收稿日期：!""#$"%$&’ 接受日期：!""#$&&$!&基金项目：国家自然科学基金项目（’"(#&""’）资助。

作者简介：赵士诚（&%#)—），男，河南永城人，博士研究生，主要从事植物营养生理研究。*+,："&"$-!&!!(&-，./012,：341567("!8 6549: 750

! 通讯作者 *+,："&"$-;%&;-#&，./012,：<345987116: 17: 7=

镉对玉米苗中钙调蛋白含量和 !"# $ %&’(")*活性的影响

赵士诚，孙静文，王秀斌，汪 洪，梁国庆，周 卫!

（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，农业部植物营养与养分循环重点开放实验室，北京 &""";&）

摘要：试验采用营养液培养的方法，以玉米为试材，研究了不同供镉浓度（"、)、!" 和 &""!05, > ?）和处理时间（&!、!(、

(;、%-、&-; 4）对植株体内钙调蛋白（@1A）含量及生物膜上的 @1! B /C*D16+ 活性的影响。结果表明，植株可溶性 @1! B

含量在镉胁迫后较不加镉处理增加，镉处理在叶和根中分别在 (; 和 !( 4 后达最高，然后随镉处理浓度和处理时间

的增加逐步下降；同时镉诱导了植株 @1A 的合成，其含量随镉处理浓度和处理时间增加逐步增加，但 !"!05, > ? 和

&""!05, > ? 镉处理在 &-; 4 后有所下降；与不加镉处理相比，镉胁迫导致植株生物膜上的 @1! B /C*D16+ 活性迅速升

高，但随镉处理浓度提高和时间延长，镉胁迫植株的 @1! B /C*D16+ 活性在 (; 4（质膜、液泡膜和内质网膜）和 !( 4（线

粒体膜）后逐步降低。各膜上的 @1! B /C*D16+ 活性依次为质膜 E 液泡膜 E 内质网膜 E 线粒体膜，且同一微囊膜，

根中的活性大于叶中。

关键词：镉；玉米；钙信使；钙调蛋白；@1! B /C*D16+中图分类号：F)’&G"& 文献标识码：C 文章编号：&"";$)")H（!"";）"!$"!-($";

!""#$%& ’" $()*+,* ’- $(.*’),.+- $’-%#-% (-) /(! B 0123(&# ($%+4+%+#&’" *(+5#（!"# $#%&）&##).+-6

IJCK F42/74+=L，FMN O2=L/<+=，PCNQ H29/R2=，PCNQ J5=L，?SCNQ Q95/T2=L，IJKM P+2!

（ !"#$%$&$’ () *+,%-&.$&,/. 0’#(&,-’# /"1 0’+%("/. 2./""%"+，34%"’#’ *-/1’56 () *+,%-&.$&,/. 7-%’"-’#；8’6 9/:(,/$(,6 () 2./"$ ;&$,%$%(" /"1 ;&$,%’"$ 36-.%"+ 0’#’/,-4，<%"%#$,6 () *+,%-&.$&,’，=’%>%"+ ?@@@A?，34%"/）

17&%8($%：C 4UVW5X5=276 79,Y9W+ +ZX+W20+=Y <16 75=V97Y+V Y5 +Z102=+ Y4+ +[[+7Y6 5[ 71V0290（@V）6YW+66 5= 71,05V9,2=（@1A）75=Y+=Y 1=V @1! B /C*D16+ 17Y2\2Y2+6 2= 0123+（B’/ 5/6#）X,1=Y : A123+ 6++V,2=L6 <+W+ YW+1Y+V <2Y4 "，)，!"，

