（植物学专业论文）h2o2和ca2参与茉莉酸甲酯对气孔运动的调节.pdf

河南大学硕士学位论文 中文摘要 茉莉酸类物质( j a s ) 不仅是许多高等植物体内产生的天然化合物，广泛分布 于植物体各部位，并在植物体内执行着多种生理功能，如抑制幼苗生长、根生长、 种子萌发等；促进叶片衰老、气孔关闭、叶绿素降解等过程。通常在多种胁迫条件 ( 如机械伤害、虫害、病害、干旱、高温等) 下，植物细胞可以在短时间内积累大 量的茉莉酸，诱导相关基因表达，使植物体产生系统获得性抗性( s a r ) 。、由此认为 茉莉酸类物质( j a s ) 是参与抗性信号传递，诱导植物防卫反应，产生系统获得性 抗性的内源信号分子。由于气孔保卫细胞具有非常灵敏的感受外界信号变化的能力， 1 且又具有不同于表皮细胞的独特结构，因此可作为研究植物细胞接受外源茉莉酸信 号刺激并做出反应的良好模式系统。已知茉莉酸类物质( j a s ) 可促进气孔关闭。 但是，它们调节气孔运动的生理机制仍不清楚，h 2 0 2 和c a ”是否参与了该过程至今 也未见报导。7 本文运用表皮生物分析法和激光扫描共聚焦成像技术研究了j a s 促进 ， 气孔关闭信号转导过程及其可能的细胞学机制。 表皮组织生物分析表明，1 0 1 1 0 。m o l l 的j a m e 均不同程度地引起气孔关闭， 其中1 0 5 m o l l 的j a m e 对气孔关闭的促进作用最强，且仅低浓度( 1 0 - s m o l l ) ! 拘 j a m e 促进气孔关闭的抑制作用是可逆的；o 5 m m o l l 的e g t a ，l m m o l l 的l a c l 3 均能不同程度地逆转低浓度j a m e ( 1 0 - 5 m o l l ) 日l 起的气孔关闭。运用钙离子荧光探 针研究的结果表明，j 0 - s m o l l 的j a m e 处理5 m i n 左右，胞质c a 2 + 浓度由静息态的 1 0 5 n m o l l 开始升高，最大达到3 3 2 0 n m o l l ；0 5 m m o l l 的e g t a 和1 m m o l l 的l a c l 3 均可不同程度地降低由1 0 4 m o l l 的j a m e 引起的胞质c a 2 + 升高。结果表明c a 2 + 可 能介导了j a m e 调节的气孔运动。另外1 m m o l l 的抗坏血酸、1 0 0 u m l 的c a t 和 5 p m o l l 的d p i 均能不同程度地逆转1 0 4 m o l l 的j a m e 对气孔关闭的影响。用h 2 0 2 荧光探针研究的结果表明，1 0 5 m o l l 的j a m e 处理5 m i n 左右，胞质h 2 0 2 骤然增 加，发生氧化猝发现象；1 m m o l l 的抗坏血酸，1 0 0 u m l 的c a t 和5 “m o l l 的d p i 又可不同程度地减少j a m e 所诱导的h 2 0 2 的产生。结果表明h 2 0 2 可能参与了 j a - m e 促进气孔关闭的调节。与j a m e 相似的是，1 0 5 m o 儿的h 2 0 2 可使胞质c a 2 + 升高，且0 1 m m o l l 的a 2 3 1 8 7 在某种程度上也引起了h 2 0 j 的升高；而0 5 m m o l l 河南大学硕士学位论文 的e g t a 和】m m o l l 的l a c l 3 却都不同程度地减少了j a m e 引起的h 2 0 2 产生。以 上结果建议，在j a m e 影响气孔运动过程中，h 2 0 2 和胞质c a 2 + 可能相互依赖，相 互影响。 因此，在低浓度j a m e 调节气孔运动的过程中，有h 2 0 2 和胞质c a 2 + 的参与了+ 1 关键词：胞质c a 2 + 过氧化氢保卫细胞茉莉酸甲酯信号转导拟南芥 河南大学硕士学位论文 a b s t r a c t j a s m o n a t e s ( j a s ) a r en o to n l yn a t u r a l l y - o c c u r r i n gc o m p o u n d sp r o d u c e db ym a n y h i g hp l a n t s ，a n dw i d e s p r e a di nd i f f e r e n ts e c t i o n so f p l a n t s ，b u tp l a yv a r i o u sp h y s i o l o g i c a l r o l e s ，f o re x a m p l e ，i n h i b i t i n gt h eg r o w t ho fs e e d l i n g sa n dr o o t s ，t h eg e r m i n a t i o no f s e e d s a n dp r o m o t i n gl e a fs e n e s c e n c e ，s t o m a t a lc l o s u r ea n dd e g r a d a t