Ca2+在水杨酸诱发的丹参培养细胞培养基碱化过程中的作用

利用质膜钙离子通道抑制剂LaCl3、异搏定(Verapamil,VP),钙离子载体A23187,内膜系统钙离子通道抑制剂2-APB和LiCl处理,研究水杨酸(SA)诱发的丹参培养细胞内Ca2+迸发在培养基碱化过程中的作用。结果显示:SA处理诱发丹参培养细胞培养基碱化,质膜钙离子通道抑制剂LaCl3和VP、内膜系统钙离子通道抑制剂2-APB和LiCl单独处理均可显著抑制SA处理诱发的培养基碱化过程,但质膜钙离子通道抑制剂对SA处理诱发的培养基碱化的抑制作用要显著强于内膜系统钙离子通道抑制剂;当两类钙离子通道抑制剂同时使用,培养基碱化过程被完全抑制,甚至培养基出现酸化趋势;钙离子载体A23187可以显著促进培养基碱化过程。以上结果说明,由水杨酸诱发的胞外Ca2+内流与胞内钙库Ca2+释放均参与了丹参培养基碱化的诱导过程,但胞外Ca2+内流的作用更重要。本研究揭示了SA诱发的Ca2+与丹参细胞培养基碱化之间的关系,为更深层次地阐明植物次生代谢调控机制提供理论基础。     

H2O2参与水杨酸诱导丹参培养细胞中丹酚酸B合成的信号转导

过氧化氢(Hydrogen peroxide,H2O2)为活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的一种,存在于许多生物体系中并介导植物中多种生理和生化过程。为了探讨H2O2作为信号分子在水杨酸(Salicylic acid,SA)诱导丹参培养细胞合成丹酚酸B(Salvianolic acid B,Sal B)过程中的作用,分别考察了SA和H2O2、过氧化氢酶(Catalase,CAT)、二甲基硫脲(2-(4-carboxy-2-phenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide,DMTU)及咪唑(Imidazole,IMD)对苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonia-lyase,PAL)和酪氨酸氨基转移酶(Tyrosine aminotransferase,TAT)的活性及Sal B含量的影响。结果表明,SA处理可有效地诱导丹参培养细胞中H2O2产生、PAL和TAT活性升高以及Sal B合成积累量的增加;外源施加10～30 mmol/L H2O2也可以有效促进PAL、TAT活性升高和Sal B合成积累量的增加;用H2O2的清除剂CAT处理发现,CAT对SA或外源H2O2诱导的Sal B合成积累具有消除作用,说明H2O2可能作为SA诱导Sal B积累过程中的上游信号分子起作用;用H2O2淬灭剂DMTU处理,可以有效抑制SA对Sal B合成的促进作用;用质膜烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide vadenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶(H2O2来源的主要酶)抑制剂IMD处理,可以抑制Sal B的合成,但这种抑制效果可以部分被外源施加的SA削弱,说明通过HADPH氧化酶产生的H2O2受阻时,SA诱导的Sal B合成积累也会受到抑制。表明H2O2是介导SA诱导丹参培养细胞中Sal B合成积累的信号分子。     

Ca2+对水杨酸诱发的丹参幼苗丹酚酸B生物合成的影响

为研究Ca2+在水杨酸诱导丹参幼苗丹酚酸B生物合成过程中的作用,分别用激光共聚焦显微镜和高效液相色谱仪检测胞外Ca2+通道抑制剂Vp和LaCl3,胞内Ca2+通道抑制剂LiCl以及胞内钙调素拮抗剂TFP处理前、后水杨酸诱导丹参叶片保卫细胞内Ca2+荧光强度和丹酚酸B含量的变化。结果表明,水杨酸 (SA) 处理后6 min即可诱发丹参幼苗叶片保卫细胞内Ca2+迸发,持续时间为2~3 min,丹参幼苗丹酚酸B生物合成量亦显著增加,且丹酚酸B合成量的增加发生在Ca2+迸发之后。胞外Ca2+通道抑制剂,胞内Ca2+通道抑制剂以及胞内钙调素拮抗剂均可抑制水杨酸诱导的Ca2+迸发和丹酚酸B的生物合成。结果表明水杨酸诱发的Ca2+对丹参幼苗丹酚酸B生物合成具有重要的调控作用。     

