细胞内IP3-Ca2+途径对UV-B辐射下玉米幼苗光合特性的调控机制

作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(2): 373379 /zwxb/ ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw 本研究由国家自然科学基金项目(30500041)和重庆市科技攻关项目(cstc2012gg-yyjs80013)资助。 第一作者联系方式: E-mail: wunb Received(收稿日期): 2012-05-29; Accepted(接受日期): 2012-10-09; Published online(网络出版日期): 2012-11-14. URL: DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.00373 细胞内 IP3-Ca2+途径对 UV-B 辐射下玉米幼苗光合特性的调控机制 吴能表 洪 鸿 西南大学生命科学学院 / 三峡库区生态环境教育部重点实验室, 重庆 400715 摘 要: 使用外加 0.15 W m2 UV-B 及不同钙效应剂处理玉米幼苗, 研究细胞 Ca2+信号系统对 UV-B 辐射下玉米幼苗 光合作用的调控机制。结果表明, UV 诱导的胞内 Ca2+荧光增强受胞内 IP3 通道阻断剂肝素(Heparin)、胞内 CaM 活性 抑制剂三氟啦嗪(TFP)抑制, 降低玉米幼苗 Chl a、 Chl b 及 Chl a+b 含量、 原初光能转化效率(Fv/Fm)、 PSII 活性(Fv/Fo)、 Hill 反应活力、水分利用效率(WUE), 提高胞间二氧化碳浓度(Ci), 最终导致净光合速率(Pn)下降; 细胞质膜钙通道 阻断剂氯化镧(LaCl3)引发的此效应较小。 据此提出, UV-B 辐射下, 玉米幼苗叶片细胞 IP3 动员胞内钙库释放 Ca2+, 调节光 合色素合成、Hill 反应活性、WUE, CaM 介导的下游反应调节 Gs, 是 Ca2+信号系统最终实现对 Pn调控的主要机制。 关键词: 钙效应剂; IP3-Ca2+途径; UV-B; 光合作用; 玉米 Regulation Mechanism of Intracellular IP3-Ca2+ on Photosynthesis in Maize Seedlings under UV-B Stress WU Neng-Biao and HONG Hong Key Laboratory of Eco-Environments in Three Gorges Reservoir Region, the Ministry of Education / College of Life Science, Southwest University, Chongqing 400715, China Abstract: UV-B radiation is one of the main adverse environmental factors, obviously affecting plants growth and development. Calciumion, as the second messenger in cell signal transduction system, mediates a series of physiological and biochemical reac- tions, which is helpful to alleviate the damage from adverse environmental factors. To investigate the regulational relation be- tween calcium signal system and UV-B radiation in maize, we studied the effects of calcium signal on photosynthesis in maize (Zea mays L.) seedlings under UV-B stress.With the treatments of seedlings growing in natural condition (CK), 0.15 W m2 UV-B radiation (UV-B), 0.15 W m2 UV-B radiation+Heparin (UV-B+H), 0.15 W m2 UV-B radiation+Trifluoperzine (UV-B+TFP), 0.15 W m2 UV-B radiation+LaCl3 (UV-B+LaCl3), 0.15 W m2 UV-B radiation+CaCl2 (UV-B+CaCl2), respectively. The Ca2+ fluorescence intensity increased rapidly when it was treated with UV-B. However, when the maize leaves were