全 文 ：第 27 卷 第 2 期 作　物　学　报 V o l. 27, N o. 2
2001 年 3 月 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA M ar. , 2001
干旱、盐胁迫下LaCl3 和CPZ 对稻苗脯氨酸积累的影响Ξ
宗　会　刘娥娥　郭振飞　李明启
(华南农业大学生物技术学院, 广东广州 510642)
提　要　干旱、盐胁迫下水稻幼苗丙二醛 (M DA )含量增加、质膜透性增大, 同时脯氨酸 (P ro)积累; 以
质膜Ca2+ 通道阻断剂L aC l3 和钙调素 (CaM ) 拮抗剂氯丙嗪 (CPZ) 对水稻幼苗预处理以阻碍Ca2+ öCaM
信使传导后, 加剧逆境下, 水稻幼苗M DA 含量的增加、质膜透性的增大和 P ro 积累, 且 P ro 含量与
M DA 含量和质膜透性呈极显著正相关。表明干旱、盐胁迫下阻碍 Ca2+ öCaM 信使传导后, 水稻幼苗
P ro 积累加剧, P ro 积累的多少, 可反映水稻幼苗的伤害程度。
关键词　水稻幼苗; 干旱和盐; L aC l3 和CPZ; 脯氨酸
Effects of LaCl3 and CPZ on Prol ine Accum ula tion of R ice Seedl ing
under D rought and Sa lt Stresses
ZON G H u i　L IU E′e　GUO Zhen2Fei　L IM ing2Q i
(Colleg e of B iotechnology , S ou th Ch ina A g ricu ltu ra l U niversity , Guang z hou 510642, Ch ina)
Abstract 　 　 U nder drough t and N aC l stresses, M DA con ten t and cell m em b rane
perm eab ility w ere increased, a t the sam e tim e the p ro line in rice seed ling w as accum u la ted.
B lock ing Ca2+ öCaM m essenger system by p retrea t ing rice seed ling w ith CPZ (a k ind of CaM
agon ist ) , o r L aC l3 ( a k ind of Ca2+ 2channel b locker ) , no t on ly the M DA con ten t and
m em b rane perm eab ility bu t a lso the p ro line accum u la t ion in rice seed ling w ere enhanced
sign if ican t ly under the stresses. P ro line con ten t w as po sit ively co rrela ted very sign if ican t ly
w ith M DA con ten t and m em b rane perm eab ility respect ively. T he resu lts suggested tha t
b lock ing ca lcium m essenger system tran sduct ion cou ld affect p ro line accum u la t ion in rice
seed ling, and the p ro line accum u la t ion seem s to be a sym p tom of rice seed ling in ju ry.
Key words　　R ice seed ling; D rough t and sa lt; L aC l3 and CPZ; P ro line