1=V &""!05, > ? @V [5W X+W25V6 5[ &! Y5 &-; 4: ]+69,Y6 645<+V Y41Y Y4+ 75=Y+=Y 5[ 65,9R,+ @1! B 2= X,1=Y <+W+ 2=7W+16+VRU 71V0290 6YW+66 : *4+ 42L4+6Y ,+\+,6 5[ 65,9R,+ @1! B 2= ,+1\+6 1=V W55Y6 <+W+ [59=V 2= Y4+ X,1=Y6 <2Y4 (; 4 1=V !( 4 +Z/X569W+ Y5 @V W+6X+7Y2\+,U : @1A 75=Y+=Y 2= X,1=Y6 <16 +=41=7+V <2Y4 2=7W+162=L @V 75=7+=YW1Y25=6 1=V XW5,5=L+V @V YW+1Y/0+=Y : J5<+\+W，@1A 75=Y+=Y 2= X,1=Y6 R+L1= Y5 V+7W+16+ 1[Y+W &-; 4 YW+1Y0+=Y6 5[ !"!05, > ? 1=V &""!05, > ? @V: *4+@1! B /C*D16+ 17Y2\2Y2+6 5[ @V 6YW+66+V X,1=Y6 <+W+ 42L4+W Y41= Y41Y <2Y459Y @V 1VV2Y25=，R9Y Y4+U V+7W+16+V LW1V91,,U <2Y442L4+W 75=7+=YW1Y25=6 5[ @V 1=V +ZY+=V+V @V YW+1Y0+=Y 1[Y+W (; 4（X,1601，Y5=5X,16Y 1=V +=V5X,16027 W+Y279,90 0+0/RW1=+）1=V !( 4（02Y5745=VW21, 0+0RW1=+）: *4+ V+7W+16+ 5[ @1! B /C*D16+ 17Y2\2Y2+6 2= 7+,, 0+0RW1=+ 6U6Y+06 645<+VY4+ [5,,5<2=L X1YY+W=：X,1601 0+0RW1=+ E Y5=5X,16Y 0+0RW1=+ E +=V5X,16027 W+Y279,90 0+0RW1=+ E 02Y5745=VW21, 0+0/RW1=+: *4+ @1! B /C*D16+ 17Y2\2Y2+6 5[ Y4+ 610+ 027W56501, <+W+ 42L4+W 2= W55Y Y41= 2= ,+1[ :9#: ;’8)&：71V0290；0123+；71,7290 0+66+=L+W；71,05V9,2=；@1! B /C*D16+

