外源Ca2+對(duì)模擬酸雨脅迫下不同抗性水稻根系氮吸收的影響

張?jiān)?，梁嬋?2*

（1.江蘇省厭氧生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122；2.江蘇水處理技術(shù)與材料協(xié)同創(chuàng)新中心，蘇州科技大學(xué)，江蘇 蘇州 215009）

盡管近年來全球酸雨態(tài)勢(shì)有所減緩，但我國仍有4.66×107hm2的國土面積為酸雨區(qū)[1]。酸雨會(huì)抑制植物根系生長[2]，破壞其吸收養(yǎng)分的能力[3]；引起活性氧過量積累，造成氧化損傷[4-5]；破壞葉綠體微觀結(jié)構(gòu)，減少葉綠素含量，降低光合作用能力[6-7]。酸雨還會(huì)通過淋溶土壤中的，使土壤貧瘠[8]、農(nóng)作物生長緩慢，引起農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，提高作物耐受性可能是緩解酸雨區(qū)農(nóng)業(yè)減產(chǎn)的一種可行方法。

已有研究發(fā)現(xiàn)外源Ca2+能提高植物對(duì)鹽、干旱及低溫等非生物脅迫的耐受能力[9-12]。酸雨脅迫下，外源Ca2+能通過提高抗氧化酶活性、同工酶濃度及基因表達(dá)緩解酸雨造成的氧化脅迫[4-5]，通過調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜組分及胞內(nèi)Ca2+形態(tài)促進(jìn)質(zhì)膜穩(wěn)定性[13]，提高植物對(duì)酸雨的耐受性。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)外源Ca2+緩解酸雨脅迫下大豆品質(zhì)與調(diào)控其營養(yǎng)吸收有關(guān)[14]。然而外源Ca2+和酸雨脅迫下植物營養(yǎng)吸收與植物耐酸性的關(guān)系仍不明確，明確這一點(diǎn)將有助于提高植物耐酸性，從而為緩解酸雨對(duì)作物產(chǎn)量及品質(zhì)的影響提供良好的生長基礎(chǔ)。氮是限制植物生長最重要的因素之一[15]。水稻主要以NO-3和的形式吸收無機(jī)氮，這一過程需要H+-ATPase 水解ATP提供能量，同時(shí)向胞外泵出H+維持胞內(nèi)pH 穩(wěn)定，保障氮吸收的穩(wěn)定和平衡是維持水稻生長和發(fā)育的基礎(chǔ)。明晰外源Ca2+如何通過H+-ATPase 調(diào)節(jié)酸雨脅迫下植物氮吸收，將為豐富植物耐酸性機(jī)制提供新的理論支撐，同時(shí)也為緩解酸雨造成的土壤肥力下降提供思考方向。

為了提高植物耐酸性，同時(shí)進(jìn)一步探明外源Ca2+調(diào)控機(jī)理和調(diào)控效果的品種間差異，本研究選取了兩個(gè)廣泛種植的水稻品種——五優(yōu)308（抗性種）和南粳9108（敏感種）。首先，探究外源Ca2+對(duì)酸雨脅迫與恢復(fù)后水稻根系生長與氮（NO-3和）含量的影響，明晰外源Ca2+調(diào)控酸雨脅迫下植物氮吸收與耐受性的關(guān)系；其次，測(cè)定根系 NO-3、吸收速率，ATP 含量和質(zhì)膜H+-ATPase 活性，探究外源Ca2+調(diào)控酸雨脅迫下植物根系質(zhì)膜H+-ATPase 活性對(duì)氮吸收的影響；最后，從質(zhì)膜H+-ATPase 磷酸化水平角度探析外源Ca2+調(diào)控酸雨脅迫下植物根系質(zhì)膜H+-ATPase 活性的內(nèi)在機(jī)制。通過對(duì)比外源Ca2+與酸雨處理下兩個(gè)水稻品種生長、氮吸收及質(zhì)膜 H+-ATPase 活性與磷酸化的差異，客觀評(píng)價(jià)外源Ca2+調(diào)控植物耐酸性的效果，為采取有效措施減輕酸雨對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響提供理論依據(jù)，為緩解酸雨引起的糧食安全問題提供新的選擇。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)試材為水稻（Oryza sativaL.），品種為五優(yōu)308（抗性種）和南粳9108（敏感種）。品種篩選是根據(jù)郭莉莉等[16]的研究結(jié)果，考慮長江中下游地區(qū)種植的常見水稻品種，并在模擬酸雨（pH 4.5 或3.0）下通過相對(duì)生長速率、根系質(zhì)膜透性以及葉片葉綠素含量指標(biāo)篩選比較得出的抗性差異。將種子浸泡于0.1%的HgCl2中10 min后取出，使用去離子水沖洗干凈后，置于去離子水中浸泡24 h。種子轉(zhuǎn)移至蛭石中，于25 ℃恒溫萌發(fā)，長至兩葉時(shí)轉(zhuǎn)移至24 孔泡沫板并置于6.88 L 周轉(zhuǎn)箱培養(yǎng)，培養(yǎng)條件參考馬永佳等[13]的方法。營養(yǎng)液配制按照國際水稻研究所常規(guī)水稻營養(yǎng)液配方，營養(yǎng)液每3 d更換一次。

