全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2002 , 29 (3) : 243～246
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2001 - 07 - 16 ; 修回日期 : 2002 - 01 - 07
基金项目 : 河北省自然科学基金资助项目 (399125) ; 农业部“蔬菜遗传与生理实验室”资助项目3 通讯作者 (Author for correspondence) 。
钙调素拮抗剂与 Ca2 + 对茄子幼苗抗冷性的影响
高洪波　陈贵林 3
(河北农业大学园艺学院 , 保定 071001)
摘 　要 : 研究钙调素 (CaM) 拮抗剂 W7 〔N2 (62aminohexyl) 252chloro212naphthalene sulfonamide〕和 Ca2 +
对茄子幼苗抗冷性的影响 , 结果表明 : W7 浸种处理显著提高了低温胁迫下茄子幼苗叶片电解质渗透率和
MDA 含量 , 降低了 SOD、CAT活性和可溶性蛋白质含量 ; 而 Ca2 + 浸种处理显著降低了低温胁迫下叶片电解
质渗透率和 MDA 含量 , 提高了 SOD、CAT活性和可溶性蛋白质含量 , 说明 Ca2 + ·CaM 信使系统在茄子幼苗
抗冷调控过程中起着重要的作用。
关键词 : 钙调素 ; CaM拮抗剂 ; Ca2 + ; 茄子 ; 抗冷性
中图分类号 : S 641. 2 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 05132353X (2002) 0320243204
茄子属典型的喜温蔬菜 , 低温冷害是制约茄子越冬栽培的主要障碍因子。研究表明 , 第二信使
Ca2 + 在调节植物细胞对低温〔1 ,2〕、高温〔3 ,4〕、盐害〔5〕等环境胁迫信号转导过程中起着重要的作用。CaM
作为 Ca2 +的受体 , 通过与 Ca2 + 结合而激活一系列的靶酶和非酶蛋白 , 从而调控生理代谢及基因表
达〔6〕。W7 〔N2 (62aminohexy1) 252chloro212naphthalene sulfonamide〕作为一种新的 CaM 拮抗剂 , 可导致
Ca2 + ·CaM 信使系统功能发生障碍 , 与 CPZ (氯丙嗪) 、TFP (三氟拉嗪) 等其它 CaM 拮抗剂相比 , W7
不影响细胞膜的结构和流动性〔7 ,14〕。因此利用 W7 和 Ca2 + 处理阻碍和增强 Ca2 + ·CaM 信使系统是目前
探索活体植物 Ca2 + ·CaM 信使功能的重要手段。目前国内外对 Ca2 + 和 CaM 的研究多是以玉米、水稻
等农作物为材料 , 尚未见有关 Ca2 + 和 CaM 拮抗剂与茄子抗冷性的研究报道。
本试验利用 W7 和 Ca2 +浸种处理研究 Ca2 + ·CaM 对低温胁迫下茄子幼苗膜脂过氧化、保护酶活性
及保护性物质含量等方面的影响 , 从阻碍和增强 Ca2 + ·CaM 信使系统转导两个角度揭示 Ca2 + ·CaM 信
使在抗冷中的作用机理 , 为茄子乃至蔬菜设施栽培防止低温冷害提供理论依据。
1 　材料与方法
试验于 2000 年 2～4 月和 2001 年 2～4 月分两期在河北农业大学进行。茄子 ( Solanum melogena
L. ) 品种为丰研 2 号 (Fengyan 2) 。种子经 0. 1 % KMnO4 消毒后 , 分成 3 份。分别设 40 mmol·L - 1CaCl2
(分析纯) 、300μmol·L - 1 W7 (Sigma 公司产品) 和去离子水 (对照) 浸种 3 个处理。浸种 12 h 后将种
子排列于铺有滤纸的培养皿中 , 28 ℃催芽 72 h。将发芽整齐的种子分别播于装有蛭石的 72 孔穴盘中 ,
在日光温室内培育幼苗。昼温 25～28 ℃, 夜温 15～17 ℃, 其它管理与一般日光温室相同。子叶展平
后每隔 2 d 用 1/ 2 营养液 (按日本山崎茄子营养液配方配制) 浇灌 1 次 , 7 d 后每隔 2 d 用完全营养液