植物营养与肥料学报 !"";，&(（!）：!-( $ !#&

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镉是人类非必需且有毒、致癌的元素，越来越多

的镉通过不同途径进入农田和食物链，威胁公众健

康并日益引起人们的重视［!］。高浓度的镉能改变细

胞膜透性，降低光合速率，抑制呼吸作用，破坏细胞

核和核仁的结构，引起 "#$ 合成和染色体复制受

阻，从而影响植物的生长发育［%&’］；由于 ()% * 离子

半径与 (+% * 相近，还能干扰 (+% * 的信使功能［,］。

钙信使系统包括 (+% * 、钙调蛋白（(+-）和 (+% * .$/0+12，(+% * 作为细胞功能的第二信使参与调节许

多种重要的生理生化过程，正常情况下三者保持稳

定的含量能维持细胞的正常生理功能。研究表明植

物在外界的生物（激素、病原体和共生体间的感染

等）和非生物（光、冷、热、干旱等）刺激下，细胞质内

(+% * 浓度会迅速升高，(+% * 浓度的振荡被认为是植

物对刺激的反应信号；(+- 是细胞中重要的 (+% * 信

号感受器，并在逆境胁迫中起到 (+% * 信号传导作

用，它能与 (+% * 结合成 (+% * .(+- 具备活性后调控

其下游许多靶蛋白的活性，如 34"、56、($/ 和 (+% *

.$/0+12 等，同 时 (+- 也 受 (+% * 诱 导［7］。过 高 的

(+% * 浓度或维持高浓度的时间过长会干扰细胞能量

代谢系统和许多生理功能，甚至会导致细胞死亡，为

维持细胞生理代谢和 (+% * 第二信使功能的正常进

行，必须把胞质的 (+% * 浓度在完成信息传递后迅速

降至静态水平，这主要靠 (+% * 转运体完成。(+% * .$/0+12 又叫 (+% * 泵，是真核生物细胞中重要的 (+% *

转运体，质膜上的 (+% * .$/0+12 能将高浓度的 (+% *

泵出进入非原质体空间，同时液泡膜、线粒体膜、内

质网膜和高尔基体膜上的 (+% * .$/0+12 可逆电子梯

度将 (+% * 泵进液泡、线粒体、内质网和高尔基体中

贮存，以调节细胞内的 (+% * 平衡和维持细胞相对稳

定的内环境，(+% * .$/0+12 的 # 端有 (+% *&(+- 结合

域，其活性也受 (+- 调控［7&8］。目前对镉对植物毒

害的研究多集中于对氧化代谢的影响［9&!!］，一些研

究也认为，镉的毒害在于干扰了植物钙代谢［!%］，但

关于镉胁迫下植物钙信使系统的变化还未见报道。

本研究以玉米为试材研究镉胁迫下植物体内钙信使

系统中钙信号和信号传导感受器及生物膜上 (+% * .$/0+12 活性的变化，旨在为研究植物逆境胁迫下的

反应信号传导变化及适应调节提供依据。

! 材料与方法

!"! 材料培养

参照汪洪等［!’］的培养方法，将精选的玉米种子

（农大 !:8）用 ;%4% 浸泡消毒后，用去离子水漂洗后

浸泡过夜，然后放入垫有湿滤纸的白磁盘中，上盖湿

纱布放入恒温箱中催芽（%8<，=7>的相对湿度），两

天后挑选一致的芽，放入酸洗过的石英砂中在光照

培养箱中生长，昼夜温度和时间分别为 %8 ? %7<和

!, ?!: @，相 对 湿 度 为 =7>，白 天 光 照 为 ,::

!ABC ?（A%·1）。挑选生长一致的两叶期苗移入营养

液，在光照培养箱中生长（条件同上），营养液组成

（AABC ? D）：E%34, :F=7，E;%04, :F%7，E(C :F!，(+（#4’）% %F:，-G34, :FH，I2.J"/$ ,F: K !:& ’，;’L4’

!F: K !:& ’，-M34, !F: K !:& ’，NM34, !F: K !:& ’，(O.34, !F: K !:& ,，（#;,）H-B%4, 7F: K !:& H，营养液每隔

两天换一次，并持续通气。第三片叶全展开后加入

镉（()34,），供镉浓度分别为 :、7、%: 和 !::!ABC ? D，

每处理设 ’ 个重复，分别于加镉后 !%、%,、,8、9H 和

!H8 @ 分根系和叶片取样，样品用去离子水反复冲洗

并用吸水纸擦干后，液氮速冻放入 & 8:<冰箱保存

以供分析用。

!"# 实验方法

!F%F! 可溶性 (+% * 的测定 参照缪颖等［!,］的方

法，称取新鲜或冷冻样品 ! G 加 !: AD 双去离子水研

磨匀浆后转移入三角瓶，间隔振荡 % @ 后过滤，以双

去离子水为对照，硝酸钙溶液作标准系列，用原子吸

收法测定。

!F%F% 钙调蛋白（($-）的测定 参照罗允等［!7］的

酶联免疫法（JDP3$），标准植物（小麦）(+- 和兔抗小

麦 (+- 血清（一抗）由河北师范大学生物技术学院

提供。

取冷冻样品 :F7 G，以 ! Q %（G Q AD）加入预冷的提

取液冰浴研磨，提取液包括：7: AABC ? D /RS1 & ;(D（T; =F7），! AABC ? D J5/$（乙二酸双乙胺醚 & #，#’

& 四乙酸），!7: AABC ? D #+(C，:F7 AABC ? D 0-3I（苯

甲基磺酰氟），%: AABC ? D #+;(4’。匀浆液在 9:<!97<水浴 ’ ASM 后随即用冰浴冷却，平衡后 !’:::K G ,<冷冻离心 ’: ASM，重复两次，取上清液备用。