1.2 試驗(yàn)方法

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

試驗(yàn)材料使用去離子水沖洗，105 ℃烘30 min 后80 ℃烘至質(zhì)量恒定，測(cè)定根系干質(zhì)量。采用水楊酸-硫酸法和靛酚藍(lán)比色法分別測(cè)定根（以鮮質(zhì)量計(jì)）中NO-3和含量[18-19]。

采用GAO 等[20]的方法測(cè)定并計(jì)算NO-3和的吸收速率，計(jì)算公式分別為：

NO-3吸收速率=（初始營養(yǎng)液中NO-3濃度-處理5 d后營養(yǎng)液中NO-3濃度）×營養(yǎng)液體積（/根鮮質(zhì)量×5）

質(zhì)膜H+-ATPase 活性使用質(zhì)膜蛋白提取試劑盒（貝博生物科技有限公司，上海）提取測(cè)定。參考LIANG 等[21]的方法使用定磷試劑測(cè)定反應(yīng)體系中生成的無機(jī)磷含量，并根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算:

式中：E為酶活，μmol·mg-1·min-1；C為標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得的無機(jī)磷含量，μg·mL-1；t為反應(yīng)時(shí)間，min；Wp為膜制劑中的蛋白含量，mg·mL-1；n為稀釋倍數(shù)。

H+-ATPase 磷酸化水平使用Western-Blot 方法測(cè)定，使用8%濃縮膠和6%分離膠在120 V、30 min 和80 V、55 min 條件下電泳以分離目標(biāo)蛋白。使用半干法轉(zhuǎn)膜后用5%BSA溶液封閉PVDF膜2 h，以1∶2 000比例4 ℃靜置過夜孵育一抗（14-3-3 蛋白），用PBST溶液清洗3 次，再以1∶1 000 比例加入二抗（HRP-驢抗兔 IgG 抗體）室溫孵育 2 h，最后用 PBST 清洗 3 次，顯影后進(jìn)行拍攝。

根系A(chǔ)TP 含量（以鮮質(zhì)量計(jì)）測(cè)定參考文獻(xiàn)[22]，使用高效液相色譜法測(cè)定。具體條件為C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm），柱溫25 ℃，流速1.2 mL·min-1，UV 254 nm，進(jìn)樣量 20 μL，流動(dòng)相 A 為 0.06 mol·L-1Na2HPO4、0.04 mol·L-1KH2PO4，pH 7.0，流動(dòng)相B 為純乙腈。洗脫程序：0 min 100% A；2 min 95% A 和5%B；4 min 80% A 和 20% B；5.3 min 75% A 和 25% B；6 min 100%A。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，不同字母表示處理間差異顯著（P<0.05）。數(shù)據(jù)分析后使用Origin 2021 繪圖，繪圖數(shù)據(jù)均為3 次獨(dú)立試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差（Mean±SD）。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源Ca2+對(duì)模擬酸雨下不同抗性水稻幼苗根系生長和根中NO-3、含量的影響

