NO对He-Ne激光和增强UV-B辐射小麦幼苗气孔运动的作用机理研究

为探讨NO对He-Ne激光和增强UV-B辐射小麦（Triticum aestivuml）气孔运动的作用机理,采用低剂量（5 mW.mm-2）He-Ne激光和增强（10.08 kJ.m-2.d-1）UV-B辐射并结合药理学实验和激光共聚焦显微技术,对ML7113小麦的叶片及表皮条进行不同的处理,结果显示：（1）UV-B辐射既可诱导小麦叶片气孔关闭,又能够明显增加气孔保卫细胞和叶片的NO水平,且NO清除剂明显抑制了UV-B辐射诱导的小麦叶片气孔关闭,同时气孔保卫细胞和叶片内的NO含量明显减少。（2）一氧化氮合酶（NOS）抑制剂L-NAME对经UV-B辐射诱导的小麦幼苗气孔开度及保卫细胞和叶片内NO含量的抑制程度明显大于硝酸还原酶（NR）抑制剂NaN3对其的抑制程度,说明一氧化氮合酶（NOS）合成途径是小麦叶片经UV-B辐射后NO的主要产生途径。（3）就气孔开度而言,L〉CK〉BL〉B。就小麦叶片及保卫细胞内NO含量而言,B〉BL〉CK〉L。就硝酸还原酶（NR）和一氧化氮合酶（NOS）的活性而言,B组NR活性最低,NOS活性最高,L组NR活性最高,NOS活性最低。表明经He-Ne激光和增强UV-B辐射诱导的小麦气孔开度的变化确实与保卫细胞及叶片中NO含量的多少有关,气孔开度的减小及增大对应于NO含量的增多或减少,同时进一步证实了小麦叶片经He-Ne激光单独辐照后,NO的主要合成途径也来源于NOS途径。     

一氧化氮在乙烯诱导蚕豆气孔关闭中的作用

以蚕豆为材料研究了一氧化氮(nitric oxide,NO)和乙烯对气孔运动的影响。结果表明,10μmol/L的NO供体硝普钠(sodium nitroprusside,SNP)以及0.04%的乙烯能明显诱导蚕豆气孔关闭,并且二者共同处理后,能够增强其促进气孔关闭的作用。乙烯合成抑制剂AVG可以减弱NO诱导气孔关闭的程度,NO清除剂c-PTIO和NR抑制剂NaN3也可减弱乙烯诱导气孔关闭的程度,而一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)抑制剂L-NAME对乙烯诱导气孔关闭的作用不明显。推测,在调控蚕豆气孔关闭过程中,NO可能主要通过NR途径参与乙烯调控气孔关闭过程。     

Ca^2＋参与茉莉酸诱导蚕豆气孔关闭的信号转导

以Fluo-3 AM为Ca^2＋荧光探针,结合激光共聚焦扫描显微技术,观察到在处理后数十秒内,气孔关闭之前,茉莉酸（JA）可引起[Ca^2＋]cyt的迅速上升;对照和JA的前体物亚麻酸（LA）几乎不能引起[Ca^2＋]cyt的明显变化;钙的螯合剂EGTA预处理可完全阻断JA诱导气孔关闭的效应,并且JA不再引起保卫细胞[Ca^2＋]cyt增加;质膜Cah通道的抑制剂硝苯吡啶（nifedipine,NIF）可减弱JA诱导气孔关闭的效应,也使JA诱导保卫细胞[Ca^2＋]cyt增加的幅度有所下降;胞内Ca^2＋释放的抑制剂钌红不能明显改变JA诱导气孔关闲的趋势,但使JA引起的保卫细胞[Ca^2＋]cyt增加有所降低。实验结果表明：Ca^2＋参与JA诱导气孔关闭的信号转导;推测JA引起的[Ca^2＋]cyt升高可能主要来源于胞外,但不能完全排除胞内Ca^2＋的释放。     