treated with Hepa- rin (intracellular IP3 channel blocker) and Trifluoperazine (intracellular CaM activity inhibitor), the increase of Ca2+ fluorescence intensity was inhibited in the mean time, chlorophyll contents, Hill reaction activity, water use efficiency (WUE), efficiency of primary conversion of light energy (Fv/Fm) of PSII, and the potential activity of PSII (Fv/Fo) decreased significantly, which finally leads to the decrease of net photosynthetic rate (Pn). However, LaCl3 (plasma membrane calcium channel blocker) had less effect on it. Therefore, we speculate that under UV-B stress, intercellular IP3/Ca2+ system may participate in the process of photosyn- thetic pigments synthesis, water utilization and Hill reaction activity. CaM downstream reaction can regulate Gs, which is con- siderd as the main mechanism that Ca2+ signal system eventually achieves the regulation of Pn. Keywords: Calcium signal transduction system; IP3-Ca2+ Pathway; UV-B; Photosynthesis; Zea mays L. 20 世纪以来, 臭氧层不断减少, 致使地球表面 UV-B 辐射增强1。 UV-B 影响植物叶绿素含量、 质膜透性等, 破 坏植物光合作用, 减少作物产量2-5。叶绿素光合系统中, 对 UV-B 敏感的是光合系统 II (PSII)6。 钙离子作为细胞信号转导系统的第二信使, 由它介 导的各种生理生化反应几乎调控了植物所有生理活动。 大 量研究表明, Ca2+的信使功能是通过调控细胞内游离 Ca2+ 浓度来实现的, Ca2+信号的产生和终止是细胞内 Ca2+ 增 减、波动的结果7。王亚妮等8的研究表明, 增强 UV-B 辐射使小麦根尖细胞内钙离子浓度升高。王旭等9研究表 明, Ca2+cyt 变化对低氧胁迫下黄瓜的叶绿素荧光有影 响。叶绿素荧光动力学特征能系统反映叶片对光能的吸 374 作 物 学 报 第 39 卷 收、传递、耗散与分配10。早前研究报道, Ca2+和 CaM 的拮 抗剂均可以抑制所有包含 PSII 参与的光合电子传递11-12。 Meelich 等13认为, Ca2+浓度变化在植物放氧复合体(OEC) 光合放氧过程中发挥了非常重要的作用, 从一定程度反 映了 Ca2+浓度对 Hill 反应活性的影响。陈玉玲等14的研 究初步证明细胞外 CaM 通过诱导保卫细胞Ca2+cyt 升高 促进气孔关闭, 影响气孔导度。我们以往的研究结果显示, 钙离子对菠菜光合色素含量及其他光合特性都有影响15。 光合作用是植物进行物质生产的基本代谢过程, 较 强的光合作用是农作物获得较高生物产量的生理基础16。 而 UV-B辐射对植物进行光合作用无疑是一种逆境12, 近年来, 许多学者致力于研究 Ca2+在逆境中的作用, 如低温17、高 温18等, 然而将植物的光合作用与信号转导系统相结合 的研究尚鲜见报道。针对此点, 本文旨在了解 UV-B 胁迫 下, 钙信号转导系统对玉米光合作用的影响机制。为提高 玉米光合效率, 增加玉米产量提供理论依据。 1 材料与方法 1.1 试验材料 于 2009 年 6 月在重庆西南大学生命科学学院种植玉 米(Zea mays L.)品种渝糯 7 号, 首先选取饱满且胚完整的 种子, 浸泡 24 h 后, 于 25培养箱中萌发 3 d。取长势一 致的幼芽于装有土壤的 13 cm12 cm 塑料营养袋内生长, 每隔 6 d 浇以 Hoagland 完全营养液, 于室温下生长。 待幼 苗长到二叶一心时进行以下处理。 设 5 个处理: 自然生长(CK); 照射 UV-B (UV-B); 照射UV-B+喷施50 mol L1肝素Heparin (UV-B+Heparin); 照射 UV-B+喷施 100 mol L1三氟拉嗪 (Trifluoperzine) (UV-B+TFP); 照射 UV-B+喷施 100 mol L1 LaCl3 (UV- B+LaCl3)。