如圖 1 所示，脅迫期，與 CK 相比，SAR1 處理下，五優(yōu)308 幼苗根系干質(zhì)量以及NO-3和含量無顯著變化（P>0.05）；南粳9108 幼苗根系干質(zhì)量顯著降低（P<0.05），NO-3含量無顯著變化（P>0.05），含量顯著增加（P<0.05）。SAR2 處理下，兩個(gè)品種水稻根系干質(zhì)量、NO-3和含量均低于CK（P<0.05），五優(yōu)308的降幅分別為15%、24%、19%，南粳9108的降幅分別為31%、42%、20%。單一外源Ca2+處理對(duì)兩個(gè)品種水稻根系生長以及根中NO（-3除五優(yōu)308）和含量均無顯著影響（P>0.05）。Ca2++SAR1 處理下，兩個(gè)品種水稻幼苗根系干質(zhì)量、根中NO-3和含量與 CK 均無顯著差異（P>0.05），但兩個(gè)品種水稻的根干質(zhì)量均顯著高于 SAR1 處理（P<0.05）。Ca2++SAR2 處理下，兩個(gè)品種水稻幼苗根干質(zhì)量、根中NO-3和含量均低于CK（P<0.05），但顯著高于SAR2 處理（P<0.05），五優(yōu)308 上述3 個(gè)指標(biāo)分別達(dá)到CK 的93%、88%、92%，南粳9108 分別達(dá)到CK 的77%、80%、88%?；謴?fù)期，五優(yōu)308 各處理組中根系生長、NO-（3除Ca2++SAR2 處理）和含量均恢復(fù)至CK 水平（P>0.05）。在南粳 9108 中，SAR2 處理和 Ca2++SAR2 處理下根系生長和含量仍低于CK（P<0.05），但Ca2++SAR2 處理高于SAR2 處理（P<0.05）。SAR2 處理下南粳9108根中NO-3含量低于CK（P<0.05），但在Ca2++SAR2 處理下恢復(fù)至CK水平（P>0.05）。

圖1 外源Ca2+對(duì)模擬酸雨下不同抗性水稻根干質(zhì)量和根中NO-3、含量的影響Figure 1 Effects of exogenous Ca2+on root dry mass,NO-3 and contents of roots in different resistant rices to simulated acid rain stress

2.2 外源Ca2+對(duì)模擬酸雨下不同抗性水稻根系NO-3和吸收速率的影響

如圖 2 所示，脅迫期，SAR1 處理下，五優(yōu) 308 的NO-3和吸收速率高于 CK（P<0.05），南粳 9108 的NO-3吸收速率無顯著變化（P>0.05），吸收速率高于CK（P<0.05）。SAR2 處理下，兩個(gè)品種水稻根系NO-3和吸收速率均低于 CK（P<0.05），五優(yōu) 308 降幅分別為42%、27%，南粳9108 降幅分別為45%、33%。單一外源Ca2+處理下五優(yōu)308 的NO-3吸收速率高于 CK（P<0.05），吸收速率無顯著變化（P>0.05）；南粳9108的NO-3和吸收速率均無顯著變化（P>0.05）。Ca2++SAR1處理下，兩個(gè)品種水稻根中NO-3和吸收速率與CK 無顯著差異（P>0.05），NO-3吸收速率與SAR1 處理無差異（P>0.05），吸收速率低于 SAR1 處理（P<0.05）。Ca2++SAR2 處理下，兩個(gè)品種水稻的NO-3和吸收速率均低于CK 水平（P<0.05），但高于SAR2處理（P<0.05），五優(yōu)308中分別為CK 的 83%、87%，南粳 9108 中分別為 CK 的 82%、80%。恢復(fù)期，五優(yōu)308除在SAR2處理下NO-3吸收速率仍低于CK 外（P<0.05），其余處理均恢復(fù)至CK 水平（P>0.05），吸收速率在所有處理下均恢復(fù)至CK水平（P>0.05）。南粳9108在SAR2處理下NO-3和吸收速率仍低于CK 水平（P<0.05），Ca2++SAR2 處理下NO-3吸收速率低于CK但高于SAR2處理（P<0.05），其他處理下NO-3和吸收速率均恢復(fù)至CK水平（P>0.05）。

圖2 外源Ca2+對(duì)模擬酸雨下不同抗性水稻根系NO-3和吸收速率的影響Figure 2 Effects of exogenous Ca2+on NO-3 and uptake rates of different resistant rices root under simulated acid rain stress