i o no fc h l o r o p h y l la n ds o o n u n d e rn o r m a lc o n d i t i o n s ，p l a n tc e l l sc a np r o d u c ej a s m o n a t ea n dr e g u l a t et h eg r o w t h a n dd e v e l o p m e n to fp l a n t s b u tu n d e rv a r i o u ss t r e s s e s ( m e c h a n i c a l ，w o u n d i n g ，i n s e c t s ， p a t h o g e n s ，d r o u g t h ，h i g ht e m p e r a t u r e ，e t c ) ，p l a n tc e l l sc a n a c c u m u l a t el o t so f j a s m o n a t e i nas h o r tt i m e ，w h i c hc a ni n d u c ee x p r e s s i o no fr e l e v a n tg e n e sa n dp r o d u c es y s t e m i c a q u i r e dr e s i s t a n c e ( s a r ) t h u s ，j a s m o n a t e s ( j a s ) a se n d o g e n o u ss i g n a l m o l e c u l e s ， i n t e r m e d i a t ei nt r a n s m i t t i n gt h ed i s e a s er e s i s t a n c e r e s p o n s es i g n a l ，i n d u c ed e f e n s e - r e l a t e d r e s p o n ea n dp r o d u c es y s t e m i ca q u i r e dr e s i s t a n c e ( s a r ) i np l a n t s g u a r dc e l l sw h i c h h a v e ad i s t i n c t i v es t r u c t u r ed i f f e r e n tf r o me p i d e r m a lc e l l sa n dc a ne a s i l yg e n e r a t eal o to f j a s m o n a t e su n d e rs t r e s s a r ea b l et ob e c o m ef o c u sa n dm o d e lm a t e r i a l st o s t u d yt h e m e c h a n i s mo f r e s p o n s et oe x o g e n o u sj a s m o n a t es i g n a l m u c hr e s e a r c hw o r ki n d i c a t e st h a tj a s m o n a t e s ( j a s ) c o u l dp r o m o t es t o m a t a l c l o s u r e h o w e v e r ，t h ep r e c i s er o l eo fj a s m o n a t e si ns t o m a t a lm o v e m e n ti sn e v e r t h e l e s s c o n t r o v e r s i a l m o r e o v e r ，w h e t h e rh 2 0 2 a n dc a 2 + a r ei n v o l v e di nt h ec o u r s eh a sn o tb e e n r e p o r t e dy e t h e r ew e f o c u so nt h es i g n a lt r a n s d u c t i o np a r t h w a ya n dp o s s i b l ec y t o l o g i c a l m e c h a n i s mo f j a s m o n a t e si nr e g u l a t i o no fs t o m a t a lc l o s u r eb ya p p l y i n ge p i d e r m i ss t r i p b i o a s s a ya n dl a s e rs c a n n i n gc o n f o c a lm i c r o s c o p y t h ed a t af r o m e p i d e r m i ss t r i pb i o a s s a y i n d i c a t e dt h a tj a m eo fd