全 文 ：Vol. 30 , No. 10
pp. 1042 - 1046 　Oct. , 2004
作 　物 　学 　报
ACTA AGRONOMICA SINICA
第 30 卷 第 10 期
2004 年 10 月 　1042～1046 页
干旱胁迫下 CaM 与小麦胚芽鞘和幼根生长的关系
关军锋　郑桂珍　李广敏 Ξ
(河北省农林科学院遗传生理研究所 ,河北石家庄 050051)
摘 　要 　在聚乙二醇 (PEG)26000 (20 %)诱导的干旱胁迫下 ,小麦 ( Triticum aestivum L1 cv1 4185) 胚芽鞘及根系的生长受到
抑制。胁迫初期 ,胚芽鞘及根系 CaM 水平迅速下降 ,之后随胁迫程度加重而逐渐积累。一定浓度 ( ≥50μmol/ L) 的 CaM
拮抗剂三氟拉嗪 (TFP)和氯丙嗪 (CPZ)均抑制小麦胚芽鞘及根系的生长 ,提高过氧化物酶 (POD) 活性。这些结果表明 ,小
麦体内的 CaM参与调节了干旱胁迫下小麦胚芽鞘及根系的生长 ,并且与 POD 有密切的关系 ,维持正常的 CaM代谢对干
旱胁迫下小麦的生长有利。
关键词 　干旱胁迫 ;小麦 ;胚芽鞘 ;根系 ;CaM
中图分类号 : S512
Relationship between CaM and Growth of Coleoptile and Root in Wheat under
Drought Stress
GUAN Jun2Feng , ZHENG Gui2Zhen , LI Guang2Min
( Institute of Genetics and Physiology , Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences , Shijiazhuang 050051 , Hebei , China)
Abstract 　The growth of coleoptile and root in wheat( Triticum aestivum L1 cv1 4185) was suppressed under drought stress
induced by PEG26000(20 %) 1 The CaM level of coleoptile and root decreased rapidly at first stage of stress , and then ac2
cumulated with further stress1 TFP and CPZ , two CaM antagonists , could inhibit growth of coleoptile and root at higher con2
centration( ≥50 μmol/ L) , and enhance the activity of peroxidase ( POD) 1 These results suggested that the growth of
coleoptile and root was influenced by internal CaM and closely related to POD in wheat1 Thus ,it was favorable for maintain
the normal CaM metabolism to growth of wheat under drought stress1
Key words 　Drought stress ;Wheat ;Coleoptile ;Root ;CaM
　　干旱会抑制植物生长 ,主要表现为对细胞伸长
的抑制[1 ,2 ] 。在干旱胁迫下 ,小麦胚芽鞘生长速率
下降[3 ,4 ] ,并且 ,小麦胚芽鞘的长度成为预测小麦抗
旱性的重要指标[5 ] ,而过氧化物酶 ( POD) 在控制细
胞的伸展中起重要作用[6 ] 。另外 ,钙与植物抗旱性
的关系十分密切 ,主要表现在缺钙条件下植物对干
旱更为敏感 ,而外施钙适当提高植物钙水平后 ,植物
抗旱性增强[7 ] 。此外 ,细胞内 Ca2 + 不仅可作为转导
干旱信号的信号物质 ,与 CaM 一起发挥重要作用 ;
而且调节一些重要物质如 ABA、脯氨酸和干旱特异
蛋白的表达[7～10 ] 。CaM 是一种重要的钙结合蛋白 ,
人为阻断 Ca2 +2CaM 信使系统会加剧幼苗的逆境损
伤 ,表明 Ca2 +2CaM 信使系统可能参与抗逆性调 控[11 ] 。本文以小麦胚芽鞘和根为材料 ,研究了在聚乙二醇 (PEG) 诱导的干旱胁迫下 CaM 含量的变化 ,以及体外使用 CaM 拮抗剂 TFP (三氟拉嗪) 和 CPZ(氯丙嗪)的效应 ,目的在于进一步了解干旱胁迫下CaM 与小麦幼苗生长的关系。1 　材料与方法111 　材料　　供试材料为冬小麦 ( Triticum aestivum L1) 4185品种。112 　种子的萌发精选种子后 ,用蒸馏水冲洗干净 ,放入铺有 2 层湿滤纸的培养皿 ,并加盖 ,于 25 ℃培养箱暗培养24 hΞ基金项目 :河北省博士资金资助项目 (00547001D21) 。
