全 文 ：第 34 卷第 3 期
2014 年 3 月
环 境 科 学 学 报
Acta Scientiae Circumstantiae
Vol． 34，No． 3
Mar．，2014
基金项目:山西省科技攻关项目(No． 201103111017-2) ;山西省农业科学院育种工程项目(No． 11yzgc071)
Supported by the Science and Technology Program of Shanxi Province(No． 201103111017-2)and the Breeding Program of Shanxi Academy of
Agricultural Sciences(No． 11yzgc071)
作者简介:魏爱丽(1969—) ，女，教授(博士) ，E-mail:wal69@ sina． com;* 通讯作者(责任作者)
Biography:WEI Aili (1969—) ，female，professor(Ph． D．) ，E-mail:wal69@ sina． com;* Corresponding author
DOI:10． 13671 / j． hjkxxb． 2014． 0135
魏爱丽，辛晓静，王云山，等． 2014． SO2诱导的萱草保卫细胞凋亡及其信号调节［J］．环境科学学报，34(3) :801-806
Wei A L，Xin X J，Wang Y S，et al． 2014． SO2-induced guard cells apoptosis and its signal regulation in Hemerocallis fulva［J］． Acta Scientiae
Circumstantiae，34(3) :801-806
SO2诱导的萱草保卫细胞凋亡及其信号调节
魏爱丽1，* ，辛晓静2，王云山3，张超3，曹冬梅3
1． 太原师范学院生物系，太原 030031
2． 南开大学生命科学学院植物生物学和生态学系，天津 300071
3． 山西省农业科学院园艺研究所，太原 030031
收稿日期:2013-06-17 修回日期:2013-07-04 录用日期:2013-07-04
摘要:SO2是一种常见的大气污染物，急性和慢性暴露都会对植物造成伤害．因此，本文以景观绿化植物萱草叶片下表皮为材料，研究了 SO2对
气孔保卫细胞的致死效应及其可能的信号调节途径．结果表明，利用 SO2体内衍生物-亚硫酸钠和亚硫酸氢钠混合液处理萱草表皮 3 h后，随着
处理浓度(1． 0 ～ 5． 0 mmol·L －1)的增加，萱草保卫细胞生理活性下降，甚至死亡;浓度超过 2． 0 mmol·L －1时，细胞死亡率显著增高(p ＜ 0． 05) ，
死细胞出现核固缩、核拉长、核碎片等典型凋亡特征，保卫细胞内的活性氧种(ＲOS)、一氧化氮(NO)和 Ca2 +水平显著升高．采用不同浓度的抗
氧化剂过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸(AsA) ，Ca2 +螯合剂乙二醇双四乙酸(EGTA)和 Ca2 +通道抑制剂氯化镧(LaCl3)及 NO清除剂羧基-2 苯-
4，4，5，5-四甲基咪唑-1-氧-3 氧化物 (C-PTIO)和合成抑制剂叠氮钠(NaN3)处理后，均可使 SO2衍生物诱发的细胞死亡率降低，以 200 U·mL －1
CAT、0． 05 mmol·L －1的 AsA、EGTA、LaCl3及 0． 20 mmol·L －1的 C-PTIO、NaN3的效果最佳，同时胞内 ＲOS、NO和 Ca2 +水平下降．以上结果表明，
一定浓度的 SO2可诱导萱草保卫细胞死亡，可能通过诱导 ＲOS和 NO爆发，激活细胞质膜钙通道，进而引起胞内 Ca2 +增加，通过 ＲOS-NO-Ca2 +
信号途径介导细胞死亡． SO2诱导的萱草细胞死亡可能存在细胞凋亡过程．
关键词:SO2;萱草;保卫细胞;细胞凋亡;信号调节
文章编号:0253-2468(2014)03-801-06 中图分类号:X171． 5 文献标识码:A
SO2-induced guard cells apoptosis and its signal regulation in Hemerocallis fulva
WEI Aili1，* ，XIN Xiaojing2，WANG Yunshan3，ZHANG Chao3，CAO Dongmei3
1． Department of Biology，Taiyuan Normal University，Taiyuan 030031
2． Department of Plant Biology and Ecology，College of Life Sciences，Nankai University，Tianjin 300071