i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o nf 1 0 一1 0 m o l l ) c o u l da l lp r o m o t es t o m a t a lt os o m ed e g r e e 1 0 5 m o l l j a m eh a dt h es t r o n g e s te f f e c to ns t o m a t a lc l o s u r ea n do n l yt h ee f f e c t so fj a m ea t c o n c e n t r a t i o n 仁1 0 4 m o l l ) o ns t o m a t a lb e h a v i o rw e r er e v e r s i b l eb yw a s h i n go u tj a m e ； i np r e s e n c eo f0 5 m m o l le g t ao rim m o l ll a c l 3w i t hj a m et r e a t m e n tr e s p e c t i v e l y , j a m e i n d u c e ds t o m a t a lc l o s u r ea tc o n c e n t r a t i o no f10 m o l lw a sa b o l i s h e d t h ed a t a r e s u l t e df r o mr e s e a r c ho fu s i n gc a 2 + f l u o r g e n i cp r o b e ( f l u o - 3 ) t h ed a t as h o w e dt h a t c a 2 + 】i s t a r t e dt og ou pf r o m10 5 n m o l la ts t a t i cs t a t ef o r5 m i n ，a n dt h eh i g h e s tw a su p t o3 3 2 0 n m o l l m o r e o v e r , b o t h0 5 m m o l le g t aa n d1m m o l ll a c l 3p a r t i a l l yr e d u c e d t h e j a m e i n d u c e d c a 2 + l i n c r e a s e t h e s er e s u l t si n d i c a t et h a tc a 2 + m e d i a t e s 3 一 河南大学硕士学位论文 j a m e i n d u c e ds t o m a t a lc l o s u r e i np r e s e n c eo flm m o l la s c o r b i ca c i d ，10 0 u m lc a to r5 9 m o l ld p i ，r e s p e c t i v e l y ， a sar e s u l t ，c a t ，a s c o r b i ca c i da n dd p ia l lp a r t i a l l yr e s c u e dt h ee f f e c to fj a - m eo n s t o m a t a lc l o s u r ea f t e r1 5 ht r e a t m e n to f1 0 4 m o l lj a m e m o r e o v e r ，a st h er e s u l to f r e s e a r c hw i t hh 2 0 2 f l u o r g e n i cp r o b e ，1 0 - 5 m o l lj a m ea t5 m i n ，c a ni n d u c ec y s t o l i ch 2 0 2 t og ou ps u d d e n l na n dl e a dt oo x i d a t i v eb u r s t ( o x b ) ；c a t ，a s c o r b i ca c i d ，a n dd p ic o u l d a l l p a r t i a l l yr e d u c et h ep r o d u c t i o no f j a m e - i n d u c e dh 2 0 2 t h e s er e s u l t si n d i c a t et h a t h 2 0 2c a nb ei n v o l v e di nt h er e g u l a t i o no f j a m e i n d u c e ds t o m a t a lc l o s u r e f i n a l l y , 1 0 4 m o l lh 2 0 2c o u l dm a k e 【c a 2 + ig ou p ，s i m i l a rt ot h er e s u l tt r e a t e dw