铝毒已成为酸性土壤中限制植物生长的主要因素之一,因此研究铝胁迫影响植物正常生长的机理具有重要的科学意义。钙在植物生长和发育以及植物抗逆过程中具有重要作用,作为第二信使,胞内自由钙离子在植物很多生理和生化过称中扮演重要角色。已有研究显示,外源钙的施加能缓解植物在铝胁迫下的伤害,但是钙受体(Ca2+-sensing receptor,CAS)在外源钙缓解环境胁迫中发挥何种作用及变化规律却仍然不清楚。本文以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)野生型(Col-0)和CAS反义植株(CASas)为材料,结合生理指标测定、实时荧光定量PCR技术等实验手段,探讨钙及CAS在缓解铝胁迫对拟南芥抗氧化系统影响中的作用。主要取得以下结果:　　 (1)分别用0至800μM AICl3(pH4.0)处理拟南芥Col-0和CASas幼苗,观察了根的伸长情况并测定了叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素以及类胡萝卜素的含量。结果发现随着铝浓度的升高,其对拟南芥根的伸长以及叶绿素含量的抑制具有剂量效应,与Col-0相比,CASas的根伸长和叶绿素含量的抑制作用更为明显,且400μMAlCl3是拟南芥忍受铝毒害的一个临界点。　　 (2)分别在0.2 mM CaCl2(低钙)、2 mM CaCl2(中钙)和10 mM CaCl2(高钙)下用400μM AlCl3处理拟南芥Col-0和CASas幼苗。观察了二者的表型伤害,并比较了胁迫后二者的叶绿素含量、可溶性蛋白含量、活性氧(ROS)累积量、丙二醛(MDA)含量、铝累积量以及几种大量元素的含量。结果发现铝胁迫降低了拟南芥Col-0和CASas叶绿素和可溶性蛋白的含量、增加了ROS和MDA含量。CASas在低钙下铝胁迫长势更弱,且要比Col-0累积更多的铝、ROS以及MDA。增加钙浓度后,可溶性蛋白和叶绿素总量都显著增加,ROS和MDA含量也有所降低。　　 (3)在低、中、高钙条件下铝处理拟南芥Col-0和CASas幼苗,测定了抗氧化小分子如抗坏血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)的含量,以及六种抗氧化酶包括超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶(GR)、谷胱甘肽硫转移酶(GST)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性。发现铝处理下除CASas中AsA外,二种材料中的AsA和GSH含量随着钙浓度的增加都有不同程度的增加。除CAT外,Col-0和CASas中其他5种抗氧化酶的活性受铝的影响都有不同程度的上升,且Col-0中的GST、GR、POD及APX的活性都随着钙浓度的增加而上升,而CASas中除POD外,其他酶并未随着钙浓度的增加而上升,且各个酶的活性都要低于同条件下的Col-0。　　 (4)在低、中、高钙条件下铝处理拟南芥Col-0和CASas幼苗,通过实时定量PCR对编码SOD的CSD1、编码POD的AtPCa和AtPCb以及编码APX的APX1和tAPX进行分析后发现,铝不同程度的诱导这些基因的表达上调,但是Col-0和CASas中的表达情况存在很大差异。如Col-0中的CSD1在铝处理下的上调幅度要低于CASas,而tAPX则高于CASas。且各个基因的表达都受到了钙的影响,如无铝处理下加钙促进了CSD1和AtPCa以及APX1的表达上调,在铝处理下也促进了tAPX以及Col-0中的AtPCb的表达上调,同时也抑制了Col-0中的CSD1和APX1以及CASas中AtPCa的表达。　　 总之,外源钙能增加拟南芥的抗氧化响应,从而较好地缓解铝胁迫对拟南芥幼苗所造成的伤害。从Col-0和CASas在不同钙浓度条件下铝胁迫表现出的不同抗氧化响应可以推测钙及CAS可能参与了拟南芥抗氧化系统对铝胁迫响应的机制。