2.3 外源Ca2+對(duì)模擬酸雨下不同抗性水稻根系質(zhì)膜H+-ATPase活性和根中ATP含量的影響

如圖3 所示，脅迫期，SAR1 處理下兩個(gè)品種水稻根系質(zhì)膜 H+-ATPase 活性高于 CK（P<0.05），ATP 含量均降低（P<0.05），五優(yōu) 308 和南粳 9108 中 H+-ATPase 活性增幅分別為16%、20%，ATP 含量降幅分別為25%、31%。SAR2 處理下，兩個(gè)品種水稻H+-ATPase 活性以及 ATP 含量均低于 CK（P<0.05），五優(yōu)308 降幅分別為32%、31%，南粳9108 降幅分別為43%、50%。單一外源Ca2+處理下兩個(gè)品種水稻根系H+-ATPase 活性與 CK 無差異（P>0.05），根中 ATP 含量低于CK（P<0.05）。Ca2++SAR1處理下，兩個(gè)品種水稻H+-ATPase活性與CK無顯著差異（P>0.05），其中在五優(yōu)308中與SAR1處理無差異（P>0.05），在南粳9108中低于SAR1處理（P<0.05）；兩個(gè)品種水稻根中ATP含量均顯著低于CK（P<0.05），在五優(yōu)308中高于SAR1處理（P<0.05）。Ca2++SAR2 處理下，兩個(gè)品種水稻H+-ATPase活性和ATP含量均低于CK水平（P<0.05），五優(yōu)308中分別達(dá)CK水平的82%、78%，南粳9108中分別達(dá)到 CK 水平的 80%、69%，但均高于 SAR2 處理（P<0.05）?；謴?fù)期，五優(yōu) 308 H+-ATPase 活性和ATP 含量在所有處理下均恢復(fù)至CK水平（P>0.05）。南粳9108在SAR2處理下H+-ATPase活性和ATP含量仍低于CK水平（P<0.05），Ca2++SAR2處理下ATP含量仍低于CK但高于SAR2處理（P<0.05），H+-ATPase活性恢復(fù)至CK水平（P>0.05）。南粳9108在其他處理下H+-ATPase活性和ATP含量均恢復(fù)至CK水平（P>0.05）。

圖3 外源Ca2+對(duì)模擬酸雨下不同抗性水稻根系質(zhì)膜H+-ATPase活性和ATP含量的影響Figure 3 Effects of exogenous Ca2+on H+-ATPase activities and ATP contents of different resistant rices root under simulated acid rain stress

2.4 外源Ca2+對(duì)模擬酸雨下不同抗性水稻根系質(zhì)膜H+-ATPase磷酸化水平的影響

如圖4所示，脅迫期，SAR1處理下，五優(yōu)308根系質(zhì)膜 H+-ATPase 磷酸化水平高于CK（P<0.05），南粳9108 H+-ATPase 磷酸化水平與CK 無差異（P>0.05）；SAR2處理下，五優(yōu)308根系質(zhì)膜H+-ATPase磷酸化水平與CK無差異（P>0.05），在南粳9108中顯著低于CK（P<0.05）。單一外源 Ca2+處理下，五優(yōu) 308 的H+-ATPase磷酸化水平與CK無差異（P>0.05），在南粳9108中則顯著增加（P<0.05）。Ca2++SAR1處理下，五優(yōu)308的H+-ATPase 磷酸化水平與CK 無差異，但低于SAR1處理（P<0.05），南粳9108 H+-ATPase磷酸化水平與CK和SAR1處理均無差異（P>0.05）。Ca2++SAR2處理下，五優(yōu)308中H+-ATPase磷酸化水平與CK和SAR2處理均無顯著差異（P>0.05），南粳9108中H+-ATPase磷酸化水平與CK 無差異（P>0.05），但高于SAR2 處理（P<0.05）?；謴?fù)期，五優(yōu)308的H+-ATPase 磷酸化水平在所有處理下均恢復(fù)至CK水平（P>0.05），而南粳9108的H+-ATPase 磷酸化水平在SAR2處理下仍低于CK（P<0.05），但其余處理均恢復(fù)至CK水平（P>0.05）。

圖4 外源Ca2+對(duì)模擬酸雨下不同抗性水稻根系質(zhì)膜H+-ATPase磷酸化水平的影響Figure 4 Effects of exogenous Ca2+on phosphorylation levels of H+-ATPase in roots plasma membranes of rice under simulated acid rain stress