i t h j a m ea n d0 1 m m o l la 2 3 1 8 7 ，l i k e1 0 - 5 m o l lj a m e ，l e a d st oc y t o s o l i ch 2 0 2i n c r e a s e t os o m ee x t e n t h o w e v e r ，b o t ho 5 m m o l le g t aa n dl m m o l ll a c l 3r e d u c e dt h e p r o d u c t i o no fj a m e i n d u c e dh 2 0 2t oad i f i e r e n te x t e n t t h e s ed a t as u g g e s tt h a th 2 0 2 a n dc a 2 + c a nb e i n t e r d e p e n d e n t a n di n t e r a c t i v ei nj a - m e r e g u l a t i o n o fs t o m a t a l m o v e m e n t t a k et o g e t h e ro t h e rr e c e n td a t a t h e s er e s u l t sw i l le s t a b l i s ht h a th 2 0 2a n dc 矿+ a s t w oi n t e r m e d i a t e sc a nb ei n v o l v e di n s i g n a l i n g t r a n s d u c t i o n p a t h w a y s o f j a - m e r e g u l a t e ds t o m a t a lm o v e m e n t k e yw o r d s ：c y t o s o l i cc a 2 + h 2 0 2 g u a r dc e l l m e t h y lj a s m o n a t e ( j a - m e ) s i g n a l t r a n s d u c t i o n a r a b i d o p s i s t h a l m n a - 4 一 翌塑查兰望圭兰竺笙苎 _-_一一 主要英文缩写 a 2 318 7 c a l c i m y c i n a b aa b i s c i s i ca c i d a o sa c t i v eo x y g e ns p e i c e s a s aa s c o r b i ca c i d c a tc a t a l a s e c a 2 + 】ic y t o s o l i cf r e ec a 2 + c o n c e n t m t i o n d m s o d i m e t h y ls u l f o x i d e d p i d i p h e n y l e n ei o d o n i u mc h l o r i d e e g t a e t h y l e n e g l y c o l b i s ( b a m i n o e t h y l e t h e r ) 一n ，n - t e t r a a c e t i ca c i d f l u o 一3 - a m 1 - 【2 a m i n o - 5 一( 2 ，7 一d i c h l o r o 一6 一h y d r o x y 一3 一o x y 9 - x a n t h e n y l ) - p h e n o x y 一2 一【2 一a m i n o 一5 - m e t h y l p h e n o x y e t h a n e - n ，n ，n ，n 一t e t r a a c e t a t e g rg l u t a t h i o n er e d u c t a s e i p 3 i n o s i t o l 一1 ，4 ，5 一t r i p h o s p h a t e j a m e m e t h y l j a s m o n a t e j a sj a s m o n a t e s l s c ml a s e rs c a n n i n gc o n f o c a lm i c r o s c o p e m e s o x b p h i p o d s a r s o d 2 一r n m o r p h o l i n o ) e t h a n e s u l f o n i ca c i d o x i d a t i v eb u r s t c y t o s o l i cp h p e r o x i d a s e s y s t e ma c q u i r e d r e s i s t a n c e s u p e r o x i d ed i s m u a s e 一5 一 脱落酸 活性氧 抗坏血酸 过氧化氢酶 胞质游离钙浓度 二甲基亚砜 二亚苯基碘 乙二醇双乙胺醚 n n f - 四乙酸 谷胱甘肽还原酶 肌醇三磷酸 茉莉酸甲酯 荣莉酸类物质 激光扫描共聚焦显微 镜 氧化猝发 胞质p h 值 过氧化物酶 系统获得抗性 超氧化物岐化酶 河南大学硕士学位论文 1 前言 1 1 气孔保卫细胞的信号转导途径 植物叶片上的保卫细胞能感受多种内外环境信号而调节其自身的体积，导致气 孔开放或关闭。