10 ]；蛋白质含量的测定采用
Bradford[11]的方法，以牛血清蛋白为标准；游离
脯氨酸含量测定参照张殿忠等[12 ]的磺基水杨酸
法；质膜相对透性的测定参照文献 13 的方法。
上述所有实验均重复2次，每次实验中有2个
取样重复和 6 次测定重复。图表中所有数据均为
平均值±标准误。
结果与讨论
1 Ca2+对玉米幼苗热激诱导的抗盐性的影响
前文[14]结果表明，20 mmol.L-1CaCl2 或 5
mmol.L-1 EGTA 浸种玉米种子后，萌发 60 h 的玉
米幼苗胚芽鞘中 Ca2+ 的含量显著提高或降低，但
对种子萌发和幼苗早期生长无明显影响。本文与
前文同样处理的结果（表 1）表明，在盐胁迫下
未经热激的幼苗的存活率最小，经热激处理的则
明显增加。热激结合 Ca2+ 浸种处理的玉米幼苗存
活率最高， EGTA 处理最低。在盐胁迫后的恢复
期间，叶绿素含量、幼苗鲜重和幼苗高度也有差
异（表 1），其中热激结合 CaC l 2 浸种处理的幼
苗，叶色浓绿，粗壮, 而且株高增长快。说明
CaCl2浸种结合热激处理幼苗后，不仅玉米的抗盐
性大于仅作热激处理的，而且生长能力的恢复也
增强，热激可诱导玉米幼苗对盐胁迫的交叉适
应。同时还显示外源 Ca2+ 或 EGTA 处理可提高或
降低玉米幼苗的Ca2+含量[14]及其抗盐性(表1)，暗
示 Ca2+ 参与热激诱导玉米幼苗抗盐性的调控。
2 Ca2+对热激诱导玉米幼苗抗盐性过程中谷胱甘
肽还原酶活性的影响
植物抗逆性的形成常常与细胞抗氧化胁迫能
力的增强密切相关[5,6]。已有的文献资料表明，植
物不同抗逆性的交叉适应的形成需要抗氧化系统的
参与，并受Ca2+ 信使系统的调控[3,15]。GR 是植物
抗氧化系统中受 Ca2+ 调控的一个重要组成部分，
图1 热激结合Ca2+ 处理对玉米幼苗在盐胁迫中
GR 活性的影响
Fig.1 Effect of heat shock and Ca2+ treatment on GR
activity during salt stress in maize seedlings
在抗逆性形成中起重要作用[10,16]。图1显示， 在
盐胁迫初期玉米幼苗胚芽鞘中 GR 的活性明显上
升，3 d 左右达到最高，之后急剧下降， 5 d 降
至较低水平。从整个过程来看，无论是哪一时
期，热激处理幼苗的GR活性均比未经热激的幼苗
高，热激结合 CaCl2 浸种的玉米幼苗中 GR 酶活
性最高，热激结合 EGTA 处理的最低，表明热激
能提高 GR 活性，且 Ca 2+ 对 G R 酶有激活效应。
3 Ca2+对热激诱导玉米幼苗抗盐性过程中游离脯
氨酸含量的影响
脯氨酸有清除活性氧的作用[7]。如图2所示，
在盐胁迫过程中，脯氨酸的含量迅速上升；经热
激诱导的幼苗的比未热激的高，热激结合CaCl2处
理幼苗的最高，热激结合 EGTA 处理的最低。这
表明热激可促进内源脯氨酸累积，Ca2+ 可加强这
表1 Ca2+对热激诱导的玉米幼苗抗盐性的影响
Table 1 Effect of Ca2+ on heat-shock-induced salt resistance in maize seedlings
处理(＋或－)
存活率/% 叶绿素含量/mg.g-1（DW） 幼苗鲜重/mg.株-1 幼苗高度/cm
热激 Ca2+ EGTA
－ － － 38.5±3.3 a 9.68±2.2 a 1.05±0.11 a 12.33±0.3 a
＋ － － 68.9±4.1 b 13.26±2.0 a 1.33±0.15 a 16.08±0.3 b
＋ ＋ － 86.6±3.4 c 17.01± 3.0 b 1.57±0.15 b 18.53±0.4 c
＋ － ＋ 45.2±2.1 a 11.54±2.1 a 1.24±0.09 a 13.99±0.2 a
表中 a、b、c 表示 5% 水平的差异分析结果，相同字母表示差异不显著，不同字母表示差异显著。
植物生理学通讯 第 40 卷 第 1期，2004 年 2 月 21
一作用，EGTA 的作用正好相反。其中机制可能
是热激通过促进内源脯氨酸的累积而提高活性氧的
清除能力；外源 Ca2+ 则是通过加强脯氨酸的累积
而提高玉米幼苗热激诱导的抗盐性，因而，最终
导致玉米幼苗抗盐性的增强。
4 Ca2+对热激诱导玉米幼苗抗盐性过程中胚芽鞘
质膜相对透性的影响
图3 显示，玉米幼苗胚芽鞘的质膜相对透性
在盐胁迫期间随着盐处理时间的增加而增加，而
在盐胁迫期间尽管热激处理后质膜相对透性也随着
胁迫程度的增加而增加，但增加的程度比未经热
激的小，结合 CaCl2 处理的增加程度最小，结合
EGTA 处理的增加最大。表明热激可缓解盐胁迫
过程中质膜相对透性的增加，Ca2+ 则促进热激的
此种缓解效应。
总之，在整个盐胁迫期间经热激处理的玉米
幼苗保持较高的 GR 活性（图 1）和脯氨酸含量
（图 2）；Ca 2+ 可进一步提高热激幼苗的 GR 活性
和脯氨酸含量，而 Ca2+ 螯合剂 EGTA 处理的效果
则否（图 1,2）。这暗示热激后细胞抗氧化能力
增强是热激诱导玉米幼苗抗盐性的生理基础之一，
而Ca2+ 可能通过增强细胞抗氧化系统而调控热激
诱导的玉米幼苗对盐胁迫的交叉适应。
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图2 热激结合Ca2+处理对玉米幼苗在盐胁迫中
脯氨酸含量的影响
Fig.2 Effect of heat shock and Ca2+ treatment on proline
content during salt stress in maize seedlings
图3 热激结合Ca2+处理对玉米幼苗在盐胁迫过程中
质膜相对透性的影响
Fig.3 Effect of heat shock and Ca2+ treatment on cytomem-
brane permeability during salt stress in maize seedlings