3． Institute of Horticulture，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030031
Ｒeceived 17 June 2013; received in revised form 4 July 2013; accepted 4 July 2013
Abstract:Chronic and acute exposure to SO2 is associated with increased risk of various damages of plants． In this study，SO2-induced guard cells
apoptosis and its signal regulation in Hemerocallis fulva were studied using epidermal strip experiment treated with different mixtures of sodium sulfite and
sodium bisulfite (3 ∶ 1，mmol·L －1 /mmol·L －1)． The results showed that with the increase of treatment concentration，the physiological activity of the
guard cells declined and cell death occurred． While the concentration of SO2 derivatives exceeded 2． 0 mmol·L －1，the percentage of cell death increased
significantly (p ＜ 0． 05)． Typical features of apoptosis including nuclear condensation，nuclear elongation，fragmentation and apoptotic bodies were
founded． Meanwhile，ＲOS，NO and Ca2 + level increased． However，the percentage of the cell death decreased when the strips exposed to SO2 derivatives
combined with different concentrations of antioxidant ascorbic acid (AsA)or catalase (CAT) ，C-PTIO (NO scavenger)or NaN3(nitrite reductase
inhibitor) ，EGTA (Ca2 + chelating agent)or LaCl3(plasma membrane Ca2 + channel blocker) ，especially the concentration of 200 U·mL －1 CAT，0． 05
mmol·L －1 AsA，EGTA，LaCl3 and 0． 20 mmol·L －1 C-PTIO，NaN3 ． ＲOS，NO and Ca2 + level decreased as well． All results showed that the apoptosis
induced by SO2 in H． fulva might occur via ＲOS-NO-Ca2 + signal pathway．
Keywords:SO2;Hemerocallis fulva;guard cell;cell apoptosis;signal regulation
环 境 科 学 学 报 34 卷
1 引言(Introduction)
SO2是一种主要的大气污染物，其气相和液相
都会对生物的生长和生活造成严重影响，且伤害程
度与 SO2的浓度和污染时间有关． SO2对生物的伤害
主要通过进入生物体内后产生的代谢物———亚硫
酸钠及亚硫酸氢钠对组织、细胞和生物大分子产生
作用(夏宗良等，2009)． 研究发现，较高浓度的 SO2
会抑制植物细胞分裂，诱发根尖细胞发生遗传损伤
(仪慧兰等，2007) ，还可以引起植物组织中活性氧
增加(Li et al．，2012a) ，发生氧化损伤(Kubo et al．，
1995) ，造成植物细胞结构受损，导致蚕豆、拟南芥
等植物细胞发生程序性死亡(Yi et al．，2012;仪惠
兰等，2009)等． 同时，植物通过提高抗氧化酶活性
(Huang et al．，2008) ，诱导抗氧化酶基因和防护基
因的表达等(Kubo et al．，1995;Xia et al．，2012;Li
et al．，2012b) ，提高对 SO2的抗性．
大气中的 SO2主要通过气孔进入植物体内，而