3 討論

3.1 外源Ca2+對(duì)模擬酸雨下不同抗性水稻幼苗生長和氮吸收及供能的影響

根系是植物從環(huán)境中獲取養(yǎng)分的重要器官，其對(duì)植株整體的生長狀況有重要影響。NO-3和是植物必需的無機(jī)氮，NO-3的吸收需要H+-ATPase 水解ATP提供質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力，的吸收伴隨著胞內(nèi)pH 增加，也需要H+-ATPase 泵出多余的H+以維持細(xì)胞pH 穩(wěn)定[23]，然而過量積累會(huì)引起銨毒效應(yīng)[24-25]。本研究發(fā)現(xiàn)SAR1 處理均刺激了兩個(gè)品種水稻根系H+-ATPase 活性，促進(jìn)了ATP 水解，增加了供能，促進(jìn)了兩個(gè)品種水稻的吸收和五優(yōu)308 的NO-3吸收。該處理下五優(yōu)308 中NO-3和含量沒有顯著變化，根系生長沒有受到影響，南粳9108 中含量顯著增加，根系生長受到抑制。在南粳9108幼苗根系中積累，需要向胞外排出H+以維持胞內(nèi)pH 穩(wěn)定，導(dǎo)致根系環(huán)境pH 降低[26]，從而加劇了對(duì)根系生長的抑制。此外，的增加破壞了水稻根系環(huán)境中陰陽離子平衡[23]，這也不利于南粳9108 根系生長。SAR1 處理盡管增加了NO-3的吸收，但并未引起根中NO-3含量的顯著增加，這可能是NO-3向上轉(zhuǎn)運(yùn)，分配到葉中的量增加所致。本研究還發(fā)現(xiàn)SAR2 處理抑制了兩個(gè)品種水稻根系質(zhì)膜H+-ATPase 活性，減少了ATP 含量，供能減少導(dǎo)致NO-3和吸收和積累減少，根系生長受到抑制，其中對(duì)南粳9108 的抑制程度更大。與本研究結(jié)果一致，有研究發(fā)現(xiàn)在鹽脅迫下，低強(qiáng)度鹽脅迫會(huì)刺激H+-ATPase 活性增加，促進(jìn)營養(yǎng)元素的吸收，而高強(qiáng)度鹽脅迫則抑制H+-ATPase 活性，減少對(duì)氮的吸收，從而使植物生物量減少[22]。因此推測(cè)低強(qiáng)度（pH 4.5）酸雨脅迫下水稻根系質(zhì)膜H+-ATPase 活性的增加可能是一種適應(yīng)性反應(yīng)，以此提高植物對(duì)脅迫的耐受能力，高強(qiáng)度（pH 3.0）酸雨則超出了水稻的耐受范圍，引起H+-ATPase 活性的下降。此外，鋁脅迫下，耐受性品種玉米中氮素吸收受抑制程度小于敏感性玉米[27]，這與本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)的酸雨脅迫下品種變化的差異類似。

研究表明外源Ca2+能緩解重金屬、低氧以及鹽脅迫對(duì)植物NO-3吸收的抑制，從而緩解對(duì)植物生長的抑制[20，28-29]。本研究結(jié)果顯示，Ca2++SAR1 處理可使兩個(gè)品種水稻根系質(zhì)膜H+-ATPase 活性穩(wěn)定在CK 水平，有利于分解ATP，穩(wěn)定NO-3和吸收，從而緩解了根系生長受到的抑制。這與我們先前的研究結(jié)果一致，低濃度（pH 4.5）酸雨下，外源Ca2+降低大豆H+-ATPase 活性至對(duì)照水平，調(diào)節(jié)其營養(yǎng)吸收平衡，有效緩解了酸雨對(duì)生長的抑制[14]。本研究結(jié)果還顯示，Ca2++SAR2處理對(duì)兩個(gè)品種水稻根中H+-ATPase活性降低和ATP 含量減少有緩解作用，但緩解效果有限，其中對(duì)五優(yōu)308 的緩解效果更好。這可能是因?yàn)镃a2++SAR2 處理對(duì)NO-3和的吸收高于 SAR2 但仍低于CK，根系生長仍受到抑制，但五優(yōu)308 根系生長更接近CK 水平。研究表明胞外Ca2+的存在能增加膜厚度，降低細(xì)胞膜的流動(dòng)性，提高H+-ATPase 活性[30]。低強(qiáng)度（pH 4.5）酸雨不改變植物根系質(zhì)膜穩(wěn)定性，而高強(qiáng)度（pH 3.0）酸雨降低了根系質(zhì)膜穩(wěn)定性[13]。外源Ca2+可能通過調(diào)節(jié)模擬酸雨下膜穩(wěn)定性調(diào)節(jié)H+-ATPase 活性，且對(duì)SAR1 和SAR2 處理下膜穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)和對(duì)H+-ATPase活性的調(diào)節(jié)效果一致。Ca2+與模擬酸雨處理下，外源Ca2+的調(diào)控使水稻根中和NO-3含量更接近CK 水平。這與低溫脅迫下外源Ca2+緩解小麥生長和氮水平下降的結(jié)果一致[31]，表明外源Ca2+有利于緩解非生物脅迫對(duì)植物根系生長的抑制。本研究還發(fā)現(xiàn)外源Ca2+對(duì)SAR1處理下兩個(gè)品種水稻的調(diào)控效果優(yōu)于SAR2處理，對(duì)五優(yōu)308的調(diào)控效果優(yōu)于南粳9108。ZHANG 等[32]也發(fā)現(xiàn)外源Ca2+對(duì)鹽脅迫下耐受性苦蕎的調(diào)控效果更好。對(duì)比分析外源Ca2+調(diào)控作用的共性及差異性，擴(kuò)大外源Ca2+調(diào)控作用的共性，合理利用品種差異性篩選耐受基因并結(jié)合外源Ca2+調(diào)控作用，將有利于緩解酸雨對(duì)農(nóng)作物生長的抑制，減輕酸雨造成的危害。