作者简介 :关军锋 (1966 - ) , 男 , 博士 , 研究员 , 主要从事逆境生理研究。E2mail : junfeng2guan @2631net
Received(收稿日期) :2003205219 , Accepted (接受日期) : 20032122211

(此时单个小麦种子的幼根长 015 cm 左右 ,胚芽鞘
长 012 cm 左右) 。
113 　处理方法
11311 　20 % PEG26000 处理 　　取萌发 24 h 的小麦
种子 ,用 20 % PEG26000 溶液浸没其根系 ,以蒸馏水
为对照 ,分别在处理后的 0、6、12、24、36、48 h 取样 ,
称鲜重后 ,液氮速冻保存 ,用于提取 CaM。重复 3
次 ,每重复 30 粒种子。
11312 　CaM 拮抗剂 (CPZ、TFP)处理　　取萌发 24 h
的小麦种子 ,分别用含或不含 20 % PEG26000 的 CPZ
(0、25、50、100、200μmol/ L) 、TFP (0、10、25、50、100、
200μmol/ L) 浸没其根系 ,处理 48 h 后取样 ,称鲜重
后立即研磨 ,提取 POD 并测定其活性。重复 3 次 ,
每重复 30 粒种子。
114 　生长量的测定
在处理后的不同时间用电子天平测定 30 粒种
子的幼根、胚芽鞘鲜重 ,计算成每粒小麦种子的幼
根、胚芽鞘鲜重。
115 　POD 的提取及测定
取 012 g 鲜重样品置冰浴研钵 ,加 POD 酶提取
液 (PBS pH 710) 1 mL ,充分研磨 ,然后将匀浆液于
10 000 r/ min 离心 10 min ,上清液即为酶粗提液。参
照张志良 (1990)愈创木酚法[12 ] ,在 470 nm 比色测定
POD 活性。
116 　CaM 的提取和测定
参考文献[13 ]的方法 ,取 015 g 样品 ,加 115 mL
提取液 (50 mmol/ L Tris、2 mmol/ L EGTA、0115 mol/ L
NaCl、20 mmol/ L NaHSO3、015 mmol/ L PMSF , pH
810) ,冰浴磨成匀浆 ,12 000 r/ min 冷冻离心 30 min ,
取上清液 ,在 90 ℃恒温水浴中加热 3 min ,然后于冷
水中迅速冷却 ,12 000 r/ min 冷冻离心 30 min ,上清
液即为 CaM 粗提液 ,采用酶联免疫固相吸附法测定
CaM含量。蛋白含量采用考马斯亮蓝 G2250 法 ,用
牛血清蛋白 (BSA) 作标准曲线 ,于波长 595 nm 比色
测定。CaM、免抗 CaM 血清由河北师范大学生命科
学学院分子细胞实验室提供。
2 　结果与分析
211 　干旱胁迫对小麦胚芽鞘、根生长量的影响
　　干旱胁迫下小麦胚芽鞘及根系的鲜重低于对
照 ,并分别在胁迫处理 24 h、36 h 之后差别显著 ,说
明干旱胁迫抑制了小麦生长 ,并以胚芽鞘受抑明显
(图 1) 。
图 1 干旱胁迫对小麦胚芽鞘、根生长的影响
Fig11 Effects of drought stress on growth of coleoptile and root in wheat
212 　干旱胁迫对小麦胚芽鞘、根 CaM 含量的影响
在胚芽鞘中 ,未干旱胁迫情况下 ,CaM 含量最初
6 h 略有上升 ,至 12 h 逐渐降低 ,然后保持相对稳
定 ;干旱胁迫处理 6 h 和 12 h 时 CaM 含量均低于对
照 ,分别为对照的 4611 %和 5419 % ,然后逐渐增加
并高于对照 ,到 48 h 时为对照的 41052 倍 (图 2) 。
在根系中 ,未干旱胁迫情况下 ,CaM 含量在处理
12 h 时有一峰值 ,之后逐渐下降 ;而干旱胁迫处理的
初期 CaM 含量急剧降低 ,远远低于对照 ,但胁迫24 h
后逐步增加 ,并高于对照 ,处理 48 h 时上升为对照
的 5112 倍 (图 2) 。
以上结果表明 ,干旱胁迫初期 ,小麦胚芽鞘和根
系中的 CaM 含量迅速降低 ,至干旱胁迫到一定程度
时 ,CaM 大量积累。
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图 2 干旱胁迫对小麦胚芽鞘、根 CaM 含量的影响
Fig12 Effects of drought stress on CaM content of coleoptile and root in wheat
213 　干旱胁迫下 TFP 对小麦胚芽鞘、根生长及其
POD 活性的影响
　　为进一步探讨内源 CaM 在干旱胁迫下对小麦
胚芽鞘和根生长的作用 ,进行了 CaM 拮抗剂 TFP
处理。　　
结果表明 ,无论干旱胁迫与否 ,高浓度 ( ≥50
μmol/ L) TFP 对小麦根和胚芽鞘的生长均有明显的
抑制作用 ,且随 TFP 浓度的增大而增强 ,并以干旱胁
迫处理下抑制作用更为明显 ;低浓度 (10、25μmol/
L)的 TFP 对小麦根和胚芽鞘的生长无抑制作用 (图
32A ,B) 。
为进一步寻找 TFP 影响小麦胚芽鞘、根生长的