使气孔成为植物与环境进行气体交换的门户，控制着植物的蒸腾、 光合和呼吸作用，因而在植物生命活动中扮演着极其重要的角色。 近几十年来，由于细胞感应与信号转导研究的兴起，气7 l 保卫细胞不但成为植 物学家研究高等植物细胞信号转导和离子通道的模式材料( a s s m a n n1 9 9 3 ，w a r d 等 1 9 9 5 ，w u 等1 9 9 5 ，b | a t t 和g r a b o v e1 9 9 7 ，m a c k o b b i e 等1 9 9 7 ，m c a i n s h 等1 9 9 7 ) ，而 且又成了植物生理学家研究植物细胞接受刺激并作出反应的良好模式系统。这是因 为：( 1 ) 保卫细胞能对多种刺激如红光、蓝光、温度、脱落酸( a b a ) 、重金属、 c 0 2 、活性氧等迅速作出反应；( 2 ) 这些刺激可迅速改变离子( 如c a “、c l 、k + 等) 的转运，并伴随着保卫细胞的体积改变，而且所产生的无机渗透势较易测定( w i l l m e r 等1 9 9 6 ) ；( 3 ) 许多植物，尤其是蚕豆、鸭趾草和拟南芥的表皮可以撕下。用表皮 组织既可直接观察气孔开度的变化，也可用激光扫描共聚焦成像技术直接检测胞内 某些物质的变化。当保卫细胞去壁后，又能成为电生理学研究的良好材料。近几年 来，由于放射免疫测定胞内磷脂酶c 活性和i p 3 含量，膜片钳( p a t c h c l a m p ) 测定 全细胞和单通道电流变化，以及多种荧光指示剂及激光共聚焦技术在保卫细胞上的 成功应用，大大推动了气孔运动过程中信号转导途径的研究进展。 目前，人们对气孔开闭过程中生理生化变化的基本轮廓已有较清楚的了解( 图 t 1 一1 ) 。当外界信号作用于保卫细胞时，首先被保卫细胞质膜上的受体所感受，通过 转导，在胞内第二信使( i p 3 、c a 2 + 等) 的参与下，激活多种离子通道和生理生化代 谢相关的酶类。诱导气孔开放的刺激( 生长素和蓝光) 可以促使保卫细胞释放质子， 质膜超极化，增加膜的负电位，促使k + 进入细胞，c i _ 也可经c i 转运体( c i - o h 或 c i - h + ) 进入细胞，这些离子和苹果酸( 气孔开放时合成) 共同降低保卫细胞的渗 透势，使保卫细胞吸水，气孔开放；相反，促使气孔关闭的刺激( a b a 、j a s 、s a 等) 引起保卫细胞释放阴离子或吸收c a 2 + ，质膜去极化，膜电位变得更正，质膜外 向k + 通道激活和内向k + 通道失活，k 十流出细胞。由于k + 和苹果酸水平的下降，保 一6 一 塑塑查兰堡主兰堡堡苎一 卫细胞渗透势增加，失水收缩，气孔关闭( s c h r o e d e r 等1 9 8 8 ，s c h r o e d e r 等，f a n g 等1 9 9 1 ) 。因此气孔运动信号转导途径，可简单地概括为：刺激与感受一信号转导 一反应。 慢速阴离子通道 图卜1 保卫细胞的信号转导模式 蛩( a s s m a n n ，1 9 9 3 ) ( 略有改动) 1 2 胞质c a 2 + 参与气孔保卫细胞的信号转导途径 近年来不断积累的证据表明，多种外界刺激因子如触摸、低温、干旱、光、重 力、胁迫、风、病原激发子以及生长调节剂a b a 、生长素、赤霉素、细胞分裂素、 乙烯、水杨酸和茉莉酸等都能引起植物细胞胞质c a 2 + 浓度变化，进而调节多种生理 过程。c a 2 + 浓度变化由钙通道控制，而钙通道则受电压、牵张压、i p 3 浓度等因子的 调节。 河南大学硕士学位论文 图卜2 气孔保卫细胞质膜和液泡膜上的钙通道( m c a i n s h 等1 9 9 7 ) g i l o r y 等( 1 9 9 0 ) 将笼化c a 2 + 导入蚕豆保卫细胞，经光解释放c a 2 + 后，能引起 气孔关闭。此后，人们发现，胞质钙参与了多种外源信号调节气孔运动的信号转导 过程( b u s h 等1 9 9 5 ，m c a i n s h 等1 9 9 7 ，b l a t t 等1 9 9 7 b ) 。目前已证明，在保卫细胞 质膜和液泡膜上存在着与气孔运动调节有关的钙通道，如图1 2 所示，其中与引起 气孑l 关闭有关的钙通道有：质膜上的c a 2 + 通透性通道( 被去极化激活) 、液泡膜上 的i p ，一g a t e dc d + 通道和s v 通道( m c a i n s h 等1 9 9 7 ) ，这些钙通道可被外源信号( 如 a b a ) 激活，引起胞外c a 2 + 内流和生理条件下的膜去极化，并使液泡内的c a 2 + 流入 胞质，从而引起胞质c a 2 + 浓度升高，导致气孔关闭( s c h r o e d e r 等1 9 9 0 ，h e l e n 等 1 9 9 2 ，b l a t t 等1 9 9 9 ) 。