多年生黑麥草（Lolium perenne L.）是一種廣泛應用于溫帶地區的草坪草兼牧草，可以作為鹽堿地開發先鋒植物。鈣與過氧化氫都是信號轉導途徑中重要的信使分子，在植物抗逆進程中發揮諸多關鍵調控作用，但是目前對鈣與過氧化氫調控多年生黑麥草耐鹽相關分子機制仍知之甚少。 

　　重點實驗室草業種質資源與分子育種學學科組胡濤博士在傅金民研究員的指導下，設計NaCl，NaCl+Ca²⁺，NaCl-Ca²⁺，H₂O₂，H₂O₂+NaCl，Control六個處理組，對Ca²⁺和H₂O₂信號cross-talk調控多年生黑麥草耐鹽機制進行了研究。結果表明外源添加7 mM Ca(NO₃)₂能顯著增強草坪質量，降低MDA，EL和H₂O₂在植株體內富集。外源施加鈣離子顯著增加了多年生黑麥草葉片和根中Ca²⁺/Mg²⁺, 而K⁺/Na⁺也顯著增高。對6個處理組根部鈣信號進行Fluo 3-AM染色觀察發現，NaCl+Ca²⁺鈣信號強度最高，NaCl-Ca²⁺處理組最弱，H₂O₂+NaCl處理組強于NaCl處理組鈣信號。進一步對根部H₂O₂和O^2.進行DAB和NBT觀察分析，發現NaCl+Ca²⁺組中H₂O₂和O^2.富集程度最低，說明鈣信號能降低多余H₂O₂和O².在根部富集。我們之前的研究（Hu et al，Ecotox Environ Safe，2011）已表明抗氧化酶能增強多年生黑麥草抗鹽能力。本研究發現，相對于鹽脅迫，外施鈣離子組植株中SOD, POD, CAT, APX 4個主要抗氧化酶顯著升高。抗氧化酶同工酶及基因表達結果也進一步驗證了這一點。進一步研究發現，在NaCl處理組中與H₂O₂代謝相關的基因CAT 和APX 轉錄水平顯著高于SOD,相同的結果在&, amp;, amp;, amp;, lt;, SPAN style="LINE-HEIGHT: 1.8; MARGIN-TOP: 0px; FONT-FAMILY: 宋體; MARGIN-BOTTOM: 12px; FONT-SIZE: 10.5pt">H₂O₂和H₂O₂+NaCl處理組也觀察到，說明活性氧ROS平衡能被H₂O₂信號誘導。結合鈣離子調控抗氧化酶結果，我們可以推測鈣與過氧化氫可能在維持ROS平衡中存在一共同調控機制。 

　　次生代謝物在植物抗逆進程中發揮有重要作用。我們利用GC-MS技術進一步對鈣與過氧化氫信號在多年生黑麥草抗鹽機制中的作用進行了研究，發現處理8天后，葉片中糖，糖醇，多元醇，有機酸，脂肪酸和氨基酸6類代謝物總和在NaCl+Ca²⁺處理組中含量最高，H₂O₂處理組最低，而根中代謝物總和是NaCl處理組最高，NaCl-Ca²⁺處理組最低。各處理組中6大代謝物中11個糖和糖醇物質占總代謝物的比例高于66.0%（除H₂O₂ 處理組僅 49.5%）。相對于NaCl處理組，外施加鈣離子顯著增加了11個糖和糖醇物質，而H₂O₂處理顯著降低了tagatose, idose, glucose, sucrose, cellobiose, psicose and allose (5TMS) BP糖類物質含量。鈣和H₂O₂信號在調控多年生黑麥草代謝物應答鹽脅迫進程中起不同調控作用。 

　　該研究獲得中非聯合中心項目（No. SAJC201325）和國家自然科學基金(No. 31272194 and 31201653)的支持。研究結果以“H₂O₂ and Ca²⁺-based signaling and associated ion accumulation, antioxidant systems and secondary metabolism orchestrate the response to NaCl stress in perennial ryegrass”為題，在植物學國際期刊Scientific Reports上在線發表（doi: 10.1038/srep36396）。 

　　論文鏈接 

  圖1. 根中Ca²⁺，H₂O₂和O^2.組織化學分析 

圖2. Ca²⁺和H₂O₂誘導的相關基因轉錄水平