在酶标板孔内准确加入 :F% AD 植物 (+-（!:

!G ? AD）包被液，置湿盒中 ’=<下保温 % @，再 ,<下

放置 ,8 @；取小试管加入待测样品 :F% AD，再加入

:F% AD 稀释后的兔抗血清（一抗），混匀后 ’=<保温

% @，同时做标准系列；从湿盒取出酶标板，室温平

衡后弃包被液并用洗涤缓冲液［!: AABC ? D 磷酸盐缓

冲液（T;=F,），!,: AABC ? C #+(C，:F:7> 吐温 & %:］冲

洗 ’ 次，’ ASM ?次；在酶标板各孔加入 :F! AD %>的

脱脂奶粉，’=<保温 ! @ 后洗涤同上；在酶标板各孔

顺序加入上述试管中标准系列反应液和待测反应液

7H%% 期 赵士诚，等：镉对玉米苗中钙调蛋白含量和 (+% * .$/0+12 活性的影响

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各 !"# $%，同时做阴性对照（加正常兔血清）和空白

（加洗涤液），置湿盒 &’(保温 # ) 后洗涤同上，在原

加入洗涤液的孔中加入洗涤液，其余各孔加入酶标

山羊抗兔 *+, 各 !"# $%，于 &’(下保温 # ) 后洗涤

同上；每孔加入 # $$-. / % 的底物 012（四甲基联苯

胺）!"#$%，&’( 下 保 温 3! $45 后 加 入 !"!6 $% 3$-. / % 7389: 终止反应，将酶标板置酶标检测仪上，

以加洗涤液的孔为空白调零，于波长 :6! 5$ 处测

9; 值。

#"3"& 细胞微囊膜制剂的制备 参照 0)-$<-5［#=］

的方法，取 #6 + 的新鲜或冷冻样品，按 # >3（+>$%）加

入提取液冰浴研磨，提取液包括 36! $$-. / % 蔗糖，

6! $$-. / % 0?4< @ 7A%（B7 ’"C），3 $$-. / % D0;E @FG3（乙二胺四乙酸二钠），6 $$-. / % 1+A.3，#!H的甘

油，#"!HIJI（聚乙烯吡咯烷酮），: $$-. / % ;00（二

硫苏糖醇，使用前加入），# $$-. / % I18K（苯甲基磺

酰氟，先溶于浓度小于 !"#H的甲醇，使用前加入）。

四层纱布过滤后 3!!! L + :(冷冻离心 #! $45，除去

细胞核与叶绿体。将上清液 #&!!! L + :(冷冻离心

#6 $45，沉淀用 6 $% 悬浮液 *［36! $$-. / % 蔗糖，3"6$$-. / % 0?4< @ 1M<（B7 ’"!），# $$-. / % ;00，#!H的甘

油，!"6 $$-. / % I18K］悬浮后再离心一次，沉淀为线

粒体，用悬浮液 *（3 $%）稀释后 @ C!(冻存。提取

线粒体后的上清液 C!!!! L + :(冷冻离心 &! $45，沉

淀为膜制剂，用悬浮液 *（3$%）悬浮后小心铺在 !H@#!H@33H@&!H@:6H（N/N）的蔗糖梯度溶液［配制

缓冲液为含 3 $$-. / % 0?4< @ 1M<（B7 ’"3），& $$-. / %1+A.3，# $$-. / % ;00 ］上面，#!!!!! L + :(冷冻离心