Ca^2＋参与NO对蚕豆气孔运动的调控

观察了Ca^2 、Ca^2 的螯合剂和Ca^2 通道抑制剂对NO调控的蚕豆气孔运动的影响。结果表明,NO的供体1～100μmol／L SNP(sodium nitroprusside,硝普纳)可诱导气孔关闭;除去表皮条缓冲液中的Ca^2 后,NO不再影响气孔的运动;Ca^2 的螯合剂EGTA和BAPTA几乎可以完全抑制NO诱导的气孔关闭作用;胞内钙通道抑制剂钌红(rutheniumred)和L型Ca^2 通道阻断剂硝苯吡啶(nifedipine)能够减弱SNP诱导气孔运动的关闭趋势;加入Ca^2 通道抑制剂LaCl3,则外源NO失去其诱导气孔关闭的作用。说明在NO调控的气孔运动中,在NO信号途径的下游可能涉及来自胞内和胞外Ca^2 的参与,并且胞外Ca^2 更为重要。     

UV-B辐射对蚕豆叶片气孔运动的间接效应与NO和H2O2有关

0.2 W.m-2的UV-B辐射不仅能诱导整体蚕豆叶片气孔导度和开度的显著降低,而且能明显降低蚕豆叶肉光合活性,但该强度的UV-B辐射却不能明显影响离体表皮条的气孔开度.说明0.2W.m-2的UV-B主要通过间接途径调控了蚕豆叶片气孔运动.借助药理学试验和激光扫描共聚焦显微镜技术,进一步对该间接效应过程中是否有NO和H2O2的参与进行了探讨.结果显示:NO专一性清除剂cPT IO和一氧化氮合酶(NO S)抑制剂L-NAM E均能有效地抑制UV-B辐射诱导的叶片气孔关闭和保卫细胞内源NO水平的升高;H2O2清除剂抗坏血酸(A SC)和过氧化氢酶(CAT)也能有效地逆转UV-B辐射诱导的气孔关闭和保卫细胞内源H2O2含量的升高.另外,外源NO或H2O2处理也能有效地诱导叶片气孔关闭.结果说明0.2W.m-2的UV-B辐射对蚕豆叶片气孔关闭的间接诱导与NO和H2O2有关.     

H_2O_2介导H_2S诱导的拟南芥气孔关闭

以拟南芥（Arabidopsis thaliana）为材料,研究了过氧化氢（H2O2）在硫化氢（H2S）调控气孔运动信号转导中的作用。结果表明,光下H2S的供体硫氢化钠（NaHS）能够诱导拟南芥气孔关闭;且能够显著提高叶片和保卫细胞胞质H2O2含量;H2O2的清除剂AsA和H2O2合成酶的抑制剂可不同程度地抑制NaHS诱导的拟南芥气孔关闭及叶片和保卫细胞胞质H2O2水平的升高;NaHS对AtrbohD、AtrbohF、Atpao2和Atpao4突变体气孔关闭、叶片和保卫细胞胞质H2O2水平升高的诱导作用要明显的小于野生型,但对AtPAO2和AtPAO4过表达株系叶片和保卫细胞H2O2水平的升高较野生型显著。据此推测,来源于NADPH氧化酶、细胞壁过氧化物酶和多胺氧化酶途径的H2O2参与H2S诱导的拟南芥气孔关闭。     

Ca2+参与水杨酸诱导蚕豆气孔运动时的信号转导

在一定条件下,外源水杨酸(SA)可以诱导蚕豆(Vicia faba L.)气孔关闭,阻止气孔张开。以Fluo-3—AM作为Ca^2 的荧光探针,利用激光共聚焦扫描显微技术,对水杨酸调控气孔运动中保卫细胞胞质Ca^2 的变化趋势及Ca^2 的来源进行了研究。结果表明,水杨酸可引起胞质Ca^2 增加,这种变化发生在气孔开度改变之前。Ca^2 螯合剂BAPTA（1,2-bis(2-amino phenox-y)ethane-N,N,N′,N′-tetraacetic acid,1mmol/L)几乎可以完全抑制水杨酸诱导气孔开度减小的作用;胞外Ca^2 螯合剂EGTA(2mmol/L)、质膜Ca^2 通道抑制剂尼群地平(nifedipine,NIF,1μmol/L)和LaCl3(1mmol／L)可不同程度地减弱水杨酸诱导气孔关闭的效应。BAPTA(1mmol／L)预处理后,水杨酸不再引起胞质Ca^2 含量改变;尼群地平能够降低水杨酸引起的胞质Ca^2 增加的幅度。说明Ca^2 可能参与水杨酸诱导气孔运动的信号转导。水杨酸引起胞内升高的Ca^2 可能既来自胞外又来自胞内,胞内Ca^2 库可能是其主要来源。     