目前植物对逆境反应的信号传导机制受到关注。Ca2+ 是植物生长发育的第二信使, 其中
Ca2+ öCaM 信使系统是研究较多和较清楚的一个钙信使系统[ 1, 2 ]。钙信使系统参与植物的抗
逆反应, 干旱、盐和低温等胁迫都可诱发植物细胞产生钙信号[ 3, 4 ]。我们的初步研究表明
Ca2+ öCaM 信使系统可能参与稻苗抗逆性反应[ 5 ]。逆境下植物体积累脯氨酸 (P ro )具有一定普
遍性[ 6 ] , P ro 可能作为渗透调节物质、膜和酶的保护物质及自由基清除剂等而对植物起保护
作用[ 7～ 10 ]。逆境下钙信使系统可能影响植物体内 P ro 的积累[ 11, 12 ]。本文报道干旱和盐胁迫下
以L aC l3 和 CPZ 对稻苗预处理以阻碍 Ca2+ öCaM 信使系统后稻苗 P ro 积累的变化及其与膜Ξ 农业部“九五”基础研究项目资助 (03201202)
收稿日期: 1999212217, 接受日期: 2000205202
Received on: 1999212217, A ccep ted on: 2000205202

脂过氧化和质膜透性的关系, 为探讨Ca2+ öCaM 信使系统在水稻抗逆中的作用和评价逆境下
P ro 积累的生理意义提供参考。
1　材料与方法
1. 1　材料及培养
选用抗旱和抗盐性较强的水稻 (O ry z a sa tiva L. ) 品种湘中籼 2 号, 由华南农业大学分子
植物生理室提供。将种子以 1 göL H gC l2 消毒后置恒温箱 (28℃)中催芽 2d 后, 播种于尼龙网
上, 以木村B 培养液进行培养, 自然光光照生长至三叶期 (约 13d)备用。
1. 2　实验处理
以 500 Λm o löL L aC l3 或 50 Λm o löL CPZ 对三叶期湘中籼 2 号水稻幼苗进行根际预处理
15h, 然后作如下处理: (1) 对照, 不做预处理和胁迫处理 (CK) ; (2) 预处理对照, 只进行预
处理不进行胁迫处理 (P) ; (3) 预处理后进行干旱胁迫处理 (P + D ) ; (4) 不进行预处理只进
行干旱胁迫处理 (D ) ; (5) 预处理后进行盐胁迫处理 (P+ S) ; (6) 不进行预处理只进行盐胁迫
处理 (S)。以上每个处理的幼苗数为 90 株, 其中干旱胁迫以含- 0. 6 M Pa PEG26000 的培养
液根际处理模拟干旱, 盐胁迫以含 0. 15 m o löL N aC l 的培养液根际处理。
1. 3　测定方法
1. 3. 1　P ro 和丙二醛 (M DA )含量测定　　处理 0d、2d、4d 和 6d 时, 取水稻幼苗地上部分别
参照文献[ 13, 14 ]方法测定, 3 次重复。
1. 3. 2　质膜相对透性测定　　处理 2d 时, 取稻苗地上部参照文献[ 14 ]方法测定, 3 次重复。
2　结果与分析
2. 1　LaCl3 和CPZ 对逆境下稻苗质膜相对透性的影响
L aC l3 是一种质膜Ca2+ 通道阻断剂, 可阻断质膜Ca2+ 通道而阻碍胞外Ca2+ 进入细胞, 从
而阻碍Ca2+ öCaM 信使系统传导; CPZ是一种钙调素 (CaM ) 拮抗剂 , 可与CaM 结合而阻碍
图 1　　L aC l3 和CPZ 预处理对水稻
幼苗质膜透性的影响
F ig. 1　　Effects of p retreating w ith L aC l3 and CPZ
on cell m em brane perm eability of rice seedling
Ca2+ öCaM 信使系统传导[ 15 ]。处理 2d 时, L aC l3
和CPZ 预处理对正常生长条件下, 稻苗质膜透性
无明显影响, 却加剧干旱和盐胁迫下稻苗质膜透
性的增大 (图 1)。表明以L aC l3 和CPZ 预处理阻碍
稻苗 Ca2+ öCaM 信使系统传导后, 稻苗质膜伤害
增加。
2. 2　LaCl3 和CPZ 对逆境下稻苗MDA 含量的影