UV-B 强度均为 0.15 W m2, 辐射时间为 2009 年 6 月 18 日至至 7 月 22 日, 每天上午 10:0012:00。在照射前后 喷施各种钙效应剂, 每次喷施量 10 mL。 紫外灯购自北京光电源研究所, 用北京师范大学光 学仪器厂的 UV-B 辐照计测定辐射剂量(以 297 nm 探头)。 1.2 试验方法 1.2.1 Ca2+荧光探针的装载 参照唐新莲等19的方法, 略有改动。取长势一致的新鲜叶片, 用镊子小心撕下上表 皮, 并用灭菌的毛笔刷掉其上残留的叶肉细胞, 将其剪成 大约 34 mm 长, 于 20 mol L1 Fluo-3-AM (Molecular Probes 产品, USA)、50 mmol L1山梨糖醇、0.2 mmol L1 CaCl2混合溶液中, 4下避光孵育 2 h 后, 转入 25避光 孵育 2 h。 1.2.2 Ca2+cyt 变化的荧光扫描 将经 Fluo-3-AM 孵 育的上表皮置载玻片上, 用德国 Leica 公司共聚焦显微镜 进行时间序列扫描(激发波长 488 nm), 前 80 s进行无任何 处理的基础扫描, 80 s 时进行以下处理: 对照(CK): 未 加任何处理; Heparin: 加入 5 L 50 mol L1 Heparin; TFP: 加入 5 L 100 mol L1 TFP; LaCl3: 5 L 100 mol L1 LaCl3; 继续扫描 180 s。 在上述处理基础上, 对材料 照射 UV-B 30 s 后, 继续扫描: UV-B+CK; UV-B+ Heparin; UV-B + TFP; UV-B + LaCl3。 1.2.3 光合色素含量、 Hill反应活性的测定 按沈伟其20 的方法提取叶片色素, 按叶济宇10,21的方法计算色素含 量及 Hill 反应速率。 1.2.4 叶绿素荧光的测定 选取每组长势相近植株, 标记每一株最外一片功能叶, 用德国 Walz 公司生产便携 式叶绿素荧光仪 PAM-2100, 于第 2、第 12、第 22 天打开 测量光(PFD0.1 mol m2 s1, 频率为 600 Hz), 测定 Fo, 再打开饱和脉冲光(PFD 8000 mol m2 s1, 频率为 20 kHz, 0.8 s, 1 个脉冲), 测定 Fm以及 Fv/Fm, PSII 潜在活性 Fv/Fo由公式(FmFo)/Fo算出。 1.2.5 光合参数的测定 在处理后第 22 天, 采用美国 LI-COR 公司生产的 LI-6400 便携式光合作用测定仪测定 每组标记叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间二 氧化碳浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)。通过 Pn/Tr计算叶片水分 利用效率(WUE)。 测定时叶室 CO2浓度为 400 mol mol1, 光强约为 1100 mmol m2 s1, 温度为(252)。 1.3 数据处理及统计 采用 Microsoft Excel 2003 软件处理数据和绘图, 用 SPSS11.5 软件进行数据统计分析和方差检验。所有指标 至少重复测定 3 次, 其结果以平均值标准误表示。 2 结果与分析 2.1 植物叶片表皮细胞中 Ca2+对不同钙效应剂的响应 据图1可知, 将经Fluo-3/AM成功孵育的玉米幼苗叶 片表皮置共聚焦显微镜下观察。 正常生理状态下(CK 的前 180 s 及各种钙效应剂处理的前 80 s), 玉米幼苗表皮细胞 内Ca2+cyt 相对稳定, 用钙效应剂 Heparin、TFP、LaCl3 处理后, 胞内Ca2+cyt 分别在 100、 120 和 140 s 达到最小 值, 分别比第 80 秒时减小 61.11%、54.32%和 25.20%, 而 后于小范围内波动。说明 Heparin、TFP、LaCl3可以有效 阻断植物幼苗表皮细胞内 IP3通道, 抑制 CaM活性, 阻断 质膜钙通道, 其中以 Heparin 的阻断效果最为明显。 图 1 不同钙效应剂对玉米幼苗表皮叶片Ca2+cyt 的影响 Fig. 1 Effect of different calcium effectors on Ca2+cyt in epidermis of maize seedlings leaves 第2期 吴能表等: 细胞内 IP3-Ca2+途径对 UV-B 辐射下玉米幼苗光合特性的调控机制 375 2.2 不同钙效应剂阻断后, 植物叶片表皮细胞 Ca2+对 UV-B 辐射的响应 将 Fluo-3/AM 孵育的玉米幼苗叶片表皮置共聚焦显 微镜下观察到, UV-B 刺激正常生理状态下(CK)的玉米幼 苗叶片, 胞内Ca2+cyt 立即增大, 刺激后 60 s 达峰值, 是 未刺激前的 137.87%, 此后在波动中呈下降趋势(图 2)。 而 用 Heparin、TFP、LaCl3处理后的材料, 在 UV-B 的刺激 下, 胞内Ca2+cyt 分别呈现不同的变化趋势。