水杨酸诱发的NO介导了丹参悬浮培养细胞中丹酚酸B的生物合成

水杨酸(SA)可诱导丹参悬浮培养细胞中一氧化氮(NO)产生、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活化及丹酚酸B(Sal B)的生物合成。为了阐明NO对丹参悬浮培养细胞中Sal B生物合成的影响及作用机理,本实验利用NO供体硝普钠(SNP)、NO合成酶抑制剂L-NNA(Nω-nitro-L-arginine)、NO淬灭剂c PITO(carboxy-2-phenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide)以及PAL抑制剂L-AOPP(L-2-aminooxygen-3-phenyl acrylic acid)分别处理丹参悬浮培养细胞,并对其胞内NO水平、PAL活性和Sal B积累量进行了检测。结果表明,硝普钠(SNP)处理显著促进了NO产生、PAL活性和Sal B的积累,而L-NNA和c PITO抑制上述过程,说明NO诱发PAL活性提高并参与了SA诱导的Sal B生物合成;L-AOPP显著抑制了PAL活性及Sal B积累,却对NO产生没有显著影响,揭示NO位于PAL的上游。这说明SA诱发的NO产生、PAL活化及Sal B合成之间存在因果关系,即NO通过激活PAL触发Sal B生物合成。     

水杨酸提高香蕉幼苗的抗冷性与H2O2代谢有关

探讨了水杨酸(salicylic acid,SA)提高香蕉幼苗抗冷性的可能机理。在常温下(30／22℃)用不同浓度(0—3．5mmol／L)的SA水溶液喷洒叶片1d,置于7℃低温下冷胁迫3d,随后于常温下恢复2d后测定电解质泄漏率,结果表明：SA0．3～0．9mmol／L能显著提高香蕉幼苗的抗冷性,以0．5mmol／L效果最佳。若把冷胁迫温度降到5℃,SA0．5mmol／L预处理可显著减少幼苗叶片的萎蔫面积。但当SA浓度高于1．5mmol／L时,恢复期间的电解质泄漏甚至高于对照(蒸馏水处理),表明它们加剧了冷害。SA提高香蕉幼苗的抗冷性可能需要H2O2的参与：1)SA0．5mmol／L常温处理诱导了H2O2的积累和活性氧造成的膜脂过氧化——三氯乙酸反应物质(TBARS)的增加,这可能与H2O2的清除酶——过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的受抑和H2O2的产生酶—超氧化物歧化酶(SOD)活性几乎不受影响有关;2)外源H2O2(1．5—2．5mmoL／L)也能显著降低低温胁迫期间的电解质泄漏,表明也能提高抗冷性;3)而用H2O2的捕捉剂——二甲基硫脲(DMTU)可明显抑制SA诱导的抗冷性;4)在低温胁迫与恢复期间,SA预处理明显提高了CAT和APX的活性,抑制了H2O2与TBARS的快速上升。     

H2O2和水杨酸对陈化马铃薯切片交换呼吸途径影响的比较

外源5.0mmol/L H2O2和0.1mmol/L水杨酸（salicylic acid,SA)处理均可明显提高陈化24h的马铃薯切片的交替呼吸途径容量（Valt)及其与总呼吸的比值（Valt/Vt)。应用交替氧化酶的单克隆抗体进行Western杂交的结果表明,H2O2和SA处理均可明显提高陈化马铃薯切片中交替氧化酶的表达水平。用氧同位素分辨法研究,结果表明：H2O2处理对陈化马铃薯切片中交替呼吸途径的实际运行没有影响,而SA处理对交替呼吸途径的实际运行具有明显的促进作用。上述结果表明,H2O2和SA对植物组织交替呼吸途径的影响存在差异,二均可促进交替氧化酶的表达从而诱导交替呼吸途径容量的发生,但H2O2不影响其实际运行,而SA还可同时诱导其实际运行。     

