一氧化氮可能参与细胞外钙调素诱导蚕豆气孔关闭的过程

细胞外钙调素(CaM)被发现能够调节蚕豆及拟南芥气孔运动,而且G蛋白、H_2O_2及Ca~(2 )参与这一过程．从接受刺激到引起气孔关闭保卫细胞要经历复杂的信号转导,因此细胞外CaM调控气孔运动的信号转导途径还需要深入探讨．研究中以蚕豆下表皮条为材料,用表皮条生物分析和荧光显微技术研究了一氧化氮(NO)在细胞外CaM促进气孔关闭过程中的作用．结果表明:细胞外CaM能诱导保卫细胞内NO升高,一氧化氮合酶(NOS)抑制剂N~G-氮-L-精氨酸-甲酯(L-NAME)和NO清除剂2-苯-4,4,5,5-四甲基咪唑-1-氧-3-氧化物(PTIO)抑制了这一过程,而硝酸还原酶(NR)抑制剂NaN_3则没有抑制作用;L-NAME和PTIO也抑制细胞外CaM诱导的气孔关闭过程,而NaN_3不能抑制这一过程．说明细胞外CaM主要通过NOS途径诱导NO合成,从而诱导气孔关闭．质膜Ca~(2 )通道抑制剂及Ca~(2 )螯合剂处理实验结果表明,细胞外CaM对保卫细胞内NO的诱导过程依赖Ca~(2 )内流．文中结果为NO参与细胞外CaM调节气孔运动的过程提供了直接证据．     

H2O2介导的NO合成参与乙烯诱导的拟南芥叶片气孔关闭

利用药理学实验、激光共聚焦显微技术结合遗传学手段,证明光下乙烯利可诱导拟南芥叶片气孔关闭,且具有时间和剂量效应．乙烯利能够明显增加气孔保卫细胞和叶片的H2O2和NO水平,且H2O2和NO清除剂均明显抑制乙烯利诱导的拟南芥叶片气孔关闭．硝酸还原酶（NR）、NADPH氧化酶和细胞壁过氧化物酶的抑制剂可不同程度抑制乙烯利的作用．乙烯利亦可明显诱导Atnoal突变体叶片气孔关闭及NO的积累,但对nial,nia2突变体没有明显影响．清除H2O2可减弱乙烯利对NO含量和NR活性的诱导效应,说明H2O2和NO均参与乙烯诱导的拟南芥叶片气孔关闭,且NO（主要由NR途径合成）可能位于H2O2下游参与调控这一信号通路．     

H2O2介导的NO合成参与乙烯诱导的拟南芥叶片气孔关闭

利用药理学实验、激光共聚焦显微技术结合遗传学手段,证明光下乙烯利可诱导拟南芥叶片气孔关闭,且具有时间和剂量效应. 乙烯利能够明显增加气孔保卫细胞和叶片的H2O2和NO水平,且H2O2和NO清除剂均明显抑制乙烯利诱导的拟南芥叶片气孔关闭.硝酸还原酶(NR)、NADPH氧化酶和细胞壁过氧化物酶的抑制剂可不同程度抑制乙烯利的作用. 乙烯利亦可明显诱导Atnoal突变体叶片气孔关闭及NO的积累,但对nial,nia2突变体没有明显影响.清除H2O2可减弱乙烯利对NO含量和NR活性的诱导效应,说明H2O2和NO均参与乙烯诱导的拟南芥叶片气孔关闭,且NO(主要由NR途径合成)可能位于H2O2下游参与调控这一信号通路.     