(UV-B+ Heparin)处理无明显上升趋势, 在低浓度水平小幅变化; (UV-B+TFP)处理呈现先升后降趋势, 第180秒达峰值, 却 未恢复原始水平(图 2 中前 80 s); (UV-B+LaCl3)处理呈先 升后降趋势, 在第 160 秒达到峰值, Ca2+cyt 却比原始状 态(图 2 中前 80 s)上升 30.02%。暗示 Heparin、TFP 可抑 制由于 UV-B 刺激引起的植株叶片细胞内Ca2+cyt 升高, 比较各处理下Ca2+cyt 达到峰值的时间和程度可知, Hepa- rin 对 UV-B 诱导下的植物钙信号通道阻断作用最显著。 图 2 不同钙效应剂处理后, UV-B 对玉米幼苗叶表皮Ca2+ cyt 的影响 Fig. 2 Effect of UV-B on Ca2+ cyt in epidermis of maize leaf seedlings after different calcium effector treatments 2.3 钙效应剂对 UV-B 胁迫下玉米幼苗净光合速率(Pn) 的影响 UV-B 胁迫显著降低玉米幼苗叶片的 Pn (图 3)。 UV-B+Heparin、UV-B+TFP 处理的 Pn显著低于 UV-B 单 独处理, 而 UV-B+LaCl3处理和 UV-B 单独处理的 Pn未表 现明显差异。暗示胞内 IP3-Ca2+通道调控 UV-B 辐射下玉 米幼苗叶片 Pn反应, 阻断质膜钙通道调控该反应的作用 不显著。 2.4 钙效应剂对 UV-B 胁迫下叶片光合色素含量的影响 UV-B 处理的玉米幼苗叶片 Chl a、Chl b、Chl T 的含 量均显著低于 CK, UV-B+Heparin、UV-B+TFP、UV-B+ LaCl3处理明显加剧了其在单独 UV-B 胁迫时的下降趋势; UV-B 处理的 Car 含量与 CK 无显著性差异, 而 UV-B+ Heparin、UV-B+TFP、UV-B+LaCl3处理的 Car 含量却显 著低于 CK (图 4)。说明阻断叶片细胞内 IP3 通道、抑制 CaM 活性或者阻断叶片质膜钙通道, 均可诱导 UV-B 对植 株的伤害加深。为胞内 IP3-Ca2+调控玉米幼苗叶片光合色 素的合成或分解途径提供了佐证。同时, 玉米幼苗叶片细胞 质膜钙通道进出的 Ca2+信号途径也参与调控该过程。 图 3 UV-B 胁迫下各种钙效应剂处理对玉米幼苗叶片净光合速 率 Pn的影响 Fig. 3 Effects of calcium effectors on the net photosynthetic rate in leaf of maize seedlings under UV-B stress 不同字母代表差异显著。 Different letters are significantly different at the 0.05 probability level. 图 4 UV-B 胁迫下各种钙效应剂处理对玉米幼苗光合 色素含量的影响 Fig. 4 Effects of calcium effectors on photosynthetic pigments in leaves of maize seedlings under UV-B stress 不同字母代表差异显著。 Values followed by a different letter are significantly different among treatment at P0.05. 2.5 钙效应剂对 UV-B 胁迫下玉米幼苗叶绿素荧光参数 Fv/Fo、Fv/Fm的影响 处理时间内, Fv/Fo与 Fv/Fm呈相同变化趋势(图 5)。 处理第 2 天, UV-B 下的 Fv/Fo、Fv/Fm与 CK 无显著差异, UV-B+Heparin 的 Fv/Fo与 Fv/Fm显著低于 UV-B 单独处理, 随着辐射时间的增加, 到第 22 天, UV-B 单独和复合处理 下的 Fv/Fo、 Fv/Fm显著低于 CK。 且在处理的 22 d 内, UV-B 单独处理的 Fv/Fo、Fv/Fm在前 10 d 缓慢下降, 后 10 d 急 剧下降, 而 UV-B 与各种阻断剂复合处理时, 前 10 d 急剧 下降, 后 10 d 缓慢下降。由此可见, UV-B 胁迫会导致玉 米叶片细胞PSII活性及功能下降, 辐射时间越长, 伤害越 大, 且阻断细胞内 IP3 通道, 会使该效应提前。进一步说 明, 胞内 IP3 通道释放 Ca2+可能参与调控玉米幼苗叶片光 能吸收、利用和传递。 2.6 钙效应剂对 UV-B 胁迫下玉米幼苗叶片 Hill 反应活 性的影响 UV-B 胁迫显著降低了玉米幼苗叶片 Hill 反应活性, 比较各种复合处理, 只有 UV-B+Heparin 增强该下降效应 (图 6)。由此可见, 细胞内 IP3 通道释放 Ca2+对于调节 UV-B 376 作 物 学 报 第 39 卷 图 5 UV-B 胁迫下各种钙效应剂处理对玉米幼苗 Fv/Fm和 Fv/Fo的影响 Fig. 5 Effects of calcium effectors on Fv/Fm and Fv/Fo in leaves of maize seedlings under UV-B stress 不同字母代表差异显著。