3 )，#!H!33H间组分为液泡膜微囊制剂，33H!&!H间组分为内质网膜微囊制剂，&!H!:6H间组

分为细胞质膜微囊制剂。梯度离心样品用注射器吸

出后加等体积的悬浮液!（3 $$-. / % 0?4<O1M<（B7’"3），含 & $$-. / % 1+A.3，# $$-. / % ;00），在 !(下处

理所得沉淀 #6 $45，得到密闭膜微囊制剂。样品用

液氮速冻后 @ C!(保存，以供 AG3 P OE0IG<M 活性与

膜蛋白含量的测定。

#"3": 质膜 AG3 P OE0IG<M 活性的测定 参照 QG<4 @AG.R+5-［#’］的方法，其中终止剂用 #!H 8;8（十二烷

基磺酸钠）代替 66H的三氯乙酸［#C］：# $% 反应液中

含（$$-. / %）：0?4< @1M< 6!（B7 ="6），E0I@FG3 &"!，

（F7:）31-9: #"!，FGF& #"!，FGF9& 6!，D;0E@FG3 !"#，

曲拉通 S@#!!，!"!3H（J / J），膜微囊制剂 6!"+（约

合 #!!:!"+ 蛋白）。加与不加 AGA.3 &"! $$-. / % 引

起的酶活之差为 AG3 P OE0IG<M 活性。酶反应由 6!

"% =! $$-. / % 的 E0I @ FG3启动。&’(下保温反应

&! $45 后，加 !"6 $% 的 #!H8;8 终止反应，所有的

空白不加 E0I @ FG3，反应释放的无机磷用 9)54<)［#T］

的方法测定（中止反应及无机磷测定方法下同）。

#"3"6 液泡膜 AG3 P OE0IG<M 活性的测定 # $% 反

应液中含（$$-. / %）：0?4<@1M< 6!（B7="!），E0I @ FG3:"!，（F7:）31-9: #"!，FGF& #"!，FG&J9: !"#，D;0E@FG3 !"#，曲拉通 S@#!!，!"!3H（J / J），膜微囊制剂

6!"+。加与不加 AGA.3 &"! $$-. / % 引起的酶活之差

为 AG3 P OE0IG<M 活性。酶反应由 6!"% =! $$-. / % 的

E0I@FG3 启动。&’(下保温反应 &! $45 后，终止反

应并测无机磷的含量。

#"3"= 线粒体膜 AG3 P OE0IG<M 活性的测定 # $%反应液中含（$$-. / %）：0?4<@1M< 6!（B7 ="!），E0I@FG3 &"!，（F7:）31-9: #"!，FGF9& 6!，FG&J9: !"#，D;O0E@FG3 !"#，曲拉通 S@#!!，!"!3H（J / J），膜制剂 6!

"+，加与不加 AGA.3 &"! $$-. / % 引起的酶活之差为

AG3 P OE0IG<M 活性。酶反应由 6!"% =! $$-. / % 的

E0I@FG3 启动。&’(下保温反应 &! $45 后，终止反

应并测无机磷的含量。

#"3"’ 内质网膜 AG3 P OE0IG<M 活性的测定 采用

,45G5454［3!］的 方 法 稍 加 修 改，# $% 反 应 液 中 含

（$$-. / %）：0?4<@1M< 6!（B7 ="6），E0I@FG3 &"!，FGF&

#"!，FGF9& 6!，D;0E@FG3 !"#，!"!3 H（J / J）的曲拉

通 S@#!!，膜制剂 6!"+，加与不加 AGA.3 &"! $$-. / %引起的酶活之差为 AG3 P OE0IG<M 活性。酶反应由 6!

"% =! $$-. / % 的 E0I@FG3 启动，&’(下保温反应 &!$45 后，终止反应并测无机磷的含量。

#"3"C 膜蛋白含量的测定用 2?GRU-?R［3#］的方法，以

28E 为标准蛋白质。

数据用 8I88##"6 软件进行方差分析，并进行

%8; 多重比较（! V !"!6）。

! 结果与分析

!"# 不同供镉浓度和处理时间下可溶性 $%!& 的变

化

为弄清镉胁迫下钙信使系统的变化，首先测定

了植株的可溶性 AG3 P 含量。图 # 结果表明，营养液

加镉后玉米叶和根中可溶性 AG3 P 的含量均较对照

增加，但 !!#3 ) 镉处理间差异不显著，在叶中 :C )后达最高，然后开始逐步下降，#=C ) 后 #!!"$-. / %镉处理的含量仍很高；在根中 3: ) 后达最高，然后