ABA和H2 O2在NaCl诱导的气孔关闭中的作用

以拟南芥野生型（wt）和ABA合成缺失突变体（aba3）为材料，采用表皮生物分析法研究了NaCl胁迫条件下，ABA和H2O2在气孔关闭中的作用。结果表明：100mmol/L的NaCl可有效诱导wt气孔关闭，而对aba3的气孔运动无明显影响；10^-2mmol/L的H2O2处理或100mmol/L的NaCl与10^-2mmol/L ABA共处理可有效诱导wt与aba3的气孔关闭，且幅度类似；H2O2的性清除剂CAT可部分逆转NaCl处理及NaCl与ABA共处理引起的气孔关闭，因此推测，NaCl胁迫条件下，植物保卫细胞内ABA浓度升高，诱导H2O2的产生，进而诱导了气孔关闭。     

气孔运动调控中过氧化氢和一氧化氮信号途径的交叉作用

用NO荧光指示剂DAF-2DA测定了H 2 O 2 对蚕豆和鸭跖草气孔保卫细胞NO的影响;以蚕豆幼苗为材料研究了H 2 O 2 和NO在调控气孔运动中的相互关系.结果表明,H 2 O 2 能够诱导保卫细胞胞质NO的形成,其诱导作用可以被2-苯-4,4,5,5-四甲基咪唑-1-氧-3-氧化物(PTIO)所清除和N G -氮-L-精氨酸-甲酯(L-NAME)所阻断.推测保卫细胞中可能存在一氧化氮合酶(NOS)类似物.H 2 O 2 主要是通过NOS途径诱导产生NO.在10～100μmol/L范围内,NO的供体硝普钠(SNP)和H 2 O 2 都可诱导气孔关闭,并具明显的浓度效应.H 2 O 2 清除剂过氧化氢酶(CAT)能够完全抵消NO的诱导气孔关闭作用;H 2 O 2 合成抑制剂二苯基碘(DPI)可部分减弱NO诱导的气孔关闭.NO合酶抑制剂L-NAME和NO的清除剂与H 2 O 2 共处理时,H 2 O 2 诱导气孔关闭的作用被大大减弱.结果说明,在调控气孔运动中H 2 O 2 和NO具有相互依赖性,H 2 O 2 和NO信号分子具有信号自身放大功能,共同参与了对气孔运动的调控.     

NO,H2O2介导根系渗透胁迫和脱落酸诱导的气孔关闭

运用表皮实验和激光扫描共聚焦显微镜技术对NO和H2O2在根系渗透胁迫和外源脱落酸（ABA）处理诱导蚕豆气孔关闭中的作用及其相互关系进行了研究．结果表明，渗透胁迫及外源ABA处理既促进保卫细胞内源NO和H2O2形成，也诱导气孔关闭；外源H2O2和SNP可促进气孔关闭，也分别诱导保卫细胞NO和H2O2产生．还对根系渗透胁迫诱导蚕豆气孔关闭中ABA、NO和H2O2的关系进行了讨论，认为渗透胁迫可能通过ABA诱导NO和H2O2产生，促进气孔关闭且NO和H2O2之间存在相互作用．     

GPX3参与了H2O2对保卫细胞质膜钾通道的调控

通过表皮条生物分析、失水率测定及膜片钳实验研究谷氨酸过氧化物酶3(GPX3)能够调节保卫细胞质膜钾通道活性,并因此来介导H2O2诱导的拟南芥气孔关闭过程.与野生型Col-0相比,gpx3缺失突变在气孔开度和细胞失水方面均有较大差异.全细胞膜片钳模式下,1mmol/L的H2O2处理使野生型保卫细胞质膜钾离子通道外向电流从50pA左右激增到240pA左右,而gpx3的电流则变化不大.单通道电流的进一步分析表明gpx3不能像野生型一样对1mmol/L的H2O2处理产生明显反应,野生型与突变体的单通道电流差距高达10倍以上.据此推断GPX3是通过特异地调节外向钾通道来介导H2O2的信号传递.     

eATP通过H2O2参与H2S对拟南芥气孔运动和保卫细胞K+流的调节（英文）

硫化氢(H2S)和通过ABC转运体转运至胞外形成的胞外ATP(eA TP)均参与对气孔运动的调控,但尚不清楚eA TP在H2S诱导气孔关闭中的作用机制.本研究显示,ABC转运体抑制剂和质膜嘌呤受体抑制剂能够抑制H2S诱导的气孔关闭和所引起的保卫细胞中H2O2水平的升高;但H2S不能引起Atmrp4、Atmrp5以及Atmrp4/5中eA TP的积累和保卫细胞中H2O2水平的升高;H2S亦不能引起Atmrp4/5保卫细胞原生质体K+外流.据此推论:H2S可通过eA TP调控H2O2,进而调节气孔保卫细胞钾离子通道诱导气孔关闭.     

