Ca2+流速——植物逆境信号传导新标志（一）

上周，第二届全国植物逆境生物学学术研讨会在青岛顺利召开。中国农大王毅、郭岩，中科院植物所种康，河南大学宋纯鹏，香港中文大学张建华等扬格/旭月非损伤微测系统的使用者，均在大会上就盐胁迫、低温胁迫、干旱胁迫、营养胁迫的最新研究进展做了报告。

Ca2+作为植物逆境中的重要信号分子，依旧备受瞩目。种康研究员将植物逆境Ca2+信号描述为“签字”。不同的逆境信号引发不同特征的Ca2+信号，犹如笔迹不一的“签字”。正是因为“签字”的笔迹不同，才引发植物对各类胁迫产生相应的生理反馈。

低温胁迫

中科院植物所种康研究组（Ma Y, et al. Cell, 2015,160(6): 1209-21.）在研究中发现，对水稻进行低温处理后，根部胞外Ca2+会迅速流入胞内，COLD1超表达水稻的Ca2+吸收尤为强烈，这是因为COLD1通过调控Ca2+激活水稻的抗寒响应。

图1. 不同品种、基因型水稻在低温胁迫下，根部Ca2+的流速。正值表示外排，负值表示内流。

高温胁迫

北京林业大学陈少良研究组（Yu Y, et al. Plant Cell Tiss Org, 2016, 125(2): 215-230.）高温处理胡杨细胞时发现，胞外Ca2+会迅速流入胞内，并在6h后开始外排。采用质膜Ca2+-ATPase抑制剂处理后，Ca2+外 排现象消失。表明高温胁迫下，质膜Ca2+-ATPase参与调控Ca2+转运。

图2. 高温胁迫后24h内，胡杨细胞Ca2+流速变化情况。正值表示外排，负值表示内流。

重金属胁迫

中科院植物所张海燕副研究员（Fan J., et al. J Plant Physiol, 2011, 168: 1157-1167.）研究了重金属Cd2+对拟南芥根毛的影响，发现Cd2+在抑制胞外的Ca2+流入胞内的同时促进了胞内Ca2+外流，扰乱了胞内Ca2+浓度梯度，干扰囊泡转运，导致细胞壁出现异常。

南京大学赵福庚研究组（Li S, et al. Plant Cell Environ, 2012, 35(11): 1998-2013.）同样发现，重金属Cd2+能诱导水稻细胞的去极化，阻碍细胞对Ca2+和K+的吸收，扰乱了胞内的Ca2+/K+平衡。

图3. CdCl2处理前后，根毛尖端Ca2+流速。正值表示外排，负值表示内流。

铝胁迫

康奈尔大学的Leon教授（David L. Jones, et al. Planta, 1995, 197(4): 672-680.）研究了Al对沼萍根毛Ca2+流动的影响，发现高/低浓度（20/2 μM）Al均能够抑制沼萍根毛发育，但只有高浓度的Al抑制了根毛尖端Ca2+的内流。这一研究结果表明，Al只能影响根毛质膜及胞内的若干位点，从而抑 制根毛生长。

图4. 沼萍对照组、Al胁迫组根毛各位点Ca2+流速。正值表示内流，负值表示外排。

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注：非损伤微测技术(NMT)包括：SIET、SVET、SPET、SERIS、SERP、SERE、SRET、MIFE®等。

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