机制 ,测定了组织中 POD 活性。结果表明 ,无论干
旱胁迫与否 ,高浓度 ( ≥50μmol/ L) TFP 对小麦根、胚
芽鞘的 POD 活性均有促进作用 (图 32C ,D) 。而低浓
度 (10μmol/ L) TFP 使小麦根系的 POD 活性降低 ,25
μmol/ L 的 TFP 作用居中 (图 32C ,D) 。
图 3 干旱胁迫下 TFP对小麦胚芽鞘、根生长及 POD 活性的影响
Fig13 Effects of TFP on growth and POD activity of coleoptile and root in wheat under drought stress
4401 　　　作 　　物 　　学 　　报 30 卷 　

　　这些结果说明 ,当 TFP 达到一定浓度 ( ≥50
μmol/ L)后会明显抑制小麦根和胚芽鞘的生长 ,且提
高 POD 活性 ,并以干旱胁迫处理更为显著。
进一步分析显示 ,小麦根、胚芽鞘鲜重与其各自
的 POD 活性呈幂函数关系 , r 分别为 - 018646 和
- 019718 ,达极显著水平。说明干旱胁迫下 TFP 对
小麦根、胚芽鞘生长的抑制与 POD 活性的增加密切
相关 ,CaM 的作用同样与 POD 活性有关。
214 　干旱胁迫下 CPZ 对小麦胚芽鞘、根生长及其
POD 活性的影响
　　CPZ是另一种 CaM 拮抗剂。无论干旱胁迫与
否 ,大于 50μmol/ L 以后 ,CPZ对胚芽鞘和根的生长
都具抑制作用 ,且随浓度增大而增强。低浓度 (25
μmol/ L) 的作用较小 (图 42A ,B) 。同时 ,100 和 200
μmol/ L 的 CPZ对根、胚芽鞘 POD 活性都具有显著的
促进作用 (图 42C ,D) 。
这说明 ,当 CPZ达到一定浓度 (大于 50μmol/ L)
后会明显抑制小麦根和胚芽鞘的生长 ,且提高 POD
活性。
进一步分析表明 ,该处理条件下 ,小麦根、胚芽
鞘鲜重与各自的 POD 活性呈幂函数关系 , r 分别为
- 019550 和 - 019444 ,达极显著水平。这说明在干
旱胁迫下一定浓度的 CPZ对小麦根、胚芽鞘生长的
抑制与 POD 活性增加密切相关 ,也表明 CaM 对小麦
根和胚芽鞘生长的影响也与 POD 活性有关。
图 4 干旱胁迫下 CPZ对小麦胚芽鞘、根生长及 POD 活性的影响
Fig14 Effects of CPZ on growth and POD activity of coleoptile and root in wheat under drought stress
3 　讨论
干旱胁迫会对植物产生多方面的影响 ,其中对
生长的影响是比较直观的生理效应。这种影响是细
胞生长受抑的结果[2 ] 。就小麦而言 ,干旱胁迫对胚
芽鞘的抑制远大于对根的抑制 (图 1) 。其原因之一
是激素水平的变化 ,如胚芽鞘内的 ABA 含量的升高
和 IAA 含量的降低 ,但根系的生长与两种内源激素
的关系则较为复杂[14 ] 。同时 ,POD 活性的升高也是
不可忽略的原因[6 ] 。这是因为过氧化物酶能氧化吲
哚乙酸 ,使吲哚乙酸减少 ,因此过氧化物酶活性与细
胞伸长可能存在负相关性[15 ] 。本文结果表明 ,小麦
根、胚芽鞘鲜重与 POD 活性呈极显著负相关 (图 3 ,
图 4) ,反映出小麦生长受到抑制与 POD 活性提高密
切相关。
由于 CPZ、TFP 等能专一性地与 CaM 结合 ,使
5401　10 期 关军锋等 :干旱胁迫下 CaM与小麦胚芽鞘和幼根生长的关系 　　　

CaM 不再与目标酶结合 ,因此常用作 CaM 拮抗剂来
探讨体内 CaM 在细胞中的调节功能。本实验证明 ,
与未进行干旱胁迫相比 ,在干旱胁迫下使用一定浓
度 (大于 50μmol/ L)的 TFP、CPZ ,能更明显抑制小麦
胚芽鞘和根的生长和提高 POD 活性 ,说明在干旱胁
迫下正常 CaM 的作用可能使 POD 维持在较低水平 ,
从而使小麦根、胚芽鞘的生长不至于被过分抑制。
因此 ,保持正常的 CaM 功能对小麦胚芽鞘和根的生
长很重要 ,内源 CaM 在干旱胁迫下的作用可能更为
重要 ,若体内 CaM 活性下降 ,将刺激 POD 活性 ,抑制
生长 ,干旱胁迫造成的伤害程度将增大。
Ca2 +作为细胞内功能调节第二信使 ,在与 CaM
结合后调节了细胞内多种重要酶的活性和许多生理
活动及生长过程。在干旱胁迫下 ,小麦胚芽鞘及根
系的 CaM 水平均呈先降后升的趋势 ,且胁迫初期
CaM生成受抑早于生长受抑 (图 1 ,图 2) ,推测这种
早期 CaM 含量的降低可能是小麦幼苗对干旱胁迫
反应的信号之一 ;CaM 含量高峰的推迟可能是干旱
胁迫程度加剧的结果 ,CaM 过分积累必将导致细胞
内 Ca2 +2CaM 系统的紊乱 ,其结果使抗氧化酶活性下
降 ,生理代谢失调[11 ] ,进一步加剧胁迫伤害 ,其详细
机制还有待深入研究。
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