==3 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 #: 卷

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图 ! 不同镉浓度和处理时间对植株可溶性 "#$% 含量的影响

&’()! *++,-./ 0+ 1’++,2,3. "1 -03-,3.2#.’03 #31 .2,#.4,3. .’4, 03 /05675, "#$ % -03.,3. 0+ 85#3.［注（!"#$）：方柱上不同字母表示差异达 %&显著水平，下同 ’())$*$+# ,$##$*- ./"0$ #1$ -23.*$

4",35+ (+6(4.#$ -(7+()(4.+# 6())$*$+4$ .# %& ,$0$,，.+6 #1$ -.5$ -85/",- 9.- 3-$6 )"* "#1$* )(73*$-:］

开始逐步下降，;<= 1 后 ;>>!5", ? @ 镉处理的可溶性

A.B C 含量低于对照。在整个实验中，镉对可溶性

A.B C 含量的影响以 B>!5", ? @ 处理最大，这在根中

表现更明显。所有处理同期叶中的可溶性 A.B C 含

量高于根中。

$9$ 不同供镉浓度和处理时间下 "#: 含量的变化

A.D 是钙信使系统中的另一个重要组分，镉胁

迫后镉处理的 A.D 含量在叶中除 %!5", ? @ 处理外

均较对照随镉浓度和处理时间的增加而增加，但

;<= 1 后 %!5", ? @ 处理继续升高，而两高镉处理均有

所下降，并在 E< 1 时 B>!5", ? @ 处理高于 ;>>!5", ? @处理。实验中玉米根系与叶中的 A.D 含量变化趋

势基本一致，同时期根系中的 A.D 含量稍高于叶中

（图 B）。

图 $ 不同镉浓度和处理时间对植株 "#: 含量的影响

&’()$ *++,-. 0+ 1’++,2,3. "1 -03-,3.2#.’03 #31 .2,#.4,3. .’4, 03 "#: -03.,3. 0+ 85#3.

$9; 不 同 供 镉 浓 度 和 处 理 时 间 下 膜 系 统 "#$% <=>?#/,活性的变化

镉胁迫 ;B 1 后，玉米叶和根质膜上的 A.B C FGHI.-$活性迅速升高，升高幅度与镉处理浓度成正

比，BJ 1 后达最高，此时两高镉处理的活性均较对照

达 %&显著水平，然后随胁迫时间逐步下降，并且

;>>!5", ? @ 处理的活性降低速率快于 B>!5", ? @ 处

理，最后降到对照水平，在根中 J= 1 后及叶中 ;<= 1后 % 55", ? @ 处理的活性均高于同期的两高镉处理

（图 K）。

液泡膜上的 A.B C FGHI.-$ 活性在镉胁迫后变化

与质膜 A.B C FGHI.-$ 相似，叶和根中的活性迅速升

高，两高镉处理 BJ 1 达到最高，然后随镉浓度和时

间逐步下降，且整个实验中 ;>>!5", ? @ 处理的活性

均低于同期的 B>!5", ? @ 处理；在叶中 %!5", ? @ 处

理的活性持续升高到 E< 1，而根中 J= 1 达最高，然

后逐步下降，且同期均高于两高镉处理（图 J）。

L<BB 期 赵士诚，等：镉对玉米苗中钙调蛋白含量和 A.B C FGHI.-$ 活性的影响

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图 ! 不同镉浓度和处理时间对植株质膜 "#$% &’()#*+ 活性的影响

,-./! 011+23 41 5-11+6+73 "5 2472+736#3-47 #75 36+#38+73 3-8+ 47 "#$ % &’()#*+ #23-9-3-+* -7 :;#*8# 8+8<6#7+（)&"#$ % &’()#*+ #23-9-3-+*）41 :;#73