恢復(fù)期結(jié)果顯示SAR2 對(duì)兩個(gè)品種水稻NO-3的吸收均造成了不可恢復(fù)性傷害，但外源Ca2+減小了SAR2 造成的不可恢復(fù)性傷害的程度，更有利于五優(yōu)308幼苗根系NO-3吸收和根中NO-3含量的恢復(fù)。SAR2處理下，由于H+-ATPase 活性和ATP含量受到了不可逆性傷害，導(dǎo)致南粳9108 NO-3和吸收也受到不可逆的傷害。

3.2 外源Ca2+對(duì)模擬酸雨下不同抗性水稻根系質(zhì)膜H+-ATPase磷酸化水平的影響

H+-ATPase 活性受多種方式調(diào)控，包括轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控、翻譯后修飾調(diào)控和信號(hào)分子調(diào)控。磷酸化是一種翻譯后修飾的調(diào)控方法，通過14-3-3 蛋白與H+-ATPase C 端自抑制結(jié)構(gòu)結(jié)合從而激活H+-ATPase[33]。研究表明胞外H+濃度增加會(huì)引發(fā)根系質(zhì)膜H+-ATPase 的磷酸化水平增加[34]，促進(jìn) H+-ATPase 活性增加。這與本研究結(jié)果中SAR1 導(dǎo)致水稻根系環(huán)境酸化，兩個(gè)品種水稻根系H+-ATPase 磷酸化水平增加引起活性增加相同。SAR2 處理下兩個(gè)品種水稻H+-ATPase活性均降低，其中南粳9108降幅更大，同時(shí)五優(yōu)308 的H+-ATPase 磷酸化水平?jīng)]有顯著變化，南粳9108 磷酸化水平顯著降低。這表明SAR2 處理下，五優(yōu)308 中的H+-ATPase 磷酸化水平可能不是H+-ATPase 活性降低的主要原因。南粳9108 中H+-ATPase 磷酸化水平的降低是導(dǎo)致其H+-ATPase 活性降低的原因之一。高強(qiáng)度酸雨會(huì)降低水稻質(zhì)膜H+-ATPase 10 個(gè)編碼基因的轉(zhuǎn)錄水平，造成H+-ATPase活性降低[35]。此外，質(zhì)膜H+-ATPase 作為一種膜結(jié)合蛋白，需要磷脂才能發(fā)揮活性[36]。筆者先前的研究發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)度酸雨會(huì)導(dǎo)致水稻根系質(zhì)膜中總磷脂含量的降低[13]，這可能也是導(dǎo)致H+-ATPase 活性降低的原因之一。南粳9108 中H+-ATPase 磷酸化水平的降低可能是其活性降低的原因之一，同時(shí)其轉(zhuǎn)錄水平、細(xì)胞膜磷脂含量可能均降低，共同引起了南粳9108中H+-ATPase 活性更大程度的降低。研究表明鋁脅迫下耐受性強(qiáng)的蠶豆H+-ATPase 磷酸化水平高于敏感性蠶豆[37]，這與本研究中高強(qiáng)度酸雨脅迫下耐受性水稻五優(yōu)308 中H+-ATPase 磷酸化水平高于敏感性水稻南粳9108的結(jié)果一致。