浇灌 1 次。待幼苗达三叶一心时选生长正常的移入 LRH2502G光照培养箱内 (光强 60μmol·m - 2·s - 1 ,
每天光照 12 h) , 先于 12/ 10 ℃ (昼/ 夜) 环境下预处理 1 d , 再分别置于 5 ℃下处理 0 , 12 , 24 , 36 ,
48 h , 然后每天取样测定。
细胞质膜透性的测定按杨根平等〔8〕的方法 , 以相对电解质渗透率表示。丙二醛 (MDA) 含量的测
定采用硫代巴比妥酸法〔9〕, 以μmol·g - 1 FM 表示 MDA 含量。超氧化物歧化酶 (SOD) 活性的测定按
Giannopolitis 等〔10〕的方法测定 , 以抑制氮蓝四唑 (NBT) 光化还原 50 %为一个酶活性单位。过氧化氢
酶 (CAT) 活性的测定采用 Dhindsa 等〔11〕的方法 , 以每分钟减少 0. 1 个 A 值所需的酶量为 1 个酶活性
单位。可溶性蛋白质含量用考马斯亮蓝 G2250 法测定 , 以牛血清蛋白作标准。以上指标每处理分别取
10 株 , 剪取幼苗第 2 片真叶混合测定 , 重复 3 次。
2 　结果与分析
2. 1 　W7 与 Ca2 + 对低温胁迫茄子幼苗叶片细胞质膜透性的影响
从图 1 可以看出 , 随低温胁迫时间的延长 , 3 种处理电解质渗透率均表现为先上升后下降 , 其中
W7 处理始终高于 Ca2 + 处理和对照 (去离子水处理) ; 在低温胁迫 36 h 时 3 种处理电解质渗透率均达
最高峰 , 此时 W7 处理分别比 Ca2 + 处理和对照增加 134. 66 %和 47. 58 % ; 低温胁迫 36 h 后 3 种处理电
解质渗透率均呈下降的变化趋势。这表明 W7 处理使茄子幼苗细胞膜渗透率显著增加 , 加重冷害对幼
苗的伤害 , 而 Ca2 +处理却明显降低膜的渗透率 , 提高幼苗抗冷性。
2. 2 　W7 和 Ca2 + 对冷胁迫下茄子幼苗叶片 MDA含量的影响
不同处理茄子幼苗经 0～48 h 低温胁迫后 , 叶片中过氧化产物 MDA 含量变化见图 2。低温处理
前 , Ca2 + 、W7、对照的 MDA 含量均较低 , 随低温胁迫时间的延长 , 3 种处理 MDA 含量均呈上升趋
势。W7 处理在整个胁迫过程中 MDA 含量显著增加。与 W7 和对照相比 , Ca2 + 处理显著降低了 MDA
的含量。在胁迫 48 h 时 , Ca2 +处理叶片 MDA 含量分别比 W7 处理和对照降低了 51. 72 %和 25. 86 %。
这表明 W7 通过抑制 Ca2 + ·CaM 的形成使茄子幼苗体内 MDA 含量增加 , 加剧了冷害对幼苗的伤害 , 而
Ca2 + 通过促进 Ca2 + ·CaM 的产生减缓了低温的伤害 , 提高了幼苗的抗冷性。
图 1 　W7 和 Ca2 +处理对冷害茄苗膜质透性的影响
Fig. 1 　Effect of W7 and Ca2 + treatment of seeds on electrolytic
leakage of eggplant seedling under chilling stress
图 2 　W7 和 Ca2 +处理对冷害茄苗 MDA含量的影响
Fig. 2 　Effect of W7 and Ca2 + treatment of seeds on MDA
content of eggplant seedling under chilling stress
2. 3 　W7 与 Ca2 + 对冷胁迫下茄子幼苗叶片 SOD 活性的影响
较高的 SOD 活性是植物抵抗逆境胁迫的生理基础。图 3 表明 , 低温胁迫前 , 3 种处理叶片 SOD 活
性并无显著差异。在低温胁迫 0～12 h 范围内 Ca2 + 处理和对照 SOD 活性同步上升 , 在低温胁迫 12～
48 h 范围内 Ca2 + 处理 SOD 活性一直显著高于对照。随低温处理时间的延长 , W7 处理叶片 SOD 活性
呈下降趋势且显著低于 Ca2 + 处理和对照。Ca2 + 处理在低温胁迫 24 h 时 SOD 活性达最高峰 , 比对照提
前 12 h。在胁迫 24 h 时 , W7 处理和对照 SOD 活性分别比 Ca2 + 处理降低 72. 41 %和 22. 80 %。这说明