外源NO诱导的拟南芥保卫细胞胞质pH升高先于气孔关闭

以pH敏感的绿色荧光蛋白拟南芥转基因植物为材料,研究了保卫细胞胞质pH变化与外源一氧化氮（nitric oxide,NO）诱导气孔关闭的关系,结果发现,与对照相比,100μmol／LNO供体硝普钠（sodium nitroprusside,SNP）可显著增加胞质的pH（增加约0．29个pH单位）,并诱导气孔关闭．NO清除剂c—PTIO、弱酸丁酸以及质膜H^＋-ATP酶的抑制剂钒酸钠均有效抑制了SNP诱导的保卫细胞胞质碱化和气孔关闭,而弱碱苄胺的作用与丁酸相反,说明保卫细胞胞质碱化介导了外源NO诱导的气孔关闭．另外,钙离子的螯合剂EGTA、钙调蛋白激酶抑制剂ML-7、钙调素的拮抗剂W7以及激酶抑制剂K-252a均可明显抑制外源NO诱导的胞质pH升高和气孔关闭,说明钙离子及磷酸化在NO诱导的保卫细胞胞质碱化和气孔关闭中发挥重要作用．     

活性氧与NO在SO2诱导蚕豆气孔运动中的作用

以蚕豆叶表皮为材料,研究SO2胁迫时叶面气孔运动及其调节途径.研究发现,用浓度1～200μmol/L的SO2衍生物(亚硫酸钠与亚硫酸氢钠混合液)处理蚕豆叶下表皮后,气孔开度明显减小,气孔保卫细胞内活性氧(ROS)、一氧化氮(NO)和钙离子(Ca2+)水平显著升高.采用抗氧化剂抗坏血酸和过氧化氢酶,钙离子干扰剂EGTA和LaCl3,以及NO合成抑制剂NaN3与NO清除剂c-PTIO,分别与SO2衍生物同时作用时,SO2诱发的气孔关闭效应得到有效缓解,保卫细胞内ROS、NO和Ca2+水平随之改变.抗氧化剂和NO干扰剂能阻止SO2诱导的胞内ROS、NO和Ca2+水平升高;EGTA和LaCl3能降低SO2诱导的胞内NO和Ca2+升高,但不影响ROS水平.研究结果表明,较高浓度SO2能诱导气孔关闭,SO2胁迫诱导ROS和NO合成增加,ROS和NO通过钙信号系统调节气孔开度.     

ABA对拟南芥los5-1突变体及其野生型保卫细胞质膜内向K~+通道的调节

以拟南芥(Arabidopsis thaliana)ABA缺失突变体los5-1及其相应野生型为材料,用细胞质膜钙离子通道的抑制剂LaCl3和细胞内钙离子的螯合剂EGTA处理,运用膜片钳技术探讨在ABA调节突变体和相应野生型保卫细胞质膜内向K+电流过程中Ca2+的作用.实验结果表明ABA均可以明显抑制拟南芥C24野生型及其突变体los5-1保卫细胞原生质体的内向K+电流,而且ABA对los5-1突变体及其相应野生型保卫细胞质膜内向K+通道的调节具有不同的Ca2+依赖性,说明ABA对突变体和野生型的K+通道     