本研究結(jié)果顯示，Ca2++SAR 處理下外源Ca2+有利于維持水稻根系質(zhì)膜H+-ATPase 磷酸化水平的穩(wěn)定，從而保障其活性的穩(wěn)定。研究表明，Ca2+通過磷酸化影響H+-ATPase 的活性，且這種調(diào)節(jié)作用并不依賴于鈣調(diào)蛋白[38]。腺苷5′-單磷酸抑制根系H+-ATPase 磷酸化后會(huì)降低植物對(duì)鋁的耐受能力[39]。而在本研究結(jié)果中，外源Ca2+可維持酸雨脅迫下水稻根系H+-ATPase磷酸化水平穩(wěn)定，這可能是外源Ca2+保障酸雨脅迫下水稻H+-ATPase 活性穩(wěn)定，提高水稻耐受性的原因之一。此外，本研究也發(fā)現(xiàn)酸雨脅迫下，外源Ca2+能緩解酸雨引起的H+-ATPase編碼基因轉(zhuǎn)錄水平的下降[40]，同時(shí)外源Ca2+還能緩解酸雨引起的質(zhì)膜磷脂含量下降[13]，這可能也是外源Ca2+調(diào)控H+-ATPase活性的原因。在研究?jī)蓚€(gè)耐鹽性差異的水稻品種時(shí)也發(fā)現(xiàn)，Ca2+增強(qiáng)了耐鹽性水稻根系H+-ATPase 磷酸化，而鹽敏感性水稻磷酸化水平?jīng)]有變化[41]。這與本研究中發(fā)現(xiàn)外源Ca2+對(duì)酸雨脅迫下抗性水稻質(zhì)膜H+-ATPase 磷酸化水平調(diào)控效果更好的結(jié)果相似，這可能是外源Ca2+對(duì)酸雨脅迫下抗性水稻五優(yōu)308 的H+-ATPase 活性調(diào)控效果更好的原因之一。恢復(fù)期，SAR2 處理下五優(yōu)308 根系質(zhì)膜H+-ATPase 磷酸化水平恢復(fù)至CK 水平，但南粳9108 并未恢復(fù)，這與SAR2處理下兩個(gè)品種水稻根系質(zhì)膜H+-ATPase 活性的恢復(fù)情況一致，因此五優(yōu)308 根系質(zhì)膜H+-ATPase 磷酸化水平?jīng)]有遭受不可逆?zhèn)κ瞧浠钚钥苫謴?fù)的原因之一。外源Ca2+減小了SAR2 處理對(duì)南粳9108 根系質(zhì)膜H+-ATPase 磷酸化水平的不可逆?zhèn)Τ潭?，從而減少了對(duì)H+-ATPase活性不可逆?zhèn)Τ潭取?/p>

4 結(jié)論

（1）pH 4.5 模擬酸雨處理下，五優(yōu) 308 和南粳9108兩個(gè)品種水稻H+-ATPase磷酸化水平增加，提高了H+-ATPase 活性，促進(jìn)了ATP 分解，同時(shí)也均促進(jìn)了對(duì)的吸收，然而僅在南粳9108的根中過量積累從而抑制了根系生長，五優(yōu)308 根中NO-3和含量沒有顯著變化，根系生長正常。pH 3.0模擬酸雨處理下，南粳9108的磷酸化水平下降導(dǎo)致H+-ATPase活性大幅降低，ATP 水解供能減少，NO-3和吸收及積累減少，根系生長減慢；而五優(yōu)308 保持了H+-ATPase 磷酸化水平從而避免了H+-ATPase 活性大幅降低，且NO-3、吸收和積累及生長降幅較小。

（2）外源Ca2+能在模擬酸雨（pH 4.5和3.0）處理下保障兩個(gè)品種水稻根系質(zhì)膜H+-ATPase 磷酸化水平，有利于維持H+-ATPase 活性穩(wěn)定，增加ATP 含量，保障H+-ATPase功能穩(wěn)定，調(diào)節(jié)NO-3和吸收和積累，緩解根系生長抑制，降低模擬酸雨（pH 3.0）處理造成的不可逆?zhèn)Τ潭取Ｏ啾扔谀暇?108，外源Ca2+對(duì)五優(yōu)308的各項(xiàng)指標(biāo)調(diào)控效果更好。