乙烯对UV-B辐射诱导蚕豆气孔关闭的调控效应(英文)

UV-B辐射作为一种重要的环境信号影响着植物的生长与发育,它能够调控气孔运动和诱导乙烯产生.该试验利用乙烯生物合成抑制剂和乙烯受体抑制剂处理蚕豆叶片表皮条,结合气孔开度分析和乙烯释放量测定,研究乙烯在UV-B辐射调控表皮条气孔运动中的作用.结果发现,将蚕豆叶片表皮条置于0.8 W·m-2的UV-B辐射下1～4 h,乙烯生成和气孔关闭均被显著诱导,且乙烯释放峰先于气孔关闭的起始;乙烯生物合成抑制剂和乙烯受体抑制剂处理均能显著逆转UV-B辐射诱导的气孔关闭;外源乙烯处理也能模拟UV-B辐射的效应诱导可见光下蚕豆表皮条的气孔关闭.可见,乙烯介导了UV-B辐射诱导的蚕豆气孔关闭.     

H2S位于H2O2下游参与乙烯诱导拟南芥气孔关闭过程

H2O2和H2S是植物体内重要的信号分子,二者均参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程。以拟南芥野生型及其突变体为材料研究了H2O2和H2S在乙烯诱导拟南芥气孔关闭过程中的相互关系。结果表明,乙烯能够诱导野生型拟南芥叶片H2S含量及L-/D-半胱氨酸脱巯基酶(L-/D-CDes)活性显著增加,促进气孔关闭,但对H2O2合成突变体AtrbohD、AtrbohF、Atpao2和Atpao4植株叶片无显著作用;乙烯亦可引起H2S合成突变体Atl-cdes和Atd-cdes气孔保卫细胞H2O2水平的显著增加,但对其气孔运动没有显著作用。此外,H2O2清除剂和合成抑制剂均能抑制乙烯诱导的拟南芥叶片H2S含量和L-/D-CDes活性的增加及气孔开度的减小;而H2S清除剂和合成抑制剂虽能抑制乙烯诱导的气孔关闭,却不能改变乙烯对拟南芥叶片气孔保卫细胞H2O2的作用效应。由此表明H2S位于H2O2下游介导乙烯诱导拟南芥气孔关闭过程。     

施氮量对小麦叶片硝酸还原酶活性、一氧化氮含量和气体交换的影响

研究了不同施氮量对冬小麦分蘖到抽穗期叶片硝酸还原酶(NR)活性、一氧化氮(NO)含量、气体交换参数和籽粒产量的影响.结果表明:叶片光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、瞬时水分利用效率（IWUE）和产量均随施氮量的增加呈先升高后降低的趋势,在180 kg·hm^-2氮处理时达到最高.随施氮量的增加,叶片NR活性提高; 在分蘖期和拔节期,叶片NR活性与NO含量呈显著线性相关（R²≥0.68,n=15）,NO含量和气孔导度（G_s）呈显著正二次相关（R²≥0.43,n=15）;低氮处理下,NR活性较低使叶片NO含量维持在较低水平,促进气孔开放,高氮处理下,NR活性较高使叶片NO含量增加,诱导气孔关闭;在抽穗期叶片NR活性和NO含量无显著相关关系,虽然NO含量和G_s也呈显著正二次相关（R²≥0.36,n=15）,但不能通过施氮提高NR活性来影响叶片NO含量,进而调节叶片气孔行为.合理施氮使小麦叶片NO含量维持在较低水平,可提高叶片G_s、T_r和IWUE,增强作物抗旱能力,促进光合作用,提高小麦产量.     

