PLD和Ca2+對(duì)NaCl脅迫下水稻花粉萌發(fā)的影響*

沈 鵬，滕 云，臧 皓*

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

PLD和Ca2+對(duì)NaCl脅迫下水稻花粉萌發(fā)的影響*

沈 鵬1，滕 云2，臧 皓1*

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

目的:研究PLD和Ca2+對(duì)NaCl脅迫下水稻花粉萌發(fā)的影響.方法:應(yīng)用水稻花粉進(jìn)行萌發(fā)實(shí)驗(yàn).結(jié)果:NaCl和0.05%1－丁醇明顯抑制水稻花粉的萌發(fā).Ca2+存在時(shí)1－丁醇對(duì)花粉的萌發(fā)影響較小.結(jié)論:PLD和Ca2+可能參與了NaCl脅迫下水稻發(fā)育后期的花粉萌發(fā)過程，并且在該過程中起著正向調(diào)節(jié)作用.

水稻;PLD;NaCl脅迫;花粉萌發(fā)

土壤鹽漬化是世界灌溉農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)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(chǎn)物PA可調(diào)節(jié)植物NaCl脅迫耐性相關(guān)的基因表達(dá)，促進(jìn)氣孔關(guān)閉、減緩植物受害程度［3］.

花粉萌發(fā)和花粉管生長(zhǎng)是高等植物后期發(fā)育過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)［4］.PLD在不同植物的花粉粒和萌發(fā)的花粉管中高度表達(dá)，揭示了PLD可能參與花粉發(fā)育和花粉管萌發(fā)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑［5－6］.關(guān)于PLD對(duì)鹽脅迫下植物花粉發(fā)育的作用，目前的研究報(bào)道相對(duì)較少.本文主要通過藥理學(xué)的方法，分析了PLD對(duì)鹽脅迫下水稻生育后期花粉萌發(fā)的影響，為PLD在鹽脅迫下的生理調(diào)控機(jī)理研究提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

水稻日本晴(Oryza sativa L.cv.Nipponbare).

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1花粉萌發(fā)實(shí)驗(yàn)

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

鹽處理:于花粉萌發(fā)培養(yǎng)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(fā)培養(yǎng)基加入5 mM NaCl進(jìn)行鹽處理，分別加入1－丁醇、2－丁醇進(jìn)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(fā)培養(yǎng)基中加入Ca(NO3)2進(jìn)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(fā)率的測(cè)定

當(dāng)花粉粒萌發(fā)時(shí)，在光學(xué)顯微鏡下，統(tǒng)計(jì)萌發(fā)及未萌發(fā)的花粉粒數(shù)，重復(fù)取3個(gè)視野，每個(gè)視野統(tǒng)計(jì)30～50個(gè)花粉粒.萌發(fā)率=萌發(fā)的花粉數(shù)/總花粉數(shù)×100%.

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

采用SPSS18.0軟件統(tǒng)計(jì)差異顯著性.

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl對(duì)水稻花粉萌發(fā)的影響

花粉萌發(fā)實(shí)驗(yàn)表明，NaCl顯著抑制花粉萌發(fā)和花粉管的伸長(zhǎng).隨著NaCl處理濃度上升，水稻的花粉萌發(fā)率呈明顯下降趨勢(shì)(圖1F).20 mM NaCl處理2 h后，水稻的花粉萌發(fā)率只有10%左右.同時(shí)，NaCl處理下的花粉管伸長(zhǎng)量也低于對(duì)照，甚至出現(xiàn)只萌動(dòng)而不伸長(zhǎng)的現(xiàn)象(圖1D，1E).說明，鹽脅迫下水稻的花粉萌發(fā)和花粉管的伸長(zhǎng)受到明顯抑制.

圖1 NaCl對(duì)水稻花粉萌發(fā)的影響.A:對(duì)照;B:5 mM; C:10 mM;D:15 mM;E:20 mM;F:萌發(fā)率變化

2.2 1－丁醇處理對(duì)鹽脅迫下水稻花粉萌發(fā)的影響

從圖2可知，加入0.05%1－丁醇抑制PLD產(chǎn)生PA，鹽脅迫下水稻花粉的萌發(fā)受到明顯抑制，萌發(fā)率為對(duì)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(zhǎng)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(fā)率，而且也抑制了花粉管的伸長(zhǎng).與1－丁醇處理結(jié)果相反，在同濃度的2－丁醇處理下，鹽脅迫下水稻花粉萌發(fā)和花粉管的伸長(zhǎng)都沒有明顯的變化.表明，PLD可能促進(jìn)了鹽脅迫下水稻花粉萌發(fā)和花粉管的伸長(zhǎng).

圖2 1－丁醇處理對(duì)鹽脅迫下水稻花粉萌發(fā)的影響.

2.3 Ca2+對(duì)水稻花粉萌發(fā)的影響

Ca2+是花粉萌發(fā)與花粉管生長(zhǎng)最重要的信號(hào)，在花粉萌發(fā)和花粉管生長(zhǎng)中具重要作用［7，8］.本實(shí)驗(yàn)中，隨著Ca2+的增加，水稻花粉的萌發(fā)率也隨之提高，在Ca2+濃度達(dá)到0.3 mM時(shí)，花粉的萌發(fā)率達(dá)到80%左右，之后花粉隨Ca2+濃度的增加萌發(fā)率反而下降，見圖3(a).說明低濃度的Ca2+對(duì)花粉萌發(fā)起促進(jìn)作用，而高濃度的Ca2+則起抑制作用.

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

由圖3(b)可知，Ca2+和1－丁醇存在時(shí)，花粉萌發(fā)率比單獨(dú)用Ca2+處理略微降低，但處理間并沒有達(dá)到顯著差異.說明在Ca2+存在時(shí)，1－丁醇對(duì)花粉的萌發(fā)影響很小，外源Ca2+可以緩解1－丁醇對(duì)水稻花粉萌發(fā)與花粉管生長(zhǎng)的抑制效應(yīng).

3 結(jié)論

花粉萌發(fā)實(shí)驗(yàn)表明，隨著NaCl處理濃度的上升，水稻的花粉萌發(fā)和花粉管的伸長(zhǎng)都受到明顯的抑制.1－丁醇抑制水稻花粉萌發(fā)的啟動(dòng)，同時(shí)抑制花粉萌發(fā)的后期階段花粉管的伸長(zhǎng)，PLD和PA可能參與調(diào)節(jié)水稻花粉萌發(fā)與花粉管伸長(zhǎng)的整個(gè)過程.同時(shí)，PLD很可能通過影響水稻花粉中的Ca2+濃度，從而調(diào)控水稻花粉萌發(fā)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程.綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，PLD和Ca2+可能參與了鹽脅迫下水稻的花粉萌發(fā)過程，并且水稻的耐鹽性中起著正向調(diào)控的作用.

［1］李建國(guó)，濮勵(lì)杰，朱明，等.土壤鹽漬化研究現(xiàn)狀及未來研究熱點(diǎn)［J］.地理學(xué)報(bào)，2012，67(9):1233－1240.

［2］利榮千，王建波，趙可夫，等.植物逆境細(xì)胞及生理學(xué)［M］.武漢:武漢大學(xué)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(duì)鹽脅迫響應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑［J］.植物生理學(xué)報(bào)2011，47(2):119－128.

［5］丁彬，岳曉翔，彭建云，等.鈣對(duì)NaCl脅迫下百合花粉萌發(fā)、脯氨酸含量和SOD活性的影響［J］.菏澤學(xué)院學(xué)報(bào).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(zé)任編輯:王海波)

Q945 文獻(xiàn)標(biāo)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