Values of Fv/Fm or Fv/Fo with a different letter are significantly different among treatments at P0.05. 图 6 UV-B 胁迫下各种钙效应剂处理对玉米幼苗叶片 Hill 反应 活力的影响 Fig. 6 Effects of calcium effect of reagent on the Hill reaction activity in leaves of maize seedlings under UV-B stress Values followed by a different letter are significantly different among treatment at P0.05. 辐射下玉米幼苗 Hill 反应活性有重要作用。 2.7 UV-B 胁迫下钙效应剂对玉米幼苗蒸腾速率(Tr)、水 分利用效率(WUE)的影响 各种胁迫处理的玉米幼苗叶片 Tr均与 CK 无显著差 异, UV-B 胁迫使 WUE 显著低于 CK, UV-B+Heparin 进一 步降低 UV-B 辐射下的 WUE, UV-B+LaCl3、 UV-B+TFP 处 理与 UV-B 单独处理无显著差异(图 7)。表明紫外辐射及 阻断钙信号系统通路对玉米幼苗 Tr影响不大; 相比之下, 胞内 IP3 通道对 UV-B 辐射下玉米幼苗 WUE 的调控作用 较显著, 而阻断细胞质膜钙通道, 抑制 CaM 活性后调控 作用则相对较小。 2.8 UV-B 胁迫下钙效应剂对玉米幼苗气孔导度(Gs)、胞 间二氧化碳浓度(Ci)的影响 UV-B胁迫处理的玉米幼苗叶片Gs与CK无显著性差 异, UV-B+TFP 显著降低 UV-B 单独处理下的 Gs; UV-B 胁 迫显著提高了 CK 的 Ci, 而 UV-B 与各效应剂复合处理的 Ci与 UV-B 单独辐射的无显著差异(图 8)。 由此可见, 抑制 CaM活性会降低UV-B辐射下植株叶片的气孔导度。 UV-B 辐射会降低细胞对CO2的利用率, 导致Ci上升, 而钙信号 系统对此过程的调控作用不明显。 3 讨论 Ca2+通道是钙信号产生的重要途径, Ca2+经过 Ca2+通 道自胞外和胞内贮钙器进入细胞质造成胞质 Ca2+浓度升 高22, 启动细胞内多种生理生化反应, 提高植株抗逆性。 钙信号系统参与植物对非生物逆境的应答反应已被广泛 证实23。本研究表明, 细胞钙信号系统可能参与 UV-B 下 某些生理反应的调控, 且参与该调控的 Ca2+主要源于 IP3 动员的胞内钙库(图 1 和图 2)。 研究发现, UV-B 胁迫下玉米幼苗叶片净光合速率急 剧下降, 阻断胞内 IP3 通道, 导致胞内钙库不能正常释放 Ca2+, 抑制 CaM 活性, 无法启动 Ca2+CaM 下游反应, 进 一步加剧 UV-B 胁迫下植物叶片净光合速率的下降。 然而, 阻止胞外 Ca2+进入胞内, 无此效应。 这可能是由于玉米幼 苗叶片具有自我保护机制, 在受到紫外伤害, 而胞外 Ca2+ 不能进入细胞内时, 释放胞内钙库的 Ca2+进入胞质, 以调 节并保护光合作用。说明 UV-B 胁迫下, 参与光合作用调 控的 Ca2+主要源于胞内钙库。 UV-B 胁迫导致植株光合色素含量减少, 进而降低其 光能吸收、传递和利用效率, 是破坏植物光合作用的重要 机制之一。阻断胞内 IP3 通道、质膜钙通、抑制细胞内 CaM 活性, 加大了 UV-B 对玉米 Chl a、Chl b 和 Chl a+b 的破坏程度。Car 可防止植物光氧化, 保护叶绿素及光合 机构。 本研究表明 Car 在紫外单独胁迫下维持在一个较高 的水平, 可能是玉米的一种自我保护机制。但在 UV-B+ Heparin 下, Car 含量明显低于 CK 及 UV-B 单独处理, 暗 示阻断细胞内 IP3 通道抑制 Car 合成或促进 Car 分解。由 此推断 Ca2+可能是介导植物叶片光合色素合成或分解的 内信号因子。 植物体内发出的叶绿素荧光极易随外界环境而变 化24-26, 叶绿素荧光动力学特征能系统反映叶片对光能 的吸收、传递、耗散与分配, 被称为叶片光合性能快速、 无损伤的探针27。Fv/Fm是 PSII 最大光化学效率, 反映原 初反应的光能转换效率和植物受光抑制的程度, Fv/Fo可 以较准确地表示 PSII 的潜在活性。本研究中 UV-B 辐射 第2期 吴能表等: 细胞内 IP3-Ca2+途径对 UV-B 辐射下玉米幼苗光合特性的调控机制 377 图 7 UV-B 胁迫下各种钙效应剂处理对玉米幼苗蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)的影响 Fig. 7 Effects of calcium effectors on transpiration rate (Tr) and water use efficiency(WUE) in leaves of maize seedlings under UV-B stress 不同字母代表差异显著。