PLD和Ca2+對NaCl脅迫下水稻花粉萌發的影響*

沈 鵬，滕 云，臧 皓*

(1.通化師范學院制藥與食品科學學院，吉林通化134002;2.通化市通化縣三棵榆樹鎮中心校，吉林通化134002)

PLD和Ca2+對NaCl脅迫下水稻花粉萌發的影響*

沈 鵬1，滕 云2，臧 皓1*

(1.通化師范學院制藥與食品科學學院，吉林通化134002;2.通化市通化縣三棵榆樹鎮中心校，吉林通化134002)

目的:研究PLD和Ca2+對NaCl脅迫下水稻花粉萌發的影響.方法:應用水稻花粉進行萌發實驗.結果:NaCl和0.05%1－丁醇明顯抑制水稻花粉的萌發.Ca2+存在時1－丁醇對花粉的萌發影響較小.結論:PLD和Ca2+可能參與了NaCl脅迫下水稻發育后期的花粉萌發過程，并且在該過程中起著正向調節作用.

水稻;PLD;NaCl脅迫;花粉萌發

土壤鹽漬化是世界灌溉農業可持續發展的資源制約因素［1］.鹽脅迫通過離子毒害、滲透脅迫和氧化脅迫影響植物的代謝過程［2］.在植物中，磷脂酶D (PLD)可被高濃度的NaCl快速激活.研究表明，PLD和其水解產物PA可調節植物NaCl脅迫耐性相關的基因表達，促進氣孔關閉、減緩植物受害程度［3］.

花粉萌發和花粉管生長是高等植物后期發育過程的一個重要環節［4］.PLD在不同植物的花粉粒和萌發的花粉管中高度表達，揭示了PLD可能參與花粉發育和花粉管萌發的信號轉導途徑［5－6］.關于PLD對鹽脅迫下植物花粉發育的作用，目前的研究報道相對較少.本文主要通過藥理學的方法，分析了PLD對鹽脅迫下水稻生育后期花粉萌發的影響，為PLD在鹽脅迫下的生理調控機理研究提供理論依據.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

水稻日本晴(Oryza sativa L.cv.Nipponbare).

1.2 實驗方法

1.2.1花粉萌發實驗

置水稻花粉于花粉萌發培養基上，28℃下恒溫暗培養2 h.培養基成分:20%蔗糖、10%PEG4000、2.5 mM KNO3、40 mg/L H3BO3.

鹽處理:于花粉萌發培養基中加入NaCl，NaCl濃度分別為0、5 mM、10 mM、15 mM、20 mM.

丁醇處理:花粉萌發培養基加入5 mM NaCl進行鹽處理，分別加入1－丁醇、2－丁醇進行處理，最終濃度為0.05%.其中，1－丁醇為PLD抑制劑，2－丁醇為1－丁醇類似物.

Ca2+處理:花粉萌發培養基中加入Ca(NO3)2進行處理，使Ca2+濃度分別為0、0.05 mM、0.1 mM、0.3 mM、0.5 mM.

1.2.2花粉萌發率的測定

當花粉粒萌發時，在光學顯微鏡下，統計萌發及未萌發的花粉粒數，重復取3個視野，每個視野統計30～50個花粉粒.萌發率=萌發的花粉數/總花粉數×100%.

1.3 數據分析方法

采用SPSS18.0軟件統計差異顯著性.

2 結果與分析

2.1 NaCl對水稻花粉萌發的影響

花粉萌發實驗表明，NaCl顯著抑制花粉萌發和花粉管的伸長.隨著NaCl處理濃度上升，水稻的花粉萌發率呈明顯下降趨勢(圖1F).20 mM NaCl處理2 h后，水稻的花粉萌發率只有10%左右.同時，NaCl處理下的花粉管伸長量也低于對照，甚至出現只萌動而不伸長的現象(圖1D，1E).說明，鹽脅迫下水稻的花粉萌發和花粉管的伸長受到明顯抑制.