硫化氢参与镉诱导拟南芥气孔的关闭

以拟南芥为实验材料,利用分光光度法、显微观测法及药理学实验,研究了镉(Cd~(2+))、硫化氢(H2S)和脱落酸(ABA)处理对拟南芥野生型(wild type,WT)、abi5和lcd气孔运动的影响,以及H_2S合成酶L-半胱氨酸脱巯基酶(LCD)的活性和体内H2S含量的变化。结果表明:光照条件下,随着Cd~(2+)浓度的增加,野生型拟南芥气孔孔径逐渐减小,LCD的活性及内源H_2S含量依次升高。200μmol/L的CdCl_2可以减小abi5的气孔开度,且50μmol/L的H_2S也可以减小abi5和WT的气孔开度,而ABA并不能减小abi5的气孔开度,说明Cd~(2+)诱导的气孔关闭主要依赖H2S信号。实验进一步验证了这种现象:与WT相比,200μmol/L的CdCl_2对LCD缺失突变体(lcd)气孔开度的影响不大,加入H2S的供体NaHS后,lcd气孔关闭。研究发现,Cd~(2+)可通过增强LCD的活性,促进L-半胱氨酸分解生成H_2S,进而诱导拟南芥气孔关闭     

PI3P和NO在UV-B诱导蚕豆气孔关闭中的关系

以蚕豆(Vicia faba L.)叶片下表皮为材料,结合气孔开度分析和保卫细胞内源一氧化氮(NO)水平的测定,研究了NO和磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)的催化产物磷脂酰肌醇3-磷酸(PI3P)在紫外线B(UV-B)诱导气孔关闭中的关系。结果显示:UV-B辐射诱导蚕豆保卫细胞NO产生和气孔关闭的效应能被PI3K抑制剂沃曼青霉素(WM)和LY294002(LY)显著抑制。同时,外源NO释放剂硝普钠(SNP)处理能完全逆转WM和LY对UV-B诱导气孔关闭的抑制效应,而WM和LY却不能抑制外源SNP诱导蚕豆气孔关闭的效应。结果说明,在UV-B诱导蚕豆气孔关闭的信号转导途径中PI3P的作用在NO上游。     

壳梭孢素促进蚕豆气孔开放与保卫细胞H2O2的关系

研究了壳梭孢素(FC)诱导蚕豆气孔开放与保卫细胞过氧化氢(H2O2)水平的关系.结果证明,FC、H2O2清除剂抗坏血酸(ASA)和H2O2合成抑制剂二苯基碘(DPI)均能于暗中诱导气孔开放.另外,FC和ASA不仅阻止外源H2O2诱导气孔关闭,而且促进暗诱导已关闭气孔重新开放,但DPI无此效应.将上述结果联系起来考虑,表明FC通过清除降低保卫细胞内源H2O2水平进而促进气孔开放.     

拟南芥过氧化氢酶敲除载体构建

过氧化氢酶(CAT)是一种重要的H_2O_2清除酶,广泛地存在于有氧生物细胞体内,并且对于维持体内氧化水平至关重要。因此,获得完全敲除CAT遗传突变体无疑对于研究H_2O_2调控植物生长和发育提供重要的材料。目前已知拟南芥中有3个CAT基因(CAT1、CAT2、CAT3),其中CAT1和CAT3两个基因之间的连锁遗传,很难获得使CAT完全缺失突变体(cat1 cat2 cat3)。文章利用CRISPR/Cas9技术构建多靶点双元载体以期同时敲除CAT1、CAT3基因,并转入cat2突变体中,以期获得cat1 cat2 cat3三突变体。CAT完全缺失突变体的获得为研究过氧化氢酶功能及H_2O_2信号转导机制提供必要的遗传材料。     

蚕豆上、下表皮气孔运动光/暗响应机制

比较了光/暗对蚕豆上、下表皮气孔运动的调节作用.结果显示:光/暗调控的蚕豆上、下表皮气孔运动均涉及保卫细胞H2O2、NO、Ca2+、促分裂原活化蛋白激酶激酶(MAPKK)、钙依赖蛋白激酶(CDPK)和酪氨酸蛋白磷酸酶(PTP)的变化,下表皮气孔对光/暗更敏感,而且暗中下表皮保卫细胞H2O2、NO、Ca2+、CDPK和PTP水平高于上表皮保卫细胞.另外,胞内Ca2+库Ca2+释放对暗诱导下表皮保卫细胞Ca2+增加的效应显著大于对暗诱导上表皮保卫细胞Ca2+增加的效应.     

