Ca2+-CaM系統對野生苦菜耐鹽抗氧化系統的調控

陳貴華，石嶺

（內蒙古農業大學農學院，呼和浩特，010019）

Ca2+-CaM系統對野生苦菜耐鹽抗氧化系統的調控

陳貴華，石嶺

（內蒙古農業大學農學院，呼和浩特，010019）

用兩種從不同位點阻斷Ca2+信號途徑的抑制劑，即Ca2+螯合劑EGTA（乙二醇雙四乙酸）（5 mmol/L）和CaM拮抗劑W7（N-氨乙基-5-氯-1-磺胺酰萘）（0.3 mmol/L），分別處理鹽脅迫（0.5 mmol/L）下的野生苦菜幼苗，測定其抗氧化系統中酶的活性，H2O2、Pro和可溶性蛋白的含量。結果表明，EGTA（5 mmol/L）、W7（0.3 mmol/L）可降低超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）的活性，提高H2O2的含量，降低Pro和可溶性蛋白的含量，說明Ca2+-CaM系統與野生苦菜耐鹽性密切相關。

Ca2+-CaM；野生苦菜；耐鹽性；生理特性

Ca2+是一種廣泛的細胞內信號分子[1，2]，在逆境條件下，胞內Ca2+濃度升高，結合并激活CaM，形成鈣信號系統（Ca2+-CaM），調節相關基因的表達，調控相應的生理生化變化[3]。許多研究已證實，以Ca2+-CaM為核心的鈣信使系統在植物對逆境脅迫的信號感受與逆境適應中起中心作用[4~6]。苦菜（Sonchus ol-eraceusL.）為菊科苦苣屬多年生草本植物，主要分布于我國西北、華北和東北等地。苦菜含有大量的維生素、胡蘿卜素、甘露醇和膽堿等營養成分，具有較高的營養價值和保健作用[7]。土壤鹽漬化是世界范圍內影響農業生產的主要非生物逆境之一。近年來，鹽堿地和次生鹽漬化土壤的面積逐年增加，嚴重制約我國農作物的生產。前期研究表明，野生苦菜具有較強的耐鹽性[8]，但其耐鹽機制尚不清楚。本研究以內蒙古地區野生苦菜為試驗材料，研究鹽脅迫下，Ca2+-CaM系統對其抗氧化系統的調控作用，以期揭示野生苦菜耐鹽機理，為改良鹽漬化土壤提供理論依據。

1 材料與方法

試驗于內蒙古農業大學農場溫室內進行，采用盆栽法。野生苦菜種子播于0.5%的鹽土中，在其苗齡30、40、50和60 d時，取不同苗齡的野生苦菜葉柄基部分別置于Ca2+螯合劑EGTA（5 mmol/L）、CaM拮抗劑W7（0.3 mmol/L）溶液中光照吸收3 h，后取其葉片測定酶活和其他指標，以未處理的為對照（CK）。

SOD活性測定參照Dhindsa等[9]的方法；POD和CAT活性、H2O2含量和游離脯氨酸（Pro）含量測定參照張志良[10]的方法；可溶性蛋白質含量的測定參照王學奎[11]文中的方法。

2 結果與分析

2.1 Ca2+、CaM抑制劑對野生苦菜抗氧化酶的影響

我們已研究證明，在鹽脅迫下，野生苦菜抗氧化酶活性升高。經抑制劑W7和EGTA處理后，野生苦菜SOD、POD和CAT酶活性均下降，但降低的幅度明顯不同（圖1~3）。經方差分析表明，野生苦菜未處理的SOD、POD和CAT活性均顯著高于抑制劑處理后的，且以W7的抑制作用較為明顯。結果表明，Ca2+-CaM系統可通過調控抗氧化酶的活性來提高野生苦菜耐鹽能力。

