全 文 ：植物生理学通讯 第 43卷 第 3期，2007年 6月 421
钙离子参与一氧化氮促进盐胁迫下的玉米种子萌发
唐静，韩宇，陈康，王玉图，刘新 *
莱阳农学院生命科学学院，山东青岛 266109
提要：0.001~1.0 mmol·L-1一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)均能提高玉米种子的发芽率，缓解盐胁迫下种子萌发的抑制作
用，其中 0.1 mmol·L-1 SNP的效果最佳。用胞外游离 Ca2+螯合剂 EGTA、质膜 Ca2+通道阻断剂 LaCl3和液泡 Ca2+释放抑
制剂钌红与 0.1 mmol·L-1 SNP共处理，均能减弱或抵消SNP促进种子萌发的作用。据此推测，钙离子参与SNP促进盐胁
迫下玉米种子萌发的信号转导过程。
关键词：钙离子；一氧化氮；盐胁迫；玉米；种子萌发
Ca2+ Involved in Seed Germination of Maize (Zea mays L.) Induced by Nitric
Oxide under Salt Stress
TANG Jing, HAN Yu, CHEN Kang, WANG Yu-Tu, LIU Xin*
School of Life Sciences, Laiyang Agricultural College, Qingdao, Shandong 266109, China
Abstract: 0.001–1.0 mmol·L-1 sodium nitroprusside (SNP), an exogenous nitric oxide (NO) donor, could
increase the seed germination percentage of maize (Zea mays) and relieve the inhibition of salt stress to seed
germination. The effect of 0.1 mmol·L-1 SNP was the best. After treatment of extracellular dissociation Ca2+
chelant EGTA, in combination with blocker of plasma membrane Ca2+ channels LaCl3 and inhibitor of vacuole
Ca2+ release ruthenium red, the effect of SNP was decreased. Our results suggested that Ca2+ was involved in
the signal transduction of maize seed germination induced by SNP under salt stress.
Key words: Ca2+; nitric oxide; salt stress; maize (Zea mays); seed germination
收稿 2006-12-25 修定 　2007-04-13
资助 山东省教育厅基金 ( J 0 4 C 1 3 )和国家自然科学基金
(3 0 3 70 1 4 1 )。
* 通讯作者(E-mail：l iuxin6080@yahoo.com.cn；Tel：
0 53 2-88 0 30 22 4)。
盐胁迫是制约农作物产量的逆境因素之一，
提高植物抵御盐胁迫的能力，进而提高农作物产
量一直是研究的热点。一氧化氮(nitr ic oxide，
NO)是一种广泛存在于植物体内的信号分子，参
与种子萌发、衰老、对胁迫的响应等过程。最
新的研究表明，N O 可以打破拟南芥种子的休
眠，促进拟南芥种子的萌发(Bethke等 2006)，外
源NO供体硝普钠(sodium nitroprusside，SNP)能
促进黄瓜、豌豆、刺槐等种子的萌发(周永斌等
2005；张少颖等 2004)。但 NO是否影响盐胁迫
下的玉米种子萌发还未见有报道，NO 促进种子
萌发的信号转导机制至今尚不清楚。
作为植物体内的第二信使Ca2+不仅是细胞的
结构物质，而且还调节植物响应环境变化的过
程。采用 Ca2+荧光探针已证实，盐胁迫诱导玉米
原生质体胞质中Ca2+水平持续几分钟升高(霍书新
等 2005)。在 NO调控的气孔运动中，可能涉及
一部分液泡内 Ca2+向胞质的释放和胞外 Ca2+的内
流，并且胞外 Ca2+的内流在NO调控气孔关闭过
程中更为重要(刘新等 2003)。但Ca2+是否参与NO
的其他生理作用？为此，本文研究NO供体 SNP
对盐胁迫下的玉米种子萌发影响，以及 Ca 2+在
SNP调控种子萌发过程中的作用，以期为探明NO