圖1 NaCl對水稻花粉萌發的影響.A:對照;B:5 mM; C:10 mM;D:15 mM;E:20 mM;F:萌發率變化

2.2 1－丁醇處理對鹽脅迫下水稻花粉萌發的影響

從圖2可知，加入0.05%1－丁醇抑制PLD產生PA，鹽脅迫下水稻花粉的萌發受到明顯抑制，萌發率為對照的60%左右(圖2D).由圖2B可知，在0.05%1－丁醇處理下，花粉管的伸長明顯受到抑制.由此可見，0.05%1－丁醇不僅降低了鹽脅迫下水稻的花粉萌發率，而且也抑制了花粉管的伸長.與1－丁醇處理結果相反，在同濃度的2－丁醇處理下，鹽脅迫下水稻花粉萌發和花粉管的伸長都沒有明顯的變化.表明，PLD可能促進了鹽脅迫下水稻花粉萌發和花粉管的伸長.

圖2 1－丁醇處理對鹽脅迫下水稻花粉萌發的影響.

2.3 Ca2+對水稻花粉萌發的影響

Ca2+是花粉萌發與花粉管生長最重要的信號，在花粉萌發和花粉管生長中具重要作用［7，8］.本實驗中，隨著Ca2+的增加，水稻花粉的萌發率也隨之提高，在Ca2+濃度達到0.3 mM時，花粉的萌發率達到80%左右，之后花粉隨Ca2+濃度的增加萌發率反而下降，見圖3(a).說明低濃度的Ca2+對花粉萌發起促進作用，而高濃度的Ca2+則起抑制作用.

圖3 不同處理對水稻花粉萌發的影響.(a):Ca2+處理;(b):丁醇處理.不同字母代表處理同對照之間達到顯著性差異.

由圖3(b)可知，Ca2+和1－丁醇存在時，花粉萌發率比單獨用Ca2+處理略微降低，但處理間并沒有達到顯著差異.說明在Ca2+存在時，1－丁醇對花粉的萌發影響很小，外源Ca2+可以緩解1－丁醇對水稻花粉萌發與花粉管生長的抑制效應.

3 結論

花粉萌發實驗表明，隨著NaCl處理濃度的上升，水稻的花粉萌發和花粉管的伸長都受到明顯的抑制.1－丁醇抑制水稻花粉萌發的啟動，同時抑制花粉萌發的后期階段花粉管的伸長，PLD和PA可能參與調節水稻花粉萌發與花粉管伸長的整個過程.同時，PLD很可能通過影響水稻花粉中的Ca2+濃度，從而調控水稻花粉萌發的信號轉導過程.綜合以上實驗結果，PLD和Ca2+可能參與了鹽脅迫下水稻的花粉萌發過程，并且水稻的耐鹽性中起著正向調控的作用.

［1］李建國，濮勵杰，朱明，等.土壤鹽漬化研究現狀及未來研究熱點［J］.地理學報，2012，67(9):1233－1240.

［2］利榮千，王建波，趙可夫，等.植物逆境細胞及生理學［M］.武漢:武漢大學出版社，2002.

［3］Wang X.Regulatory functions of phospholipase D and phosphatidic acid in plant growth，development，and stress responses［J］.Plant Physiology，2005，139(3):566－573.

［4］陳莎莎，蘭海燕.植物對鹽脅迫響應的信號轉導途徑［J］.植物生理學報2011，47(2):119－128.

［5］丁彬，岳曉翔，彭建云，等.鈣對NaCl脅迫下百合花粉萌發、脯氨酸含量和SOD活性的影響［J］.菏澤學院學報.2006，28:98 －104.

［6］Joanne C，Solène F－N，Susana R，et al.Phospholipases in action during plant defense signaling［J］.Plant Signal Behav，2011，6 (1):13－18.

［7］Iwano M，Entani T，Shiba H，et al.Fine－Tuning of the Cytoplasmic Ca2+Concentration IsEssential for Pollen Tube Growth［J］.Plant Physiology，2009，150(7):1322－1334.

［8］Wu J－Y，Jin C，Qu H－Y，et al.The activity of plasma membrane hyperpolarization－activated Ca2+channels during pollen development of Pyrus pyrifolia［J］.Acta Physiologiae Plantarum，2012，34 (5):969－975.

(責任編輯:王海波)

Q945 文獻標志碼:A

1008－7974(2016)06－0026－02

10.13877/j.cnki.cn22－1284.2016.12.008

2016－11－15

沈鵬，黑龍江哈爾濱人，博士研究生，講師.

臧皓，博士研究生，講師.Email:zanghao_1984@163.com