目前不断积累的证据表明，升高的胞质c a 2 + 一方面可激活质 膜上的s - t y p e 阴离子通道( h e d r i c h 等1 9 9 0 ，g e t h y n 等1 9 9 4 ) ，另一方面，又可抑 制质膜上的内向整流钾离子通道( s c h r o e d e r 等1 9 8 9 ，g r a b o v 等1 9 9 7 ，k e l l y 等1 9 9 5 ) ， 此外，它还激活保卫细胞液泡膜上高密度分布的电压不依赖型选择性k + 通道( v k ) ， 促使k + 从液泡流向胞质，导致胞质面上的液泡膜势变得更正，进一步激活液泡膜上 的慢液泡通道( s v ) ，促使c a 2 + 从液泡中释放，引起保卫细胞 c a 2 气进一步升高， 进而维持v k 和s v 通道的激活( w a r d 和j u l i a n1 9 9 4 ，w a r d 等1 9 9 5 ) ，以快速调节 一8 一 ， 河南大学硕士学位论文 保卫细胞胞质离子如c a ”、k + 、c i 的转运，使保卫细胞体积变小，最终引起气孔关 闭。近几年来，由于荧光指示剂法测定【c a 2 + 和膜片钳技术测定c a 2 + 电流已成功地 运用于g c s 中，大大推动了c a 2 + 参与气孔运动的信号转导途径的研究进程。 1 3h 2 0 2 参与气孔运动的信号转导途径 活性氧( a o s ) 是指氧的某些代谢中间产物及其衍生的含氧物质，具有较活泼的化 学性质。主要包括超氧阴离子( 0 2 - ) 、h 2 0 2 、单线态氧( 1 0 2 ) 、羟自由基( o h ) 等( f r i d o v i s h 等1 9 9 8 ) ，它们具有广泛的生理生化效应，可直接作用于蛋白质、脂 类、多糖和核酸，参与和影响多种代谢体系。在活性氧中，h 2 0 2 是氧化猝发中活性 氧的主要积累形式，相对较为稳定，其反应活性较低，且是一种非极性分子，易穿 透脂双分子层膜，到达较远的部位，引发多种反应。目前已证明，过氧化物酶体、 线粒体、叶绿体以及细胞质膜氧化还原系统( p m r e d o xs y s t e m ) 等均是产生h e 0 2 的重要部位( a u h 和m u r p h y l 9 9 5 ，l o w 等1 9 9 6 ) 。植物在外界环境胁迫条件( 如干 旱、水淹、冷害、病原菌等) 下，可引发氧化猝发( o x b ) ，导致活性氧积累。为了 减轻和防止活性氧的毒害，植物已经形成了复杂的活性氧清除系统。细胞可以利用 某些酶如过氧化物酶( p o d ) 、过氧化氢酶( c a t ) 和谷光甘肽还原酶( g r ) 等清 除活性氧，也可以通过其它活性氧清除系统，如还原性谷光甘肽( g s h ) 、抗坏血 酸( a s a ) 和胡萝h 素( c a r ) 等，清除过量的活性氧( m e h e d y 等1 9 9 6 ，s c a n d a l i o s 等1 9 9 3 ) 以减少活性氧对植物体的伤害。活性氧的产生和清除途径见图1 3 。 植物在外界环境胁迫的条件下产生较多的活性氧，其中h z 0 2 是氧化胁迫过程中 了解得较为深入的一种活性氧，能伤害细胞膜和生物大分子，对细胞产生毒害。另 一方面，h 2 0 2 有较强的扩散能力，可以在细胞之间活动而传递信号，参与多种生理 过程如植物对病原菌的防御反应( l o w 等1 9 8 6 ，l e v i n e 等1 9 9 4 ) 等。当前，h 2 0 2 对生命的“双重性”正引起人们的普遍关注。 一9 一 河南大学硕士学位论文 图1 3 活性氧的产生和清除途径 气孔保卫细胞与其它表皮细胞不同，含有叶绿体，可进行光反应，释放氧( w u 等1 9 9 3 ) 并产生a t p 和n a d p h ( w i s e 等1 9 8 7 ) ；n a d p h 则可通过质膜上的n a d p h 氧化酶与0 2 反应产生0 2 。，再经过歧化反应产生h 2 0 2 。这样，n a d p h 在调节气孔 运动中不但可以提供能量，同时还起信号分子作用。目前许多研究都表明植物细胞 质膜上存在与嗜中性粒细胞n a d p h 氧化酶类似的酶，此酶是植物细胞氧化猝发形 成的关键酶，在其亚基上存在两个结合c a 2 + 的e f 手构象，并能引起0 2 。和h 2 0 2 的 产生( t h o r m a s 等1 9 8 8 ，a u h 等1 9 9 5 ，d w y e r 等1 9 9 6 ，l a m b 等1 9 9 7 ，x i n g 等1 9 9 7 ) 。 这进一步解释了许多研究中所发现的h 2 0 2 生物合成涉及到一系列第二信使( 如g 一 蛋白、c a “内流、蛋白激酶、磷酯酶c 等) 的诱导的现象( l e g e n d r e 等1 9 9 2 ，1 9 9 3 b ， s c h w a c k e 等1 9 9 2 ，c h a n d r a 等1 9 9 5 ，c h a n d r a 等1 9 9 7 ) 。 