G蛋白可能参与细胞外钙调素促进蚕豆气孔关闭的过程

存在于蚕豆保卫细胞质外体的细胞外钙调素(CaM)具有调控气孔运动的重要作用.以蚕豆表皮条为材料,利用激光共聚焦显微技术以及表皮条的生物分析方法研究了细胞外CaM促进气孔关闭的机理.实验结果表明,细胞外CaM能诱导保卫细胞[Ca 2+ ] cyt 升高,且升高程度随细胞外Ca 2+ 浓度的升高而增加;使用Ca 2+ 通道抑制剂的结果表明细胞外CaM诱导保卫细胞[Ca 2+ ] cyt 升高的过程以细胞外Ca 2+ 内流为主.利用G蛋白抑制剂PTX和激活剂CTX后发现,PTX能抑制细胞外CaM诱导的保卫细胞[Ca 2+ ] cyt 升高和气孔关闭,CTX也能通过诱导保卫细胞[Ca 2+ ] cyt 升高来促进气孔关闭,且Ca 2+ 主要来源于细胞外.说明G蛋白可能参与了细胞外CaM促进气孔关闭的过程.根据以上结果我们提出了细胞外CaM调控气孔运动的可能模式:细胞外CaM可能通过激活保卫.     

过氧化氢参与拟南芥根部避盐调控

已有研究发现植物通过调整根部向地性避开高浓度盐离子富集的区域,进而提高植物耐盐性(Halotropism),然而调控植物Halotropism机制尚不清楚。H_2O_2被认为是植物响应盐胁迫的关键信号分子,为探索H_2O_2在Halotropism中的潜在调控作用,文章采用2个H_2O_2水平增强突变体cat2和apx1作为遗传材料进行相关分析。发现与野生型相比,cat2和apx1突变体加速Halotropism现象的出现,暗示H_2O_2有利于根部避盐。进一步观察发现cat2体内的生长素信号明显低于Col-0水平,进一步证实H_2O_2可能是连接植物盐信号与Halotropism现象的中间介导子,并且可能与调控生长素信号有关。此外,文章还分析了重金属离子胁迫(汞和镉)对拟南芥根部向地性的影响,发现拟南芥在汞或镉处理的条件下不会发生像NaCl胁迫诱导的Halotropism现象。     

君子兰叶片光合特性初步探讨——Ⅰ气孔及对O_2和CO_2的交换

君子兰叶片气孔仅存叶之远轴面,属葱形气孔,每平方毫米15——30个,气孔器长径45——35微米。宽叶型品种气孔大于窄叶型品种气孔。昼间随光照增强气孔开度增大,夜间无光气孔开度变小。在3万——10万 Lux 的光强成株[图1]中上层叶片吸收 CO_2量为1.2——5.5mg、dm~(-2).hr~(-1),放 O_2量1——4 mg、dm~(-2)、hr~(-1)。CO_2补偿点50ppm 以下。光饱合点6——9万 Lnx。无光时放出微量 CO_2,吸收微量 O_2,吸收 O_20.07——0.25mg.dm~(-2).hr~(-1),呼吸商(RQ)1.3。气孔及其气体交换显旱境阳生植物特性,但 CO_2同化率低。     

铜胺氧化酶在乙烯诱导蚕豆气孔关闭中的作用

研究了铜胺氧化酶(CuAO)及其催化产物过氧化氢(H2O2)在乙烯利诱导蚕豆气孔关闭中的作用.乙烯释放化合物2-氯乙基磷酸(乙烯利)激活了非质体CuAO活性、提高了保卫细胞H2O2产生并诱导气孔关闭,乙烯利的上述效应被CuAO的两种不可逆抑制剂氨基胍(AG)和2-溴乙胺(BEA)抑制.在几种CuAO催化产物中,只有H2O2能阻止AG或BEA抑制乙烯利诱导气孔关闭.CuAO的主要底物腐胺(Put)也不抑制乙烯利诱导气孔关闭.研究结果表明,CuAO催化产生的H2O2参与了乙烯诱导的蚕豆气孔关闭.