SO2誘導(dǎo)植物氣孔運(yùn)動中ROS、Ca2+和NO的調(diào)節(jié)作用.pdf

1、二氧化硫（sulfur dioxide，SO2）作為主要的大氣污染物之一，通過氣孔進(jìn)入植物體內(nèi)，溶于細(xì)胞質(zhì)水相，轉(zhuǎn)化為亞硫酸根與亞硫酸氫根，之后部分亞硫酸根被氧化為硫酸根，期間產(chǎn)生大量ROS。SO2能誘導(dǎo)植物葉面氣孔運(yùn)動進(jìn)而影響植物正常生理活動;SO2濃度過高會導(dǎo)致植物葉片失綠或壞死，影響植物生長發(fā)育;高濃度SO2還能抑制根尖細(xì)胞分裂，使染色體畸變率和微核率升高，甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡。但是，SO2如何調(diào)節(jié)氣孔運(yùn)動，哪些信號分子參與了SO2脅

2、迫生理中氣孔運(yùn)動的調(diào)節(jié)，且這些信號分子之間又有怎樣的信號途徑交叉作用，目前尚不明確。
　　植物葉面氣孔保衛(wèi)細(xì)胞是研究細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的模式系統(tǒng)，能夠靈敏感應(yīng)外界環(huán)境的變化。本文選用擬南芥和蠶豆葉面氣孔保衛(wèi)細(xì)胞，研究SO2衍生物
　?。∟a2SO3-NaHSO3混合液，3∶1，μmol·L-1）對氣孔運(yùn)動的影響。研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的SO2可誘發(fā)氣孔關(guān)閉，信號分子ROS、Ca2+和NO參與了這一過程。主要實驗結(jié)果如下:
　　經(jīng)濃

3、度為1-500μmol·L-1的SO2衍生物處理2h后，擬南芥和蠶豆氣孔開度明顯減小。200μmol·L-1的Na2SO3-NaHSO3混合液與各種緩解劑如抗氧化劑AsA(1mmol·L-1)和CAT（200 U·mL-1），或Ca2+通道抑制劑LaCl3(0.1mmol·L-1)、Ca2+螯合劑EGTA(1mmol·L-1)，或NO清除劑c-PTIO（0.2mmol·L-1）、NR抑制劑NaN3(0.1mmol·L-1)、eNOS抑制

4、劑L-NAME（0.025mmol·L-1）共同作用時，氣孔開度都較SO2衍生物單獨(dú)作用組顯著增加。
　　利用ROS熒光指示劑DCFH-DA、Ca2+熒光指示劑Fluo-3AM和NO熒光指示劑DAF-FMDA檢測胞內(nèi)ROS、Ca2+和NO水平，發(fā)現(xiàn)SO2處理可引起保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)ROS、Ca2+和NO水平升高。1mmol·L-1的AsA或200 U·mL-1的CAT可以極顯著緩解200μmol·L-1的SO2誘導(dǎo)的胞內(nèi)ROS水平升高，同

5、時也能有效降低Ca2+水平和NO水平;0.1mmol·L-1的LaCl3或1mmol·L-1的EGTA與200μmol·L-1的SO2共同作用時，保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)的Ca2+水平接近于未經(jīng)SO2處理的對照組，但是ROS和NO水平與SO2處理組沒有明顯差別，仍顯著高于對照組;0.2mmol·L-1的c-PTIO或0.1mmol·L-1的NaN3能夠顯著降低200μmol·L-1 SO2脅迫中保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)的NO和Ca2+水平，也能使ROS水平小幅下降

6、。用200U·mL-1的CAT能完全清除7.5μmol·L-1的SO2誘導(dǎo)生成的ROS，并使保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)NO水平和Ca2+水平明顯下降;0.1mmol·L-1的LaCl3與7.5μmol·L-1的SO2衍生物共同作用時，保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)的Ca2+水平與未受SO2刺激的對照接近，ROS和NO水平也略有下降，但仍顯著高于對照組;0.2mmol·L-1的c-PTIO可以完全清除7.5μmol·L-1的SO2誘導(dǎo)生成的NO，并使胞內(nèi)Ca2+水平顯著降低

7、，ROS水平也有所下降。
　　研究結(jié)果表明，SO2能誘導(dǎo)植物開放的氣孔關(guān)閉或抑制關(guān)閉的氣孔開放，通過氣孔開度的縮小來減少SO2氣體進(jìn)入植物體內(nèi)。SO2脅迫下，胞內(nèi)ROS、Ca2+和NO水平的升高在氣孔運(yùn)動調(diào)節(jié)中發(fā)揮了重要作用。其中，脅迫產(chǎn)生的NO主要通過NR途徑產(chǎn)生;Ca2+水平升高是胞外Ca2+內(nèi)流和胞內(nèi)鈣庫釋放Ca2+共同作用的結(jié)果。SO2誘導(dǎo)植物氣孔運(yùn)動的信號途徑可能為:SO2進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞后，誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)ROS和NO水平提高，