m c a i n s h 等( 1 9 9 6 ) 借助表皮生物分析法和c d + 荧光指示剂法研究了t - 1 2 0 2 调节 气孔运动的机制。结果表明，低浓度的h 2 0 2 ( 1 0 4 m o l l ) 也能促进鸭趾草的气孔 关闭，而且还引起了保卫细胞 c a 2 + 1 ，升高，并且此过程能被e g t a 和钙通道阻断剂 v e r a p a i l 逆转，但h 2 0 2 浓度高于1 旷m o l l 时则不能被逆转。这充分表明只有低浓 度h 2 0 2 才能通过启动钙信号系统调节气孔运动。此外安国勇等( 2 0 0 0 ) 用表皮生 物分析法和膜片钳全细胞记录技术研究了h 2 0 2 对气孔运动的影响，揭示了h 2 0 2 通 一1 0 河南大学硕士学位论文 过激活外向k + 通道、抑制内向k + 通道，降低保卫细胞中k + 水平，促使气孔关闭的 生理机制，并发现不同浓度的h 2 0 2 ( 1 0 - 31 0 4 t o o l l ) 都能引起蚕豆气孔关闭。此外 他们还发现，胞质c a 2 + 仅介导低浓度h 2 0 2 引起的气孔关闭，而高浓度的h 2 0 2 则不 是通过c a 2 + 或c a 2 + 信号系统，而是可能通过影响质膜的氧化状态，或者通过影响膜 的生物物理状态来促使气孔关闭( m c a i n s h 等1 9 9 6 ) 。目前已知h 2 0 2 介导干旱、a b a 等许多外界刺激因子引起的气孔关闭( 苗雨晨等2 0 0 0 ) 。由此可以看出，h 2 0 2 在气 孔运动中起着极其重要的作用。图1 4 所示为h 2 0 ：调节气孔运动的信号转导模式。 干旱 a b a 图1 - 4 h 2 0 2 调节气孑l 运动的信号转导模式 1 4h 2 0 2 与胞质c a 2 + 的关系 一般认为，在植物一病原菌相互作用中，h z 0 2 与胞质c a 2 + 作为重要的信号分 子，可激活植物细胞的防御体系。在此过程中，h 2 0 2 与胞质c a 2 + 是否存在偶联机制 呢? 研究表明，h 2 0 2 可诱导胞外c a 2 + 内流( p r i c e 等1 9 9 4 ) ，此外w o j t a s z e k 等( 1 9 9 7 ) 和l a m b 等( 1 9 9 7 ) 还发现胞外c a 2 + 内流对植物的氧化猝发和植物抗毒素的合成均 是不可或缺的。当用c r y p t o g e i n 处理烟草细胞时，c a ：+ 内流早于氧化猝发，并持续 6 0 r a i n 之久( t a v e r n i e r 等1 9 9 5 ) 。而且在氧化猝发之后，又会出现强度更高的c a 2 + 内流( l e v i n e 等1 9 9 6 ) 。此结果充分表明，c e + 作为信号分子，在植物细胞氧化猝 河南大学硕士学位论文 发的上游和下游均起着重要的作用。 近几年来，h 2 0 2 与胞质c a 2 + 在影响气孔运动方面的信使作用有许多报导。 m c a i n s b 等( 】9 9 6 ) 借助表皮生物分析法和c a 2 荧光指示剂法研究了h 2 0 2 调节气 孔运动的机制，发现仅低浓度h 2 0 2 ( 1 0 。6 t o o l l ) 才通过启动钙信号系统调节气孔运 动。最近p e i 等( 2 0 0 0 ) 以野生型和a b a 缺失拟南芥突变体为材料作了研究，发现 a b a 诱导保卫细胞h 2 0 2 的产生，h 2 0 2 再激活c 矿通道，最后促进气孔关闭，进一 步证明了h 2 0 2 可通过启动钙信使调节气孔运动。 1 5 茉莉酸类物质( j a s ) 调节气孔运动的可能机制 自a l d r i d g e ( 1 9 7 1 ) 第一次从真菌培养基中分离出游离态茉莉酸( ( 一) 一j a ) 以来， 人们发现它还有许多异构体，如( + ) j a ，( 一) 一7 - e p i j a ，( + ) 一7 - e p i - i a 及其衍生 物茉莉酸q a 酯( j a m e ) ，总称为茉莉酸类物质( j a s ) 。这些物质是许多高等植物体内 产生的天然化合物，广泛分布于植物体的果实部分( 幼果、果实的果皮) 、种予部分 ( 种脐、种皮) 、花( 花蕾) 、和营养生长部分( 如苗、胚芽、叶、茎、根尖等) 各 部位( m e y e r 等1 9 8 4 ) 。随着研究的不断进行，发现j a s 在植物不同发育阶段或对 不同的组织器官均具有广泛而重要的生理作用，可起诱导、促进或抑制作用，还有 浓度效应( s e m b d n e r 等1 9 9 3 ) ，而且在代谢和生理功能上具有激素作用的特点，是 一类新发现的植物生长调节物质。 许多植物组织在遭受机械伤害、虫害、病害、多糖、寡糖、真菌激发子、低温、 干旱、渗透胁迫等逆境伤害时，均会出现j a s 的明显增加。而v i c k 等( 1 9 8 4 ) 通过对 七种植物的研究，发现j a s 的生物合成是通过脂氧合酶( l o x ) 途径完成( 如图1 5 ) 。 目前已经清楚：j a s 主要在胞质中合成( s i e d o w 等1 9 9 1 ，r o s a l 等1 9 9 5 ) ，在叶绿体 中也能合成少量的j a s ( b e l l 等1 9 9 5 ) ，j a s 又可以转化成j a m e 。