油菜素內(nèi)酯(BR)對番茄葉片氣孔運(yùn)動的影響及其調(diào)控機(jī)制.pdf

1、近年，全球環(huán)境不斷惡化，大氣中CO2濃度升高造成全球氣候變暖，引起并加劇土壤鹽堿化、病蟲害傳播等。高溫、干旱、鹽害等環(huán)境脅迫嚴(yán)重制約了植物的生長發(fā)育。而氣孔是植物與環(huán)境發(fā)生聯(lián)系的重要門戶，氣孔的形態(tài)發(fā)育、生理功能、調(diào)控機(jī)制等方面做出的響應(yīng)和調(diào)整大大提高了植物的抗逆性和對環(huán)境的適應(yīng)性。油菜素內(nèi)酯(BR)作為第六大生物激素能夠調(diào)節(jié)植物對高溫、干旱、鹽害等環(huán)境脅迫和病蟲害侵染的應(yīng)答過程。因此研究BR對氣孔運(yùn)動的影響能夠?yàn)锽R提高植物抗逆性并調(diào)

2、控植物生長發(fā)育的機(jī)理提供新的認(rèn)識，對于探索一條植物提高抗性的新途徑以及建立可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)具有重要的理論和實(shí)踐意義。
　　 本研究以番茄（Lycopersicon esculentum）ABA缺失突變體not和其野生型Ailsa Craig為材料研究了不同濃度BR對氣孔運(yùn)動的影響以及BR與ABA在調(diào)節(jié)氣孔運(yùn)動的過程中存在的交叉應(yīng)答關(guān)系;又利用VIGS技術(shù)專一性的沉默了TRV-SlRBOH、TRV-SlBRIl、TRV-SlGSH、

3、TRV-SlGSH2、TRV-SlGR基因，以沉默植株為材料研究了BR對氣孔的影響與ROS累積、細(xì)胞氧化還原狀態(tài)等的關(guān)系，進(jìn)一步揭示了BR調(diào)節(jié)氣孔運(yùn)動的機(jī)理。所取得的主要研究成果如下:
　　 1.BR在短時間內(nèi)能誘導(dǎo)光合作用CO2同化速率的提高，光合作用除了受到卡爾文循環(huán)和光合電子傳遞的調(diào)控外，還受到氣孔開度的限制。研究證明:50-200nM EBR顯著提高了植株的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度，而500nM EBR的誘導(dǎo)效果反而有所下降

4、;進(jìn)一步研究不同濃度EBR對氣孔開度的影響發(fā)現(xiàn)，10-200nM EBR能夠抑制氣孔關(guān)閉、促進(jìn)氣孔開放，而且隨著濃度的加大效果逐漸明顯，而500-5000nM EBR具有抑制氣孔開放、促進(jìn)氣孔關(guān)閉的效果。因此，我們推斷EBR對氣孔的影響取決于EBR的濃度，低濃度EBR可以促進(jìn)氣孔張開并抑制氣孔關(guān)閉，而高濃度EBR可以促進(jìn)氣孔關(guān)閉并抑制氣孔開放。
　　 2.ROS是調(diào)控氣孔開度的關(guān)鍵信號之一，高濃度的EBR處理葉片下表皮發(fā)現(xiàn)，高濃

5、度EBR在誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉的同時顯著的提高了保衛(wèi)細(xì)胞中H2O2的含量。EBR通過產(chǎn)生ROS誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉;ROS的主要來源是NADPH氧化酶，以TRV-SlRBOH、TRV-SlBRH沉默植株為材料我們進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，高濃度EBR對TRV-SlRBOH沉默植株的氣孔沒有影響，另外，NADPH氧化酶(DPI)能阻斷BR對ROS的誘導(dǎo)效果，從而驗(yàn)證了在保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)高濃度EBR誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生的來源是NADPH氧化酶。同時利用TRV-SlBRI1沉默植

6、株證明了高濃度EBR所誘導(dǎo)的ROS和氣孔關(guān)閉依賴于BR受體BRI1所介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo);ABA正是通過激活NADPH氧化酶誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生進(jìn)而促進(jìn)氣孔關(guān)閉，我們的研究證明EBR在調(diào)節(jié)氣孔運(yùn)動的過程中與ABA存在交叉應(yīng)答，高濃度EBR通過刺激ABA的合成誘導(dǎo)產(chǎn)生ROS促進(jìn)氣孔關(guān)閉。
　　 3.高濃度EBR對氣孔的影響依賴于BR受體BRI1所介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，利用低濃度EBR處理TRV-SlBRI1沉默植株我們同樣發(fā)現(xiàn)低濃度EBR促進(jìn)氣孔

7、張開的作用也是通過BR信號特異性介導(dǎo);低濃度EBR處理誘導(dǎo)氣孔開放的作用在TRV-SlRBOH沉默植株中完全消失，這預(yù)示著低濃度EBR對氣孔的調(diào)節(jié)與ROS、NADPH氧化酶同樣有關(guān)，通過對保衛(wèi)細(xì)胞中H2O2含量的實(shí)時動態(tài)變化的檢測證明了低濃度EBR能夠使保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)ROS短時間爆發(fā)然后迅速減少，對ROS產(chǎn)生瞬時誘導(dǎo)，這說明，不同濃度EBR所誘導(dǎo)的ROS強(qiáng)度和時間的差異可能是導(dǎo)致對氣孔開度不同效果的主要原因;適時適度的ROS累積可以作為“預(yù)

8、警機(jī)制”使植物細(xì)胞感受外界環(huán)境的變化，從而改變細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)，我們通過檢測谷胱甘肽等抗氧化物質(zhì)含量的變化以及利用TRV-SlGSH1、TRV-SlGSH2和TRV-SlGR沉默植株明確了低濃度EBR是通過促進(jìn)谷胱甘肽的生物合成，改變細(xì)胞redox狀態(tài)，繼而促進(jìn)氣孔開放;同時還證明低濃度EBR可以完全抑制ABA對氣孔關(guān)閉的誘導(dǎo)效果，我們推斷EBR和ABA在調(diào)控氣孔運(yùn)動的過程中既存在交叉應(yīng)答又存在相互拮抗，但是互作關(guān)系的變化取決于EBR