作用机制建立基础。
材料与方法
玉米(Zea mays L.)品种为‘郑单 958’(购自
本校种子公司)。S N P、氯化镧( LaC l 3)、钌红
(ruthenium red，RR)均购自 Sigma公司；EGTA、
NaCl均为国产分析纯。
精选饱满度一致且无病虫伤害的种子以0.1%
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HgCl2消毒 10 min，漂洗干净，在 25 ℃下，以
蒸馏水浸种 12 h后播种到垫有 2层滤纸、直径为
15 cm的培养皿中(每皿 50粒)。滤纸用蒸馏水、
SNP、NaCl、EGTA、LaCl3和 RR溶液分别进行
处理或共处理，经过前期实验筛选出最适实验浓
度，最终确定 SNP 的终浓度分别为 0、0 .001、
0.01、0.1、1.0 mmol·L-1，NaCl为 150 mmol·L-1，
EGTA为 5 mmol·L-1，LaCl3为 3 mmol·L-1，RR为
0.5 mmol·L-1。每隔 12 h更换一次滤纸，用处理
液重新湿润，整个培养过程中保持滤纸湿润。各
处理均重复 3次，处理后于 28 ℃下暗培养，测
定其发芽率。发芽率测定于种子催芽后 72 h统
计，以芽长超过种子长度 1/2计为发芽。发芽率
为规定发芽时间结束时统计的各组发芽数与试验的
种子数之间的比值，以百分比表示。
实验结果
1 SNP对玉米种子发芽率的影响
由表 1可见，在 0.001~1.0 mmol·L-1范围内，
玉米发芽率随着 SNP浓度的提高而升高，其中以
2 SNP对盐胁迫下玉米种子发芽率的影响
分别用蒸馏水、150 mmol·L-1 NaCl、0.001~
0.1 mmol·L-1 SNP和 150 mmol·L-1 NaCl共处理的结
果显示，S NP 可以缓解盐胁迫对种子萌发的抑
制，促进盐胁迫下种子的萌发，并且从低浓度到
高浓度呈上升趋势，其中 0.1 mmol·L-1 SNP的缓
解作用最好(图 1)。说明SNP有缓解盐胁迫下种子
萌发的作用。
表 1 不同浓度 SNP对玉米种子发芽率的影响
Table 1 Effects of different concentrations of SNP on
the germination percentage of maize seeds
SNP浓度 /mmol·L-1 发芽率 /%
0 (对照) 93.33±1.53
0.001 94.00±2.00
0.01 96.67±2.31*
0.1 99.33±0.15**
1.0 94.67±2.31
处理后玉米种子于 28 ℃下暗培养催芽 72 h；发芽率(%)=
发芽种子数 /试验种子数 ×10 0；平均数 ± 标准差，n =3，与对
照相比，*P< 0 . 0 5，**P< 0 . 0 1。图 1 ~ 4 同此。
图 1 不同浓度 SNP对盐胁迫下玉米种子发芽率的影响
Fig.1 Effects of different concentrations of SNP on the
germination percentage of maize seeds under salt stress
a：对照；b：150 mmol·L-1 N aCl；c：0.0 01 mmol·L-1
SNP+150 mmol·L-1 NaCl；d：0.01 mmol·L-1 SNP+150 mmol·L-1
NaCl；e：0.1 mmol·L-1 SNP+150 mmol·L-1 NaCl。
图 2 EGTA对盐胁迫下玉米种子发芽率的影响
Fig.2 Effects of EGTA on the germination percentage
of maize seeds under salt stress
a：对照；b：5 mmol·L-1 EGTA；c：0.1 mmol·L-1 SNP；
d：0.1 mmol·L-1 SNP+5 mmol·L-1 EGTA；e：150 mmol·L-1
NaCl；f：15 0 mmol·L-1 Na Cl+ 5 mmol·L-1 EGT A；g：0.1
mmol·L-1 SNP+150 mmol·L-1 NaCl；h：0.1 mmol·L-1 SNP+150
mmol·L-1 NaCl+5 mmol·L-1 EGTA。
3 Ca2+对 SNP缓解盐胁迫下玉米种子萌发率的影
响
图 2~4显示：(1)经过能螯合外源 Ca2+和胞外
0.1 mmol·L-1的效果最好，说明 SNP可以促进玉
米种子萌发；浓度达到 1.0 mmol·L-1时，发芽率
即下降。这与前人研究的较低浓度的NO对植物
细胞有保护作用的结果相一致(Beligni和Lamattina