响
丙二醛 (M DA ) 是反映植物体膜脂过氧化程度
的一个重要指标。干旱和盐胁迫下稻苗M DA 含量
随胁迫时间的延长而增加。L aC l3 和 CPZ 预处理
对正常生长条件下稻苗M DA 含量无明显影响, 但
显著增加干旱和盐胁迫下水稻幼苗的M DA 含量
(图 2, 图 3)。表明以L aC l3 和 CPZ 预处理阻碍稻苗 Ca2+ öCaM 信使系统传导后加剧逆境下
稻苗的膜脂过氧化程度。
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图 2　　L aC l3 预处理对水稻幼苗M DA 含量的影响
F ig. 2　　Effects of p retreating w ith L aC l3 on M DA conten t of rice seedling
图 3　　CPZ 预处理对水稻幼苗M DA 含量的影响
F ig. 3　　Effects of p retreating w ith CPZ on M DA conten t of rice seedling
2. 3　LaCl3 和CPZ 对逆境下稻苗 Pro 含量的影响
正常生长条件下, 稻苗体内 P ro 含量无明显变化, 干旱和盐胁迫下随着胁迫时间的延长
P ro 含量急剧增加。L aC l3 和CPZ 预处理对正常生长条件下稻苗 P ro 含量无明显影响, 但显
著增加干旱和盐胁迫下稻苗的 P ro 含量 (图 4, 5)。在盐胁迫 6d 时, CPZ 预处理水稻幼苗 (处
理 P+ S) P ro 含量反而低于未CPZ 预处理的水稻幼苗 (处理 S)的 P ro 含量, 因此时处理 P+ S
的植株叶片开始干枯死亡, 可能致使 P ro 合成能力下降。
图 4　　L aC l3 预处理对水稻幼苗 P ro 含量的影响
F ig. 4　　Effects of p retreating w ith L aC l3 on p ro line conten t of rice seedling
2. 4　Pro 含量与MDA 含量和质膜透性的相关性
对上述干旱和盐胁迫下水稻幼苗 P ro 含量与M DA 含量和质膜透性分别进行相关分析发
现, 逆境下水稻幼苗体内 P ro 含量变化与M DA 含量变化和质膜透性呈极显著 (P < 0. 01) 正
相关, 相关系数分别为 r= 0. 7644 和 r= 0. 7174 (图 6)。表明胁迫下随着M DA 含量和质膜透
5712 期　　　　　　宗　会等: 干旱、盐胁迫下L aC l3 和CPZ 对稻苗脯氨酸积累的影响　　　　　　　　　　

图 5　　CPZ 预处理对水稻幼苗 P ro 含量的影响
F ig. 5　　Effects of p retreating w ith CPZ on p ro line conten t of rice seedling
性的增加, 稻苗 P ro 含量也相应增加。由于M DA 含量和质膜相对透性可表示植物体所受伤
害的程度, 稻苗 P ro 含量与M DA 含量和质膜相对透性呈显著正相关, 说明逆境下稻苗 P ro
积累的多少, 可反映稻苗的伤害程度。
图 6　　P ro 含量与M DA 含量和质膜相对透性的相关关系
F ig. 6　　Co rrelat ion of p ro line conten t w ith M DA conten t and cell m em brane perm eability
3　讨论
外界刺激可改变膜透性和开启Ca2+ 通道, 使胞质内Ca2+ 浓度迅速增加, Ca2+ 与CaM 结
合活化 CaM 然后激活靶酶, 引起相应的生理生化过程, 这就是 Ca2+ öCaM 信使系统的功
能[ 1, 2 ]。L aC l3 和CPZ 都可阻碍 Ca2+ öCaM 信使传导。CPZ 通过与CaM 结合使 CaM 功能丧
失而起作用, L aC l3 则通过阻断质膜Ca2+ 通道而阻碍Ca2+ 内流而起作用[ 15 ]。阻碍Ca2+ öCaM