圖1 鈣、鈣調素抑制劑對鹽脅迫下野生苦菜SOD活性的影響

圖2 鈣、鈣調素抑制劑對鹽脅迫下野生苦菜POD活性的影響

2.2 Ca2+、CaM抑制劑對野生苦菜H2O2含量的影響越來越多的研究表明，H2O2在植物體內作為第二信使發揮功能[17]。從圖4可見，經抑制劑處理的野生苦菜H2O2含量有一定的升高。圖3顯示，CAT活性下降，但圖4結果H2O2含量升高幅度不大，因此說明抑制劑可能抑制了Ca2+-CaM系統，同時也降低了H2O2的生成，說明H2O2可作為野生苦菜耐鹽堿的一個信號分子。

2.3 Ca2+、CaM抑制劑對野生苦菜Pro含量的影響

經抑制劑W7和EGTA處理后，野生苦菜Pro含量下降，經方差分析與CK差異顯著（圖5）。野生苦菜通過產生大量的游離脯氨酸調節體內滲透壓，降低細胞水勢，提高苦菜的耐鹽性，可見Ca2+-CaM系統與野生苦菜耐鹽性密切相關。

2.4 Ca2+、CaM抑制劑對野生苦菜可溶性蛋白質含量的影響

圖3 鈣、鈣調素抑制劑對鹽脅迫下野生苦菜CAT活性的影響

圖4 鈣、鈣調素抑制劑對鹽脅迫下野生苦菜H2O2含量的影響

圖5 鈣、鈣調素抑制劑對鹽脅迫下野生苦菜游離脯氨酸含量的影響

圖6 鈣、鈣調素抑制劑對鹽脅迫下野生苦菜可溶性蛋白含量的影響

植物可溶性蛋白質大多數是參與各種代謝的酶類，是反應植物總代謝強度的重要指標之一。圖6表明，經抑制劑處理后，野生苦菜可溶性蛋白質含量明顯下降。經方差分析表明，經抑制劑處理后野生苦菜可溶性蛋白質含量與CK差異顯著，說明Ca2+-CaM系統可通過調控野生苦菜可溶性蛋白質含量，增強代謝，提高其對鹽堿脅迫的耐性。

3 小結

細胞信號轉導，主要是研究細胞感受轉導環境刺激的分子途徑及其調控的基因表達和生理反應。Ca2+信號通路是植物中已經確認的轉導途徑，CaM是目前已知胞內Ca2+信號受體中較重要的一種。在逆境下，胞內Ca2+濃度升高，結合并激活CaM，形成鈣信號系統（Ca2+-CaM），調節相關基因的表達，推動相應的生理生化變化[12]。

本試驗中，經Ca2+和CaM抑制劑的處理發現，Ca2+和CaM對鹽脅迫下野生苦菜的作用表現一致，通過Ca2+-CaM系統調控野生苦菜抗氧化系統，調控游離脯氨酸和可溶性蛋白質的含量，提高代謝，增強野生苦菜耐鹽堿能力。說明鹽脅迫引起的信號轉導既可通過Ca2+本身，也可通過其受體CaM的變化來實現。

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[10]張志良.植物生理實驗指導[M].北京：北京高等教育出版社，2000.

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Regulation of Ca2+-CaM on Antioxidant System of Salt Tolerance inSonchus oleraceusL.

CHEN Guihua,SHI Ling(Agricultural College,Inner Mogolia Agriculture University,Huhhot 010019)

The seedling ofSonchus oleraceusL.were treated by two inhibitors(EGTA and W7)under salt stress condition (0.5 mmol/L),and the enzyme activity,the contents of H2O2,Pro and soluble protein of the antioxidant system were determined.The results showed that,after treating by EGTA (0.5 mmol/L)and W7 (0.3 mmol/L),the SOD activity,POD activity,CAT activity and the contents of Pro and soluble protein decreased,with the H2O2content increased,indicating a close relationship between Ca2+-CaM system and the salt tolerance ofS.oleranceusL.

Ca2+-CaM;Sonchus oleraceusL.;Salt tolerance;Physiological characteristics

10.3865/j.issn.1001-3547.2012.06.014

博士啟動基金（BJ09-13）

陳貴華（1973-），博士，講師，主要從事植物抗逆生理研究，電話：18247196960，E-mail：guihuachen2008@yahoo.com.cn

石嶺，通信作者，E-mail：llingshi@hotmail.com

2011-11-25