植物细胞的氧化猝发和H2O2的信号转导

概述了植物细胞氧化猝发的特性、产生机理、生理作用以及Ｈ２Ｏ２信号转导途径及其对基因表达的调控等的研究进展。     

ABA诱导蚕豆气孔保卫细胞H2O2的产生

以蚕豆叶片下麦皮为材料,将荧光探针ＨＰＴＳ导入蚕豆忆保卫细胞内,利用荧光光谱和激光共聚焦显微技术,检测了ＡＢＡ诱导蚕豆气孔关闭过程中Ｈ２Ｏ２的产生。结果表明,ＡＢＡ和１００μｍｏｌ／Ｌ的Ｈ２Ｏ２可以迅速猝灭ＨＰＴＳ的荧光,ＣＡＴ几乎可完全阻止９μｌ０．２ｍｍｏｌ／Ｌ的ＡＢＡ引起荧光猝灭。因此,ＡＢＡ可以诱导气孔保卫细胞产生Ｈ２Ｏ２,其产生的强度和速度与ＡＢＡ的浓度直接有关,并且推测：这种Ｈ２Ｏ２产     

水杨酸提高香蕉幼苗的抗冷性与H2O2代谢有关

探讨了水杨酸(salicylic acid, SA)提高香蕉幼苗抗冷性的可能机理.在常温下(30/22 ℃)用不同浓度(0～3.5 mmol/L)的SA水溶液喷洒叶片1 d,置于7 ℃低温下冷胁迫3 d,随后于常温下恢复2 d后测定电解质泄漏率,结果表明:SA 0.3～0.9 mmol/L能显著提高香蕉幼苗的抗冷性,以0.5 mmol/L效果最佳.若把冷胁迫温度降到5 ℃,SA 0.5 mmol/L 预处理可显著减少幼苗叶片的萎蔫面积.但当SA浓度高于1.5 mmol/L时,恢复期间的电解质泄漏甚至高于对照(蒸馏水处理),表明它们加剧了冷害.SA提高香蕉幼苗的抗冷性可能需要H2O2的参与:1)SA 0.5 mmol/L常温处理诱导了H2O2的积累和活性氧造成的膜脂过氧化--三氯乙酸反应物质(TBARS)的增加,这可能与H2O2的清除酶--过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的受抑和H2O2的产生酶-超氧化物歧化酶(SOD)活性几乎不受影响有关;2)外源H2O2(1.5～2.5 mmol/L)也能显著降低低温胁迫期间的电解质泄漏,表明也能提高抗冷性;3)而用H2O2的捕捉剂--二甲基硫脲(DMTU)可明显抑制SA诱导的抗冷性;4)在低温胁迫与恢复期间,SA预处理明显提高了CAT和APX的活性,抑制了H2O2与TBARS的快速上升.     

产H_2O_2的乳酸杆菌分离培养基的改良

对MRS培养基的使用方法进行了改良。将MRS(含0.25 mg/ml TMB)融化后倾倒入平皿,待其凝固后,在琼脂表明加入200μl(0.01 mg/ml)HRP,涂匀后进行乳酸杆菌划线分离。37℃、厌氧培养48~72 h。结果表明,产生H2O2的乳酸杆菌呈蓝色菌落,和原来的培养方法相比,改良的方法简便经济、HPR的使用量为原来的1%,分离产H2O2的乳酸杆菌的效果良好。     