信使系统传导是目前探索活体内Ca2+ öCaM 信使功能常用手段。
已有研究表明, 环境胁迫如干旱、盐、低温、热击等都可诱发植物细胞产生 Ca2+ 信号,
产生相应的生理生化反应[ 3～ 4, 14 ]。Gong 等[ 15 ]研究表明 Ca2+ öCaM 信使参与调节玉米幼苗中
抗氧化酶活性而提高玉米幼苗抗热性。M on roy 等[ 4 ]研究, 表明苜蓿冷驯化过程中, Ca2+ 信使
通过调节蛋白磷酸化而诱导冷驯化基因表达, 提高苜蓿抗冷性。李卫等[ 16 ]发现钙信使参与柑
桔原生质体抗冻性表达。我们的研究表明 Ca2+ öCaM 信使系统可能参与水稻幼苗抗逆性调
控[ 5 ]。本文中L aC l3 和CPZ 预处理后稻苗质膜透性和M DA 含量增加 (图 1～ 3) , 说明逆境下
阻碍Ca2+ öCaM 信使传导加剧稻苗的损伤。
逆境下植物体积累 P ro 具有一定普遍性[ 6 ] , P ro 可作为渗透调节物质、氮源贮藏、酶和细
胞结构的保护剂及清除羟自由基等而对植物起保护作用[ 7～ 10 ]。但至今对逆境下 P ro 积累的生
理意义仍存在较大分歧。一些研究表明逆境下抗逆性较强的品种 P ro 积累较多, 而抗逆性较
弱的品种积累 P ro 较少, 因此逆境下 P ro 积累的多少可以作为植物抗逆性强弱的一个指
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标[ 7, 11 ]。但另一些研究结果正好与此相反。L iu 等[ 17 ]研究发现在盐胁迫下盐敏感的拟南芥突
变体 (比对照敏感 20 多倍)比耐盐较强的野生型能积累更多的 P ro。因此认为盐胁迫下拟南芥
中 P ro 含量不是一个限制其抗盐性的因子, 而更适宜作为一个胁迫伤害指标。L u tts 等[ 18, 19 ]
研究发现在盐胁迫下对盐敏感的水稻品种比耐盐品种能积累更多的 P ro, 也认为盐胁迫下水
稻幼苗中 P ro 积累的多少是一个胁迫伤害指标, 而不是一个抗性指标。我们研究也发现, 在
盐、干旱和低温胁迫下抗逆性较强的水稻品种 P ro 积累较少, 而抗逆性较弱的水稻品种 P ro
积累较多。本文以L aC l3 和CPZ 预处理后, 加剧了干旱和盐胁迫下稻苗的损伤 (图 1～ 3) , 同
时使 P ro 积累加剧 (图 4, 5)。逆境下稻苗的 P ro 含量与M DA 含量和质膜透性分别呈极显著
正相关 (图 6) , 表明逆境下稻苗 P ro 积累的多少, 可反应稻苗的伤害程度, 较适宜作为一个伤
害指标, 而不宜作为一个抗性筛选指标。当然, 当胁迫伤害超过一定限度时, 植物体开始死
亡, P ro 含量不再积累 (图 5) , 此时 P ro 含量不再表示植物的伤害程度。
D e 等[ 11 ]研究表明, 番茄幼苗和悬浮细胞系经短期的热激和低温处理后 P ro 含量增加,
外源Ca2+ 预处理可增加其 P ro 含量, 而外源 EGTA 和L aC l3 预处理 (阻止钙信使传导) 则显
著降低其 P ro 含量。汪良驹等[ 19 ]研究盐胁迫下, 无花果愈伤组织 P ro 的积累也有类似的结
果。这些结果表明钙信使可能参与了逆境下植物体中 P ro 的积累。本文结果与此不同, 逆境
下阻碍钙信使传导后 P ro 含量大幅增加 (图 4, 5)。干旱和盐胁迫都可对植物产生氧化胁迫而
造成活性氧伤害, 而 CPZ 和L aC l3 预处理, 则加重了这种损伤。据报道·OH 可诱导 P ro 积
累, 氧化胁迫下植物体内 P ro 积累有可能是植物抵抗氧化胁迫的一种反应[ 8 ]。鉴于 P ro 具有
多种保护作用, 本文中CPZ 和L aC l3 预处理, 加剧逆境下稻苗 P ro 积累可能是阻断钙信使后
水稻幼苗抗逆性下降, 胁迫伤害增加的一种应激反应, 以抵抗其所受伤害。
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