Ca^2＋在植物细胞对逆境反应和适应中的调节作用

摘要钙离子（Ca^2＋）信号在植物的生长发育及其对环境的反应和适应中起着十分重要的作用。本文对Ca^2＋在植物细胞对低温、干旱和盐渍化逆境的反应和适应中的调节功能作一概述,论述的主要问题包括：（1）Ca^2＋的亚细胞定位与分布,细胞内Ca^2＋相对低水平的稳态平衡是Ca^2＋信号发生的基础：（2）Ca^2＋信号的优越性及其发生与传递：（3）Ca^2＋充当低温信号的传递者诱导抗寒锻炼和基因表达：（4）细胞内高水平Ca^2＋持久性调控越冬木本植物的生理休眠：（5）Ca^2＋对干旱、盐渍化及其渗透胁迫的调节作用;（6）Ca^2＋参与气孔开关运动的调节：（7）Ca^2＋参与逆境中细胞壁加厚和加固的调节。     

外源一氧化氮供体硝普钠对红树植物桐花树气孔运动的调控效应

探索一种用材简单、操作方便、真实性强的观察红树植物桐花树叶片气孔的制片技术,并利用该技术研究不同浓度、不同处理时间的一氧化氮（NO）供体硝普钠（sodium nitroprusside,SNP）对桐花树气孔开闭的影响,探讨了NO调控的气孔运动与外源Ca^2＋的关系以及NO与H202在调节气孔运动过程中的关系。结果表明：在搅碎法、指甲油印迹法、牛皮胶印迹法三种观察气孔方法中,牛皮胶印迹法是观察气孔开度变化的最佳方法。NO能够诱导桐花树气孔快速关闭,且表现出明显的时间效应与浓度效应。NO导致的气孔关闭与Ca^2＋的参与有密切关系,NO与H,q存在明显的协同效应,可以促进气孔关闭。     

H_2O_2作为根源信号介导盐胁迫诱导的蚕豆气孔关闭反应

H2O2作为信号分子可被多种胁迫诱导产生并在细胞内积累,进而参与调节植物的抗逆反应。文章通过远红外热成像观察等实验发现,根部NaCl胁迫可诱导蚕豆气孔关闭,叶片温度上升,叶片内Na＋和H2O2含量增加,蒸腾流汁液中H2O2浓度升高。另外,NaCl可直接诱导离体蚕豆根产生H2O2,却不能影响表皮条内H2O2含量。NaCl胁迫条件下产生的蒸腾流汁液可直接诱导表皮条气孔关闭,该过程可被抗氧化剂抗坏血酸（AsA）所逆转。这些结果表明,H2O2作为盐胁迫的根源信号,可能通过维管系统运输参与调节蚕豆气孔的关闭反应。     

共聚焦显微技术研究ABA诱导蚕豆气孔保卫细胞H_2O_2的产生(简报)

逆境下,植物细胞内ABA含量急剧增加,同时植物也可通过一些酶代谢反应积累活性氧,如H_2O_2,O_2~-。ABA作为逆境信号对气孔运动的显著调节作用已被诸多实验所证实,但关于其对气孔运动调节的细节还知之甚少。H_2O_2作为氧化信号分子在植物抗病信号转导中已得到广泛研究,但H_2O_2是否介导保卫细胞的气孔运动还缺乏直接的证据。我们已初步发现H_2O_2可参与外源ABA诱     

NO和H2O2在光／暗调控蚕豆气孔运动中的作用及其相互关系

借助表皮条分析和激光扫描共聚焦显微镜技术,对NO和H_2O_2在光/暗调控蚕豆(Vicia faba L.)气孔运动中的作用及其相互关系进行了探索。结果显示,光下外源NO供体硝普钠(SNP)和H_2O_2促进气孔关闭的效应明显大于暗中,暗中NO专一性清除剂2,4-羧基苯-4,4,5,5-四甲基咪唑-1-氧-3-氧化物(cPTIO)、一氧化氮合酶(NOS)抑制剂N~G-氮-L-精氨酸-甲酯(L-NAME)和H_2O_2清除剂抗坏血酸(Vc)、过氧化氢酶(CAT)对气孔开度的效应明显大于光下,而且光下蚕豆保卫细胞NO和H_2O_2水平比暗中明显降低。上述结果表明,光/暗通过影响保卫细胞NO和H_2O_2的水平调控气孔运动。研究还发现,光下H_2O_2既诱导NO水平增加,也诱导气孔关闭,cPTIO和L-NAME有效地逆转H_2O_2的这些效应;光下SNP既诱导H_2O_2水平增加,也诱导气孔关闭,SNP的上述效应又被Vc和CAT有效逆转。这些结果表明,NO和H_2O_2在生成及效应上均存在明显的相互作用。另外,L-NAME显著逆转暗和光下H_2O_2处理对气孔关闭和NO生成的效应表明,蚕豆保卫细胞中可能存在NOS,暗和光下H_2O_2处理可能通过提高NOS的活性促进NO水平增加,进而诱导气孔关闭。     