W7 通过抑制 Ca2 + ·CaM 形成降低了 SOD 活性 , Ca2 + 处理能显著促进 Ca2 + ·CaM 形成并提高 SOD 活性 ,
并使之维持在较高的水平 , 减轻了 O -·2 自由基对茄子幼苗的伤害。
2. 4 　W7 与 Ca2 + 对冷胁迫下茄子幼苗叶片 CAT活性的影响
CAT对清除组织中的 H2O2 等有害自由基有重要的作用。由图 4 可以看出 , 随低温胁迫时间的延
长 , Ca2 + 处理和对照叶片 CAT活性均呈现先上升后下降的变化趋势 , 并且 Ca2 + 处理在整个胁迫过程
中显著高于对照和 W7 处理。在整个胁迫范围内 W7 处理 CAT活性呈缓慢下降的变化趋势。在低温胁
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迫 24 h 时 , W7 处理和对照 CAT活性分别比 Ca2 + 处理降低 74. 90 %和 31. 71 %。这表明 W7 通过抑制
Ca2 + ·CaM 的形成降低了 CAT活性 , 而 Ca2 + 处理由于促进 Ca2 + ·CaM 信使系统的形成增强了 CAT 活
性 , 减缓了 H2O2 对茄子幼苗的伤害 , 提高植株抗冷力。
图 3 　W7 和 Ca2 +浸种处理对冷害茄苗 SOD 活性的影响
Fig. 3 　Effect of W7 and Ca2 + treatment of seeds on SOD
activity of eggplant seedling under chilling stress
图 4 　W7 和 Ca2 +浸种处理对冷害茄苗 CAT活性的影响
Fig. 4 　Effect of W7 and Ca2 + treatment of seeds on CAT
activity of eggplant seedling under chilling stress
2. 5 　W7 与 Ca2 + 对冷胁迫下茄子幼苗叶片可溶
性蛋白含量的影响
图 5 表明 , 3 种处理茄子幼苗叶片可溶性蛋
白质含量在整个低温胁迫过程中也呈现先上升后
下降的变化趋势 , Ca2 + 处理始终显著高于对照和
W7 处理。在低温胁迫 24 h 时 , 3 种处理可溶性
蛋白质含量均达最大值 , 此时 Ca2 + 处理分别比
对照和 W7 处理增加 38. 67 %和 201. 58 %。这表
明 W7 通过抑制低温胁迫过程中 Ca2 + ·CaM 信使
的形成阻碍了可溶性蛋白质产生 , Ca2 +能促进冷
害过程中可溶性蛋白质的合成 , 可溶性蛋白质含
量增加。
图 5 　W7 和 Ca2 +浸种对冷害茄苗可溶性蛋白含量影响
Fig. 5 　Effect of W7 and Ca2 + treatment of seeds on soluble
protein content of eggplant seedling under chilling stress
3 　讨论
低温伤害使细胞膜的结构和厚度发生变化 , 破坏细胞内自由基清除与产生的动态平衡 , 因
O -·2 、1O2、OH - 和 H2O2 等自由基的积累而引起膜脂过氧化和脱酯化作用 , 引起蛋白质分子内和分子间
的交联 , 使细胞膜的结构和功能受到破坏。Ca2 + 通过其浓度的变化对稳定双脂层的基本结构、防止膜
损伤和膜渗透、维持膜的完整性起着积极的作用〔12〕。Ca2 + 作为胞内功能的第二信使 , 与受体 CaM 结
合后会引发一系列与增强耐冷性有关的生理反应 , 如 POD、SOD、CAT、ATPase 等酶的活性增强 , 内
源保护性物质增加等〔12 ,13〕。本试验结果表明 , W7 处理使低温胁迫后茄子幼苗叶片电解质渗透率显著
升高 , MDA 积累 , SOD、CAT活性持续下降 , 而 Ca2 + 处理能明显缓解低温对茄子幼苗的伤害 , 叶片
电解质渗透率和 MDA 含量降低 , SOD 和 CAT 的活性提高 , 并使其活性维持在较高的水平上 , 说明
Ca2 + ·CaM 信使系统参与茄子幼苗抗冷反应 , 这与梁颖〔14〕和李卫〔15〕的研究结果一致 , 表明 Ca2 + ·CaM