荣莉酸甲酯对丹参培养细胞中迷迭香酸生物合成及相关酶活性的影响

茉莉酸甲酯是植物细胞响应外界刺激产生的重要信号分子,与植物次生代谢物的生物合成有关。本研究考察了茉莉酸甲酯（methyl jasmonate,MeJA）对丹参培养细胞中迷迭香酸（rosmarinic acid,RA）生物合成的影响。结果显示,诱导24h后可显著提高丹参愈伤细胞中RA的积累量及其相关酶（PAL、TAT）的活性,在48h时RA积累量和酶活性达到最大。布洛芬（IBu）处理可抑制MeJA对RA积累量和相关酶活性的促进作用,外源施加MeJA可部分解除IBU对RA合成及其相关酶活性的抑制作用。说明MeJA可以显著促进丹参培养细胞中RA的生物合成,IBU抑制了MeJA合成、PAL和TAT活性,从而导致了RA合成受阻。     

水杨酸和茉莉酸甲酯对丹参幼苗叶片显微结构、光合及非结构糖积累的影响

研究了水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(MeJA)处理对丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge)幼苗叶片显微结构、叶片光合能力及幼苗中非结构糖积累的影响.结果显示:SA处理增加了丹参幼苗叶片气孔密度;叶肉细胞排列紧密、体积减小,叶肉细胞内叶绿体数目减少,但叶绿体体积增大,叶绿体基粒片层结构的数目增加;叶片中叶绿素a、b含量、叶气孔导度、蒸腾速率以及净光合速率均增加;同时,幼苗根中和叶片中酸性转化酶活性降低,幼苗地上部分蔗糖含量及可溶性糖总量显著高于对照.MeJA处理减少了叶片气孔密度,气孔发育畸形;叶肉细胞间隙增大,栅栏细胞层数减少,叶肉细胞内叶绿体数目减少,叶绿体体积减小,叶绿体基粒片层结构被破坏;叶片中叶绿素a及类胡萝卜素含量、叶片的净光合速率低于对照,叶气孔导度、蒸腾速率增强;同时,幼苗根中及叶中酸性转化酶活性增加,幼苗根中蔗糖含量及可溶性糖总量显著低于对照.可见,SA处理能促进植物叶片显微结构发育,增强叶片光合能力,抑制蔗糖降解并促进蔗糖积累;而MeJA处理则破坏了植物叶片显微结构,降低了叶片光合能力,促进了蔗糖降解并减少蔗糖积累.     

H2O2 destruction by ascorbate-dependent systems from chloroplasts

Washed lamellae from isolated spinach chloroplasts exhibited peroxidative activity with 3,3′-diaminobenzidine or ascorbate as electron donors. By heat treatment or by incubation of the chloroplasts with pronase a heat-labile enzymic activity (system A) and a heat-stable non-enzymic peroxidative activity (system B) could be differentiated.System A is membrane-bound, reacts with 3,3′-diaminobenzidine and with ascorbate as electron donors, shows a sharp pH optimum between 7.5 and 8.0 with both substrates and is inhibited competitively by cyanide.The heat-stable factor can be extracted from the chloroplast lamellae by heat treatment, reacts only with ascorbate as electron donor, shows increasing activity with higher pH values but no optimum and is not inhibited by cyanide.Both peroxidative systems in connection with a relatively high concentration of ascorbate in chloroplasts should represent an important tool for the detoxification of H₂O₂ which is produced in these organelles by photosynthetic O₂ reduction.     