Values followed by a different letter are significantly different among treatment at P0.05. 图 8 UV-B 胁迫下各种钙效应剂处理对玉米幼苗气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)的影响 Fig. 8 Effects of calcium effectors on stomatal conductance (Gs) and intercellular CO2 concertration (Ci) in leaves of maize seedlings under UV-B stress 图柱上不同字母代表差异显著。Values followed by a different letter are significantly different among treatment at P0.05. 破坏玉米幼苗叶片的 PSII 反应中心(图 5)。首先导致 PSII 潜在活性、PSII 光化学效率降低, 进而影响电子在 PSII 和 PSI 间的传递。卢从明等28认为, Fv/Fo与 Fv/Fm值的降 低, 阻碍了光合电子由 PSII 反应中心向 QA、QB 和 PQ 库传递的过程, 很容易引起光抑制。可见, 紫外胁迫使玉 米幼苗受到光抑制。阻断细胞内 IP3 通道, 加剧 UV-B 辐 射对玉米幼苗叶片光合电子传递链的破坏程度, 此效应 在短期处理内的表现较明显。 H2O 是光合作用必不可少的原料, 水分利用效率很 大程度上影响着植物的光合能力。 也是 Hill 反应的主要原 料。本研究条件下, 玉米幼苗叶片 Pn与 WUE、Hill 反应 活力呈正相关, 阻断细胞内 IP3 通道对 UV-B 胁迫下玉米 叶片的 Hill 反应活力和 WUE 的影响最明显。说明 UV-B 辐射下, 玉米幼苗叶片的 WUE、Hill 反应活力对 Pn限制 作用较明显, 前面所述 UV-B 胁迫下, PSII 的相应变化可 能也是细胞钙信号转导系统影响了光化学反应的有效运 行, 破坏放氧复合体(OEC)上 H2O 的光解反应, 导致玉米 叶片的水分利用效率降低的原因之一, 胞内钙库释放的 Ca2+参与该过程的调控。 叶片 CO2的传导主要受叶肉导度和气孔导度 2 个因 素影响29, Farguhar等30认为 CO2的传导对光合作用的限 制分为气孔和非气孔 2种, 气孔限制主要取决于气孔的结 构及开度, 非气孔限制主要取决于 CO2在液相中传输速 率, 以及叶肉细胞的光活化能力31-33。 本研究中, UV-B 辐 射下的 Gs与 CK 无差异, 而 Ci显著提高, Pn也提高, 说明 UV-B 胁迫下玉米的光合作用主要受到非气孔因素的影 响。这与多人对逆境下的玉米光合作用研究结果吻合34-36。 通过我们进一步分析认为, 由于玉米为典型的 C4植物, UV-B 可通过阻碍 C4或者卡尔文循环, 抑制光合作用。最 有可能的原因是降低了碳反应中某种关键酶的活性, Correia 等37研究表明, 增强 UV-B 可降低玉米叶片的 PEPCase 及 RubisCO 的活性。PPDK (丙酮酸二磷酸激酶) 是 C4植物光合作用中的一种关键酶, 玉米叶片的 PPDK 可受到 UV-B 辐射的可逆性调节38, 但钙信号转导系统不 参与此过程, 具体机制需进一步研究。另外, 研究表明, UV-B 辐射下, CaM 介导的下游反应有可能参与了玉米叶 片气孔导度的调控。 378 作 物 学 报 第 39 卷 References 1 Yu J(于娟), Tang X-X(唐学玺), Li Y-Q(李永祺). Effect of UV-B radiation on marine microalgaes. Marine Sci (海洋科学), 2002, 26(2): 68 (in Chinese with English abstract) 2 Zheng Y-F(郑有飞), Yang Z-M(杨志敏), Yan J-Y(颜景义), Wan C-J(万长建). Biological response of crops on enhanced solar ul- traviolet radiation and its estimation. Chin J Appl Ecol (应用生态 学报), 1996, 7(1): 107109 (in Chinese with English abstract) 3 Li Y(李元), Wang X-L(王勋陵). The effect of enhandced UV-B radiation on the physiological indicator, yield and quality of wheat. Acta Sci Circumst (环境科学学报), 1998, 18(5): 504509 (in Chinese with English abstract) 4 Chen T(陈拓), Wang X-L(王勋陵). Influence of enhanced UV-B radiation on H2O2 metabolism in