图 = 不同镉浓度和处理时间对植株液泡膜 "#$% &’()#*+ 活性的影响

,-./= 011+23 41 5-11+6+73 "5 2472+736#3-47 #75 36+#38+73 3-8+ 47 "#$ % &’()#*+ #23-9-3-+* -7 3474:;#*3 8+8<6#7+（(&"#$ % &’()#*+ #23-9-3-+* ）41 :;#73

线粒体膜上的 !"# $ %&’(")* 活性变化与前两者

稍有不同，镉胁迫 +# , 后镉处理的活性均较对照升

高，但此后除叶中 #- , 的 +..!/01 2 3 处理外，均随

胁迫时间逐步降低，整个实验中除 #- , 的叶样品

外，镉处理的活性均为 4!/01 2 3 处理 5 #.!/01 2 3 处

理 5 +..!/01 2 3 处理，且叶中 +67 , 和根中 -7 , 后

+..!/01 2 3 处理的活性均低于对照（图 4）。

图 > 不同镉浓度和处理时间对植株线粒体膜 "#$% &’()#*+ 活性的影响

,-./> 011+23 41 5-11+6+73 "5 2472+736#3-47 #75 36+#38+73 3-8+ 47 "#$ % &’()#*+ #23-9-3-+* -78-342?4756-#; 8+8<6#7+（@&"#$% &’()#*+ #23-9-3-+*）41 :;#73

76# 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 +- 卷

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内质网膜上 !"# $ %&’(")* 活性同样表现为镉胁

迫 +# , 后迅速升高，且升高幅度与镉浓度成正比，

其中 +--!./0 1 2 处理的活性在叶和根中分别较对

照增加 345+6和 785+6，在叶中除 4!./0 1 2 处理持

续升高到 79 , 外两高镉处理 #7 , 后开始下降，且同

期活性均为 4!./0 1 2 处理 : #-!./0 1 2 处理 : +--

!./0 1 2 处理；在根中 +--!./0 1 2 处理的活性 +# ,达最高，4 ../0 1 2 处理和 #-!./0 1 2 处理 #7 , 达最

高，此后逐步降低，#7 , 后基本为 #-!./0 1 2 处理高

于 4!./0 1 2 处理和 +--!./0 1 2 处理，但 +--!./0 1 2处理的活性在叶中 +39 , 后和在根中 83 , 后低于对

照（图 3）。

就整个膜系统 !"# $ %&’(")* 的活性来说，以质

膜上的活性最高，其次依次为液泡膜、内质网膜和线

粒体膜，而且对同一生物膜均为根中的活性高于叶

中。

图 ! 不同镉浓度和处理时间对植株内质网膜 "#$% &’()#*+ 活性的影响

,-./! 011+23 41 5-11+6+73 "5 2472+736#3-47 #75 36+#38+73 3-8+ 47 "#$ % &’()#*+ #23-9-3-+*

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> 讨论

植物受镉胁迫后，质膜首先接触到镉产生 !"# $

信号引起 !"# $ 通道的活性增加，!"# $ 从细胞间隙等

部位进入细胞质中引起胞质 !"# $ 浓度升高［4］。本

试验结果表明，细胞质 !"# $ 浓度升高后，为平衡体

内的 !"# $ ，玉米又会通过根系吸收 !"# $ ，使植株中

总的可溶性 !"# $ 含量增加，但随镉胁迫时间的延

长，观察发现 79 , 后两高镉处理已出现中下部叶变

黄现象，说明生长代谢已受干扰，又由于植物对镉与

钙为 竞 争 吸 收，镉 也 通 过 !"# $ 通 道 进 入 植 物 细

胞［+-］，所以植株可溶性 !"# $ 表现为先增加后降低的

趋势（图 +）。根系直接与镉溶液接触，根系 !"# $ 的

反应变化快于叶。细胞质膜 !"# $ 浓度升高后，!"# $

又作为第二信使促进了 !"; 的合成，所以实验中玉

米叶和根中的 !"; 含量在镉处理后均逐步增加，由

于镉胁迫的持续加剧，植物的生长代谢被破坏，高镉

处理（+--!./0 1 2）的叶片 +39 , 后几乎全部失绿，细

胞组 织 死 亡，!"; 发 生 降 解，所 以 高 镉 处 理（+--

!./0 1 2）+39 , 后 !"; 含量开始下降（图 #）。外界胁

迫下植物 !"; 含量增加也在其它试验中发现，如李

卫等［##］发现柑橘原生质体在低温锻炼过程中 !";