Ethylene-induced stomatal closure is mediated via MKK1/3–MPK3/6 cascade to EIN2 and EIN3

Mitogen-activated protein kinases (MPKs) play essential roles in guard cell signaling, but whether MPK cascades participate in guard cell ethylene signaling and interact with hydrogen peroxide (H₂O₂), nitric oxide (NO), and ethylene-signaling components remain unclear. Here, we report that ethylene activated MPK3 and MPK6 in the leaves of wild-type Arabidopsis thaliana as well as ethylene insensitive2 (ein2), ein3, nitrate reductase1 (nia1), and nia2 mutants, but this effect was impaired in ethylene response1 (etr1), nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase AtrbohF, mpk kinase1 (mkk1), and mkk3 mutants. By contrast, the constitutive triple response1 (ctr1) mutant had constitutively active MPK3 and MPK6. Yeast two-hybrid, bimolecular fluorescence complementation, and pull-down assays indicated that MPK3 and MPK6 physically interacted with MKK1, MKK3, and the C-terminal region of EIN2 (EIN2 CEND). mkk1, mkk3, mpk3, and mpk6 mutants had typical levels of ethylene-induced H₂O₂ generation but impaired ethylene-induced EIN2 CEND cleavage and nuclear translocation, EIN3 protein accumulation, NO production in guard cells, and stomatal closure. These results show that the MKK1/3–MPK3/6 cascade mediates ethylene-induced stomatal closure by functioning downstream of ETR1, CTR1, and H₂O₂ to interact with EIN2, thereby promoting EIN3 accumulation and EIN3-dependent NO production in guard cells.     

NO和H2O2在光/暗调控蚕豆气孔运动中的作用及其相互关系

借助表皮条分析和激光扫描共聚焦显微镜技术,对NO和H2O2在光/暗调控蚕豆(Vicia faba L.)气孔运动中的作用及其相互关系进行了探索.结果显示,光下外源NO供体硝普钠(SNP)和H2O2促进气孔关闭的效应明显大于暗中,暗中NO专一性清除剂2,4-羧基苯-4,4,5,5-四甲基咪唑-1-氧-3-氧化物(cPTIO)、一氧化氮合酶(NOS)抑制剂NG-氮-L-精氨酸-甲酯(L-NAME)和H2O2清除剂抗坏血酸(Vc)、过氧化氢酶(CAT)对气孔开度的效应明显大于光下,而且光下蚕豆保卫细胞NO和H2O2水平比暗中明显降低.上述结果表明,光/暗通过影响保卫细胞NO和H2O2的水平调控气孔运动.研究还发现,光下H2O2既诱导NO水平增加,也诱导气孔关闭,cPTIO和L-NAME有效地逆转H2O2的这些效应;光下SNP既诱导H2O2水平增加,也诱导气孔关闭,SNP的上述效应又被Vc和CAT有效逆转.这些结果表明,NO和H2O2在生成及效应上均存在明显的相互作用.另外,L-NAME显著逆转暗和光下H2O2处理对气孔关闭和NO生成的效应表明,蚕豆保卫细胞中可能存在NOS,暗和光下H2O2处理可能通过提高NOS的活性促进NO水平增加,进而诱导气孔关闭.     

NO可能作为H2O2的下游信号介导ABA诱导的蚕豆气孔关闭

ABA、H2O2和硝普钠(SNP)均能诱导蚕豆气孔关闭.NO的清除剂c-PTIO可以减轻由ABA或H2O2所诱导的蚕豆气孔关闭的程度,而过氧化氢酶(CAT)则不能减轻NO诱导的气孔关闭程度.激光共聚焦显微检测结果显示,10μmo1/L的ABA处理后,胞内H2O2的产生速率明显高于NO的产生速率;CAT几乎可完全抑制ABA所诱导的DAF的荧光增加;外源H2O2能显著诱导胞内DAF的荧光增加;c-PTIO对ABA诱导的DCF荧光略有促进作用,但外源SNP不能诱导胞内DCF荧光增加.这些结果表明,在ABA诱导气孔关闭过程中,H2O2可能在NO的上游起作用并受NO的负反馈调节.