wheat leaves. Acta Bot Borea- li-Occident Sin (西北植物学报), 1999, 19(2): 284289 (in Chi- nese with English abstract) 5 Scott J, Cotton G, Urbach F. Biologically effective ultraviolet ra- diation: surface measurements in the United States 1974 to 1985. Science, 1988, 239: 762764 6 Ihle C. Degradation and release from the thylakoid membrane of photosystems II: subunits safer UV-B irradiation of the liverwort Conocephalum conicum. Photosynth Res, 1997, 54: 7378 7 Zhang Z-P(张展鹏). Research developments of Ca2+ signal sys- tem and its regulation in plant. Guizhou Agric Sci (贵州农业科 学), 2008, 36(3): 2628 (in Chinese with English abstract) 8 Wang Y-N(王亚妮), Han R(韩榕). Intracellular free calcium distribution in wheat roots cells after enhanced UV-B radiation. Acta Bot Boreali-Occident Sin (西北植物学报), 2010, 30(8): 1622 1626 (in Chinese with English abstract) 9 Wang X(王旭), Guo S-R(郭世荣), Li J(李军). Effect of calcium on growth and chlorophyll fluorescence of cucumber seedlings under hypoxia. Acta Bot Boreali-Occident Sin (西北植物学报), 2007, 27(5): 859863 (in Chinese with English abstract) 10 Ye J-Y(叶济宇). Arnon fomula in determination of chlorophyll content. Plant Physiol Commun (植物生理学通讯), 1985, (6): 69 (in Chinese) 11 Jarrett H W. Evidence that calmodulin is in the chloroplast of peas and serves a regulatory role in photosynthesis. Biol Chem, 1982, 257: 1379513804 12 Nakatani H Y. Inbibition of photosynthetic oxygen evolution by calmodulin type inhibitors and other calmodulin-antagonists. Biochem Biophys Res Commun, 1984, 121: 626633 13 Meelich K, Zaleski C M, Pecoraro V L. Using small molecule complexes to elucidate features of photosynthetic water oxidation. Philosophical Trans Royal Soc B, 2008, 363: 12711281 14 Chen Y-L(陈玉玲), Xiao Y-M(肖玉梅), Chen J(陈咖). The G protein may be involved in extracellular calmodulin promote stomatal closure process. Prog Nat Sci (自然科学进展), 2003, 13(4): 343349 (in Chinese) 15 Hong H(洪鸿), Ma H-Q(马红群), Hu L-T(胡丽涛). Effect of CaCl2 on photosynthetic characteristic of Spinacia oleracea un- der enhanced UV-B radiation. Guihaia (广西植物), 2010, 30(6): 859864 (in Chinese with English abstract) 16 Dong D-K(董德坤), Shi K(师恺), Cao J-S(曹家树). The photo- synthetic heterosis and its mechanisms