在植物体内，j a 似乎是最丰富的形式，而j a m e 则在外源施用时活性更强( f a l k e n s t e i n 等1 9 9 1 ， s t a s w i c k 等j 9 9 2 ) ，这可能是因为它较易挥发，且不会被离子化，能被植物细胞快 速吸收，并能被胞内酯酶水解成j a ，从而进入j a 的信号转导途径( f a r m e r 和r y a n 1 9 9 0 ) 。 一 塑塑查兰堡圭兰垒笙苎 一 - - - _ - 一一 d l i n o l e l n i ca c i d ( c t 一亚麻酸) l l i p o x y g e n a s e ( l o x ) ( 脂氧合酶) h y d r o p e r o x y l i n o t e n i ca c i d ( 3 一氢过氧化亚麻酸) l h y d r o p e r o x i d ed e h y d r a s e ( 氢过氧化物脱水酶) 1 2 , 1 3e l i n o lii d d 12，1312 1 3 - e p o x y l i n b l e n i ca c i d ( 1 21 3 环氧亚麻酸) ，- 环氧亚麻酸) f a l l e n eo x i d ec y c l u s e f ( 丙二烯氧化物环化酶) 2 一o x p 呻h y t o d i e 矗i ca c i d ( 1 2 氧代一植物二烯酸) 谤r 。n 。a 。d 。p ( h 还原酶) 心n a d p + 0 三次b 一氧化 ( + ) - 7 j 8 。j a f ) 一j 差相异构化 j a s 作为种可诱导的植物信号分子，已经引起了逆境生理学界的普遍关注 ( m a r t i n 等1 9 9 7 ) 。近年来，有关j a j a m e 在植物防御反应中的信号转导方面的研 究已取得了重要进展。不断积累的证据表明，外来刺激能使植物体迅速产生j a s ，它 们作为一种重要的信息传递中间体，在传递受伤、病原信号和环境胁迫信号时，能 将外部逆境( 虫害、病原菌、干旱、机械伤害、渗透胁迫) 信号传递给胞内大分子( 蛋 白质和核酸) ，使之产生应激反应，并诱导产生多种茉莉酸诱导蛋白( j i p s ) ，如蛋 白酶抑制因子、苯丙氨酸裂解酶( p a l ) 、脂氧合酶( l o x ) 、抗真菌蛋白硫素、渗 透素( o s m o t i n ) 、富含脯氨酸的胞壁蛋白、s o d 和c a t 等( 潘瑞炽等1 9 9 5 ) ；其中 许多蛋白又是防卫反应的关键成份，它们通过活化防御基因、启动植株的防御系统、 诱发纤维素、次生代谢物( 如植保素、木质素、抗菌素、b 1 ，3 葡聚糖和几丁质等) 和病原相关蛋白( p r p s ) 合成，使植物体产生系统获得性抗性( s a r ) ，以形成多 种保护机制来抵抗虫害、病原入侵及环境胁迫( 宾金华和潘瑞炽1 9 9 5 ，薛应龙和欧 阳观察1 9 9 8 ，宾金华和姜胜2 0 0 0 ，粟波等1 9 9 3 ，薛应龙等1 9 9 8 ，e s q u e r r e t u g a y e 等1 9 7 9 ，e s q u e r r e - t u g a y e 和l a m p o r t1 9 7 9 ，r o b y 等1 9 8 5 ，c r e e l m a n 和m e l l u t ，1 9 9 7 河南大学硕士学位论文 f a r m e r 和r y a n1 9 9 2 ) 。因此，j a s 是参与抗性信号传递、诱导植物防卫系统、产生 系统获得性抗性( s a r ) 的第二信使。h i l d m a n n 等( 1 9 9 2 ) 在研究了j a s 的分子生 物学后发现，外来刺激所产生的j a s 可与胞内专一受体结合，所形成的复合体再与 其所诱导的基因的上游调控元件( 5 0 b p 碱基序列) 结合，进而启动一系列防卫反应。 此外，j a s 在发育过程中还参与多种形态建成，如土豆和薯蓣的块茎形成、甜菜的 块根形成、洋葱和大蒜的鳞茎形成、植物结构决定和触发形态发生( 卷须发生) 等。 在这些过程中，j a s 可能通过抑制细胞分裂( u e d a 等1 9 9 5 ) 、改变皮层微管的排列、 调控细胞扩展方向( k o d a 等1 9 9 7 ) ，来促进细胞扩展( t a k a h a s h i 等1 9 9 4 ) ，从而传 递发育信号，使植物器官或组织产生确定的形状。 近几年来，不断积累的证据表明：j a s 不仅是一种新型的植物激素，而且在结 构上和许多生理功能上都与a b a 类似，如在幼苗生长、根生长、细胞悬浮培养、 种子萌发、胚胎发生、花粉萌发、r u b p 羧化酶生物合成等过程中，二者均起抑制 作用；在打破种子休眠、叶片衰老、气孔关闭、叶绿素降解、种子贮藏蛋白合成( 胚) 及叶片蛋白酶抑制剂合成等过程，它们均起促进作用；而在块茎形成、卷须盘曲及 许多蛋白基因转录过程中则均起诱导作用。值