1999)。所以在以下实验中均不用 1.0 mmol·L-1
S N P。
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游离 Ca2+，从而间接降低胞内游离 Ca2+浓度的胞
外游离 Ca2+螯合剂 EGTA处理后，玉米发芽率明
显下降，表明 EGTA可以抵消 SNP促进种子萌发
的作用；经过 EGTA处理的 SNP缓解盐胁迫种子
萌发的作用几乎完全消失(图 2)。(2)作为质膜 Ca2+
通道阻断剂的LaCl3能阻断Ca2+向胞内流入，明显
抑制玉米种子萌发。SNP与 LaCl3共处理的，几
乎完全消除 SNP 对种子萌发的促进作用，削弱
SNP对盐胁迫下玉米种子萌发的促进作用(图 3)。
(3)作为液泡 Ca2+释放抑制剂的 RR能抑制细胞内
Ca2+的释放，直接影响胞内 Ca2+的浓度，显著抑
制 SNP对盐胁迫下玉米种子萌发的促进作用，其
抑制效果比 EGTA和 LaCl3更加明显(图 4)。
讨 论
NO可以提高植物抗性并参与多种生理过程的
报道已有很多。Caro和 Puntarulo (1999)根据大豆
种子萌发过程中NO的产生，推测NO可能对大豆
种子萌发有作用。张绪成等(2005)用NO供体SNP
和 N-亚硝基 -乙青霉胺(SNAP)处理需光才能萌发
的葛笋种子后，其在黑暗中也能萌发，且种子萌
发率与 SNP和 SNAP的剂量呈正比。但本文结果
表明，SNP促进玉米种子萌发的作用是低浓度促
进而高浓度抑制(表 1)，类似于生长素促进生长的
作用，这与 Libourel等(2006)的结果是相似的。
Ca2+是普遍存在于植物体内的胞内信使，可
以提高植物的抗盐胁迫能力。王广印等(2004)报
道，Ca2+可以削弱盐对南瓜和黄瓜种子萌发的胁
迫。Ruan等(2004)认为NO缓解盐对种子萌发的
胁迫与其可调节植物体内的离子平衡相关，Ca2+
信使参与这一过程。本文结果也表明，NO供体
S N P 可促进盐胁迫下玉米种子萌发，E G T A、
LaCl3、RR和 SNP共处理均可削弱或抵消 SNP促
进种子萌发的作用。据此可以推测，胞外 Ca2+、
胞外Ca2+的内流和Ca2+在胞内的释放都与SNP调
控的盐胁迫下玉米种子萌发有密切关系，Ca2+参
与NO供体SNP介导的盐胁迫下的玉米种子萌发中
的信号转导过程。
动物细胞中NO和 Ca2+之间的联系已多有研
究。而植物体内NO与 Ca2+之间相互关系的研究
还刚起步，但越来越多的研究表明，NO在植物
体内的作用与 Ca2+之间有联系。但迄今有关植物
体内NO信号转导途径的报道甚少，对其组成成
员的了解更少，有哪些成员参与植物体内NO信
号转导途径，NO是否也经 cGMP传导，进而激
活对 cGMP依赖的蛋白激酶活性，提高Ca通道活
性，Ca2+下游的靶蛋白又如何，都需进一步研究。
参考文献
霍书新, 杜国强, 张小红(2005). 钙缓解植物盐害的作用机制研究
图 3 LaCl3对盐胁迫下玉米种子发芽率的影响
Fig.3 Effects of LaCl3 on the germination percentage
of maize seeds under salt stress
a：对照；b：3 mmol·L-1 LaCl3；c：0.1 mmol·L-1 SNP；
d：0.1 mmol·L-1 SNP+3 mmol·L-1 LaCl3；e：150 mmol·L-1
NaCl；f：150 mmol·L-1 NaCl+3 mmol·L-1 LaCl3；g：0.1 mmol·
L-1 SN P+15 0 mmol·L -1 N aCl；h：0.1 mmol·L -1 SNP+150
mmol·L-1 NaCl+3 mmo·L-1 LaCl3。
图 4 RR对盐胁迫下玉米种子发芽率的影响
Fig.4 Effects of RR on the germination percentage
of maize seeds under salt stress
a：对照；b：0.5 mmol·L-1 RR；c：0.1 mmol·L-1 SNP；
d：0.1 mmol·L-1 SNP+0.5 mmol·L -1 RR；e：150 mmol·L -1
Na Cl；f：1 50 mmol ·L -1 Na Cl+0 .5 mmol · L -1 RR；g：0 .1
mmol·L-1 SNP+150 mmol·L-1 NaCl；h：0.1 mmol·L-1 SNP+150
mmol·L-1 NaCl+0.5 mmol·L-1 RR。
植物生理学通讯 第 43卷 第 3期，2007年 6月424
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