of an inter-subspecific hybrid between Brassica campestris ssp. chinensis and B. campestris ssp. rapifera. Sci Agric Sin (中国农业科学), 2007, 40(12): 28042810 (in Chinese with English abstract) 17 Zhang G-Z(张国增), Bai L(白玲), Song C-P(宋纯鹏). Intracel- lular Ca2+ changes during cold stress in CBF1-overexpress Arabidopsis. Chin Bull Bot (植物学报), 2009, 44(3): 283289 (in Chinese with English abstract) 18 Li ZH-G(李忠光), Gong M(龚明). Involvement of calcium and calmodulin in the mechanical stimulation-induced heat tolerance in tobacco (Nicotiana tabacum L.) suspension culture cells. Plant Physiol Commun (植物生理学通讯), 2009, 45(4): 363366 (in Chinese with English abstract) 19 Tang X-L(唐新莲), Li X-F(黎晓峰), Ling G-Z(凌桂芝), Gu M-H(顾明华), Wang Y-X(玉永雄). The involvement of Ca2+ sig- nal in the regulation of Al-induced secretion of organic acids in Rye. Sci Agric Sin (中国农业科学), 2008, 41(8): 22792285 (in Chinese with English abstract) 20 Shen W-Q(沈伟其). Extraction of mixed solution for determina- tion of chlorophyll content in rice leaf blade. Plant Physiol Commun (植物生理学通讯), 1988, (3): 6264 (in Chinese with English abstract) 21 Tang Z-C(汤章城). Modern Laboratory Manual of Plant Physio- logy (现代植物生理学实验指南). Beijing: Science Press, 1999. p 108 (in Chinese) 22 Shang Z-L(尚忠林), Sun D-Y(孙大业). Calcium channels in plant cells. Plant Physiol Commun (植物生理学通讯), 2002, 38(6): 625629 (in Chinese with English abstract) 23 Zong H(宗会), Li M-Q(李明启). Role of calcium messenger in plant acclimation to abiotic stresses. Plant Physiol Commun (植 物生理学通讯), 2001, 37(4): 330334 (in Chinese with English abstract) 24 Krause G H, Weis E. Chlorophyll fluorescence and photosynthe- sis: the basics. Annu Rev Plant Physiol Mol Biol, 1991, 42: 313 349 25 Van Kooten O, Snel J F H. The use of chlorophyll nomenclature in plant stress physiology. Photosynth Res, 1990, 25: 147150 26 Herppich W B, Peckmann K. Responses of gas exchange photo- synthesis, nocturnal acid accumulation and water relations of Ap- tenia cordifolia to short-term drought and rewatering. Plant Physiol, 1997, 150: 467474 第2期 吴能表等: 细胞内 IP3-Ca2+途径对 UV-B 辐射下玉米幼苗光合特性的调控机制 379 27 Lin S-Q(林世青), Xu C-H(许春辉), Zhang Q-D(张其德), Xu L(徐黎), Mao D-Z(毛大璋), Kuang T-Y(匡廷云). Some applica- tion of chlorophy