H2O2介导的H2S产生参与干旱诱导的拟南芥气孔关闭

以野生型拟南芥(Arabidopsis thaliana)及其突变体(atrbohD、atrbohF、atrbohD/F、atl-cdes、atd-cdes)和过表达株系(OEL-CDes、OED-CDes)为材料, 利用药理学实验, 结合分光光度法和激光共聚焦显微技术, 探讨硫化氢(hydrogen sulfide, H₂S)在干旱诱导的拟南芥气孔关闭中的作用及其与过氧化氢(hydrogen peroxide, H₂O₂)的关系。结果表明, H₂S清除剂次牛磺酸(hypotaurine, HT)及合成抑制剂氨氧基乙酸(aminooxy acetic acid, AOA)、羟胺(hydroxylamine, NH₂OH)和丙酮酸钾(potasium pyruvate, C₃H₃KO₃)+氨水(ammonia, NH₃)均可不同程度抑制干旱诱导的气孔关闭; 干旱对OEL-CDes和OED-CDes植株气孔关闭的诱导作用明显, 而atl-cdes和atd-cdes叶片气孔对干旱胁迫反应的敏感性下降; 干旱胁迫能明显增加拟南芥保卫细胞中H₂O₂水平及叶片中H₂S含量, 提高D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性及基因表达量, 而对突变体atrbohD、atrbohF和atrbohD/F没有显著影响。清除H₂O₂可减弱干旱胁迫对H₂S含量和D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性的诱导效应。研究 结果表明H₂S位于H₂O₂下游参与干旱诱导拟南芥气孔关闭的信号转导过程。     

茉莉酸甲酯和水杨酸对丹参幼苗中蔗糖代谢和酚酸类物质积累的影响

以丹参幼苗为材料,研究了茉莉酸甲酯(MeJA)和水杨酸(SA)对其地上地下部分蔗糖代谢和根系中酚酸类物质积累的影响.结果显示:(1)外源施用MeJA能够显著增强幼苗叶片和根中酸性蔗糖转化酶活性,促进蔗糖降解,减少根系中蔗糖含量;同时根中丹参素(来源于酪氨酸-衍生物支路)、原儿茶酸(类苯丙烷支路的中间产物)、咖啡酸(来源于类苯丙烷支路)、迷迭香酸(来源于类苯丙烷支路和酪氨酸-衍生物支路)、丹酚酸B(丹参素、咖啡酸、迷迭香酸的衍生物)以及总酚酸含量均显著增加.(2)外施SA可显著降低幼苗叶片和根中酸性蔗糖转化酶活性及叶片中性蔗糖转化酶活性,抑制蔗糖降解,显著增加地上部分蔗糖含量,根中蔗糖含量和对照相比差异不显著;同时根中丹参素含量减少,但原儿茶酸、咖啡酸以及迷迭香酸含量增加,丹酚酸B和总酚酸类物质含量与对照相比差异不显著.因此推测,植物中蔗糖代谢影响丹参素合成的酪氨酸-衍生物支路,而不影响原儿茶酸、咖啡酸及迷迭香酸等合成的类苯丙烷支路.     

ECS1参与调节CO2诱导的拟南芥气孔关闭和H2O2积累

CO₂浓度升高可以诱导植物叶片气孔关闭, 提高植物对高浓度CO₂的适应性。但植物如何感知CO₂浓度变化并启动气孔关闭反应的分子机制至今仍不十分清楚。利用高通量、非侵入的远红外成像技术, 建立了拟南芥(Arabidopsis thaliana)气孔对CO₂浓度变化反应相关的突变体筛选技术, 筛选出对环境CO₂浓度敏感的拟南芥突变体ecs1。遗传学分析表明, ecs1为单基因隐性突变体, 突变基因ECS1编码一个跨膜钙离子转运蛋白。与野生型拟南芥相比, 360 μL·L^–1CO₂可引起ecs1突变体叶片温度上升和气孔关闭, ecs1突变体对900 μL·L^–1CO₂长时间处理具有较强的适应性。进一步的实验表明, 360μL·L^–1CO₂即可诱导ecs1突变体叶片积累较高浓度的H₂O₂, 而900 μL·L^–1CO₂才能够诱导野生型拟南芥叶片积累H₂O₂。因此, ECS1可能参与调节高浓度CO₂诱导的拟南芥气孔关闭和H₂O₂产生, H₂O₂可能作为第二信号分子介导CO₂诱导拟南芥气孔关闭的反应。