含量增加，黄国存等［#<］发现水分胁迫下小麦幼苗的

!"; 含量也增加。

持续高浓度的细胞质膜 !"# $ 可干扰有磷酸参

与的代谢而引起中毒，为维持细胞相对稳定的内环

境和植株的正常生长，植物就要用生物膜上的 !"# $

转运系统进行调节，目前在高等植物上已确认的主

动 运 输 系 统 只 有 !"# $ %&’(")*［=］。!"; 与 !"# $ %&’(")*结合后促使其活性增加已被许多研究所证

实，如 (>0"?"@A*A 等［#7］发现，冷锻炼提高了黑麦草质

膜上的 !"# $ %&’(")* 活性，同时也发现用 BC@D49 去除

!"; 后再外加 !"; 能将质膜 !"# $ %&’(")* 活性提高

两倍；E>C/)"?@［#4］发现提高 !"; 的浓度能增加胡萝

卜培养细胞质膜上的 !"# $ %&’(")* 活性，但重金属

胁迫对 !"# $ %&’(")* 活性的影响还未见报道。

本实验结果显示，镉处理后玉米质膜、液泡膜、

内质网膜和线粒体膜上的 !"# $ %&’(")* 活性开始迅

速升高，并且除线粒体外升高的速率与镉浓度成正

比，#7 或 79 , 后又开始下降，并且镉浓度越高的处

理酶活性下降的越快，最后高镉处理的酶活性降至

对照水平甚至低于对照（图 <!3）。说明玉米在镉

胁迫后，作为正常的适应调节，为泵出胞质高浓度的

!"# $ ，升高的 !"# $F!"; 与 !"# $ %&’(")* 结合并提高

83## 期 赵士诚，等：镉对玉米苗中钙调蛋白含量和 !"# $ %&’(")* 活性的影响

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其活性，来维持细胞中 !"# $ 的平衡和正常的细胞功

能，所以开始出现了 !"# $ %&’(")* 活性的增加，即镉

胁迫诱使了植物体内膜系统 !"# $ %&’(")* 活性的增

加。低镉处理如 +!,-. / 0 处理，由于胁迫程度较

轻，没有造成代谢紊乱，为保持胞内的 !"# $ 平衡，一

直保持着较高的 !"# $ %&’(")* 活性，这在液泡膜上

表现更为明显。而高镉处理随着胁迫的加剧，致使

试验后期植株出现了明显的生长抑制现象，如中下

部叶变黄，生长停滞，出现代谢紊乱，!"# $ %&’(")* 又

在为泵 !"# $ 不断消耗减少，所以其活性不断降低，

以至最后甚至低于对照。在正常的植物细胞中，

!"# $ 主要贮存在液泡和细胞壁中，而细胞壁中的

!"# $ 是不易移动的［#1］，质膜上的 !"# $ %&’(")* 将胞

质高浓度的 !"# $ 泵出到非原质体空间后，大量的

!"# $ 被泵进液泡贮存，本研究中玉米液泡膜上的

!"# $ %&’(")* 活性大于内质网膜和线粒体膜，与以上

结果也是一致的；线粒体膜的 !"# $ %&’(")* 活性远

低于其它生物膜，由此可知其在细胞内 !"# $ 平衡的

调节中的作用较小。各种膜上的 !"# $ %&’(")* 活性

均为根高于叶，说明根对环境胁迫的调节适应能力

高于叶。

参 考 文 献：

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$&!! 期 赵士诚，等：镉对玉米苗中钙调蛋白含量和 53! : SDQE3B9 活性的影响

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