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题目:细胞分裂素和生长素对UV-B诱导气孔关闭的效应及其机制研究

关键词:细胞分裂素;生长素;UV-B;气孔关闭;一氧化氮;过氧化氢

  摘要


 UV-B辐射增强是目前人们普遍关注的环境问题之一,细胞分裂素(CTK)生长素(Auxin)对植物生长发育有重要调控作用,NO和H2O2是植物重要信号分子。研究表明UV-B促进气孔关闭、CTK和Auxin促进气孔开放均与保卫细胞NO、H2O2有关。自然条件下太阳辐射对气孔运动的调控必然涉及UV-B与CTK、Auxin的相互作用,但这种相互作用及其与NO、H2O2的关系目前尚未见报道。本文以蚕豆(Vicia faba L.)下表皮为材料,借助表皮条分析及激光共聚焦显微镜技术,研究CTK (6-BA、KT和ZT)和Auxin(IAA、NAA和2,4-D)对UV-B诱导气孔关闭的效应及其作用机制,旨在为进一步完善保卫细胞信号转导途径和网络,丰富和发展气孔运动机制理论奠定基础。主要结果如下:
1.前人证明UV-B提高保卫细胞NO、H2O2水平进而诱导气孔关闭。我们的实验结果表明CTK (6-BA、KT、ZT)、Auxin (IAA、NAA、2,4-D)抑制UV-B诱导气孔关闭,其效应可被c-PTIO(NO清除剂)、HB(NO清除剂)、L-NAME(NO合成酶NOS抑制剂)、ASA(H2O2清除剂)、CAT(H2O2酶)、SHAM(细胞壁过氧化物酶抑制剂)而非DPI (NADPH氧化酶抑制剂)模拟,暗示6-BA、KT、ZT和IAA、NAA、2,4-D抑制UV-B诱导气孔关闭与降低保卫细胞NO、 H2O2水平有关,且UV-B诱导H2O2生成可能通过细胞壁过氧化物酶途径而非NADPH氧化酶途径。
2.借助NO、H2O2特异性荧光探针和LSCM技术发现,与c-PTIO、L-NAME相似,6-BA、KT、ZT和IAA、NAA、2,4-D确实抑制UV-B诱导蚕豆保卫细胞NO水平升高。与ASA、SHAM相似,6-BA、KT、ZT和IAA、NAA、2,4-D确实抑制UV-B诱导蚕豆保卫细胞H2O2水平升高。此与上述激素、清除剂和抑制剂抑制UV-B诱导气孔关闭的结果一致,表明6-BA、KT、ZT和IAA、NAA、2,4-D确实通过降低保卫细胞NO、H2O2水平抑制UV-B诱导气孔关闭。
3.与c-PTIO、ASA相似,6-BA、KT、ZT促进UV-B诱导下已关闭气孔重新开放。与L-NAME、SHAM相似,IAA、NAA、2,4-D未促进UV-B诱导下已关闭气孔重新开放。此结果表明6-BA、KT、ZT与NO、H2O2清除剂的效应一致,而IAA、NAA、2,4-D与NO、H2O2合成酶抑制剂的效应一致,这种一致暗示6-BA、KT、ZT可能通过清除UV-B诱导下已生成的NO、H2O2促进已关闭气孔重新开放,而IAA、NAA、2,4-D对UV-B诱导下已生成的NO、H2O2无清除效应,因而未使已关闭气孔重新开放。
4.借助NO、H2O2特异性荧光探针和LSCM技术,发现UV-B处理4h末保卫细胞NO、H2O2水平较高,此时加入6-BA、KT、ZT、c-PTIO,900s 内NO水平即明显降低,2h时明显低于对照。此时加入6-BA、KT、ZT、ASA,900s内H2O2水平亦明显降低,2h时亦明显低于对照。此结果表明,与c-PTIO、ASA一样,6-BA、KT、ZT确有清除UV-B诱导下已生成NO、H2O2的效应,这与6-BA、KT、ZT促进UV-B诱导下已关闭气孔重新开放的结果一致。
5. 借助NO、H2O2特异性荧光探针和LSCM技术,发现UV-B处理4h末保卫细胞NO、H2O2水平较高,此时加入IAA、NAA、2,4-D、L-NAME,900s内NO水平无明显降低,2h时亦与对照无差异。此时加入IAA、NAA、2,4-D、SHAM,900s内H2O2水平未见变化,2h时亦与对照无差异。此结果表明,类似L-NAME和SHAM,IAA、NAA和2,4-D确无清除UV-B诱导下已生成的NO、H2O2的效应,这与IAA、NAA和2,4-D未能促进UV-B诱导下已关闭气孔重新开放的结果一致。
综上所述,将6-BA、KT、ZT和IAA、NAA、2,4-D均抑制UV-B诱导NO、H2O2水平提高和气孔关闭的结果与6-BA、KT、ZT降低UV-B诱导下已生成的NO、H2O2进而促进气孔开放,IAA、NAA、2,4-D未降低UV-B诱导下已生成的NO、H2O2亦未促进气孔重新开放的结果联系起来考虑,可以得出6-BA、KT、ZT通过清除、而IAA、NAA、2,4-D通过抑制合成阻止UV-B诱导NO、H2O2水平提高和气孔关闭的结论。