信使系统在茄子幼苗抗冷过程中参与酶活性的调节 , W7 通过阻碍 Ca2 + ·CaM 信使系统的转导 , 通过
影响质膜的结构导致细胞质膜透性的增加 , 阻断外界刺激引发的生理反应 , 使 SOD 和 CAT 酶活性降
低 , 而 Ca2 + 处理使叶片内游离态 Ca2 + 浓度增加 , 可诱导类脂排列紧密 , 增强膜的疏水性和稳定性 ,
保护细胞膜的完整性 , 可使 SOD、CAT等靶酶对 Ca2 + ·CAM 的亲和性提高。
本试验结果表明低温胁迫下 W7 处理使可溶性蛋白质含量始终维持在一个较低的水平 , 而 Ca2 + 处
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理能显著增加可溶性蛋白质的含量。这与 Momroy〔16〕的结果相符 , 表明 Ca2 + 与 CaM 结合后改变了基因
的转录和蛋白质的合成模式 , W7 由于抑制了 Ca2 + ·CaM 的形成 , 阻碍了可溶性蛋白质的合成 , 而
Ca2 + 处理通过促进 Ca2 + ·CaM 的合成 , 使可溶性蛋白质含量提高 , 植物受害减轻。
综上 , Ca2 + 增强茄子幼苗抗冷性与叶片细胞内 Ca2 + ·CaM 信使系统密切相关 , W7 导致茄子幼苗
抗冷力下降的实质是 Ca2 + ·CaM 信使功能受阻。不同作物 Ca2 + ·CaM 信使作用机理有待进一步研究。
在实际生产中 , 利用 Ca2 + 浸种可增强幼苗的抗冷性 , 这将为冬春保护地蔬菜育苗和生产提供理论依
据。
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The Effect of Calmodulin Antagonist and Calcium on Chilling Resistance of
Eggplant Seedling
Gao Hongbo and Chen Guilin
( Department of horticulture , Hebei Agricultural University , Baoding 071001 , China)
Abstract : The effect of calmodulin antagonist W7 and Ca2 + on chilling resistance of eggplant seedlings were
studied. Seed soaking with W7 distinctly enhanced the contents of electrolyte leakage and malondialdehyde
(MDA) , reduced the activities of superoxid dismutase ( SOD) , catalase ( CAT) and the content of soluble
protein of eggplant seedling leaves under chilling stress , seed soaking with Ca2 + solution obviously decreased the
contents of electrolyte leakage and MDA , increased the activities of SOD , CAT and the content of soluble protein
of leaves. The result suggests that Ca2 + ·CaM messenger system plays an important role in controlling chilling
resistance of eggplant seedling.
Key words : Calmodulin antagonist ; Ca2 + ; Eggplant ; Chilling resistance
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