气孔保卫细胞能够对多种内外刺激作出反应，但
SO2浓度过高时会引起气孔保卫细胞结构损伤甚至
死亡(Yi et al．，2012;仪惠兰等，2009)． 研究表明，
脱落酸(ABA)、NO、H2O2和 Ca
2 +等越来越多的信号
分子参与了保卫细胞凋亡的信号转导过程(Yi
et al．，2012;仪惠兰等，2009，Sirichandra et al．，
2009;王毅等，2013) ，而气孔保卫细胞已成为研究
细胞信号转导的模式系统(Hetherington，2011)． 因
此，气孔保卫细胞也是植物对外界刺激作出响应的
最直接的门户，研究气孔保卫细胞活性变化及其与
胞内信号分子之间的关系，对于揭示 SO2引起的保
卫细胞凋亡机理具有重要的意义．
萱 草 (Hemerocallis fulva )隶 属 百 合 科
(Liliaceae) ，花色鲜艳美丽，对土壤适应性强，具有
较强的抗旱、抗盐、抗寒和抗病性等(陈丽飞等，
2007) ，也可以作为氟化物污染的指示植物(Klumpp
et al．，2005) ，是很有观赏和绿化价值的地被植物，
但目前关于 SO2对萱草的影响和机制的研究还未见
报道．鉴于 SO2污染会造成生态环境恶化，开发耐逆
性强又抗 SO2污染且美观的地被植物对美化生态环
境具有重要的意义，而萱草又是优质备选材料． 因
此，本研究根据 SO2进入生物体后以其衍生物的形
式对机体产生影响的事实，采用表皮生物分析法研
究 SO2诱导萱草保卫细胞凋亡及其可能的信号调控
途径，以期为揭示 SO2对景观植物萱草的毒作用机
理和抗逆育种提供理论依据．
2 材料与方法(Materials and methods)
2． 1 材料
供试萱草品 种 为 优 质 大 花 萱 草 金 娃 娃
(Hemerocallis fulva‘Stella deoro’) ，由山西省农业科
学院园艺所提供． 将萱草宿根种植于花盆中生长，
待 6 ～ 8 周后进行实验．
2． 2 表皮条的剥离与药物处理
材料长至 6 ～ 8 周，约 15 ～ 20 片叶子时，取 3 盆
长势良好的植株并取第二层平展叶片，蒸馏水洗涤
后，用尖头镊子撕取叶片下表皮，毛笔刷去叶肉细
胞，置于表皮缓冲液(50 mmol·L －1KCl，10 mmol·L －1
MES，0． 1 mol·L －1 Tris，pH = 6． 7)中．将表皮条置于
含不同浓度药物的缓冲液中，置于温度 26 ℃、光强
5450 lx的光照培养箱中处理 3 h． SO2衍生物处理组
采用浓度分别为 1． 0、1． 5、2． 0、2． 5、3． 0、3． 5、4． 0、
4． 5、5． 0 mmol·L －1的 Na2 SO3和 NaHSO3混合液
(3 ∶ 1，mmol·L －1 /mmol·L －1，以 Na2 SO3浓度计) ;缓
解组分别采用 0． 05、0． 10、0． 50 mmol·L －1的抗坏血
酸(AsA) ，100、200、300 U·mL －1 的过氧化氢酶
(CAT) ，0． 05、0． 10、0． 50 mmol·L －1的 Ca2 +螯合剂
EGTA，0. 05、0． 10、0． 20 mmol·L －1的 Ca2 +通道抑制
剂 LaCl3，0． 05、0． 10、0． 20 mmol·L
－1的硝酸还原酶
(NＲ)抑制剂 NaN3，0． 10、0． 20、0． 30 mmol·L
－1 NO
清除剂 C-PTIO单独作用于表皮条，以及分别以 2． 5
mmol·L －1的 SO2衍生物共同处理表皮条． 每个处理
6 个表皮条．
2． 3 细胞活性检测与核形态观察
采用 Larkin(1976)的方法并稍作改进，取处理
后的表皮条，去离子水冲洗 3 次，部分表皮条用 0． 1
mg·mL －1的 Fluorescein Diacetate (FDA)丙酮溶液暗
染色 15 min，荧光显微镜下观察并统计死亡细胞数
目．具有亮绿色荧光的为活细胞，没有绿色荧光的
为死细胞，荧光较暗则表明细胞活性下降． 每个表
皮条观察至少 150 个气孔，重复 3 次．保卫细胞死亡
率 =死亡保卫细胞数 /观察保卫细胞数 × 100%;另
取部分表皮条于 PI溶液中暗染色 40 min，荧光显微
镜下观察，部分表皮条用卡宝品红染色 40 min，光学
显微镜观察，拍照并统计核异常率．
2． 4 胞内活性氧、NO和 Ca2 +水平检测
参照王毅等(2003)方法，将处理过的表皮条用
去离子水冲洗后，用各荧光指示剂孵育，去离子水
208
3 期 魏爱丽等:SO2诱导的萱草保卫细胞凋亡及其信号调节
冲洗，荧光显微镜下观察并拍照;使用图像分析软
件 Image-ProPlus 6． 0 测量保卫细胞荧光值，计算每
组 800 个细胞的平均值，将对照组荧光值设为 1，各
处理组荧光值与对照组的比值为各组的相对荧光
值(Tomonori et al．，2003)．
2． 5 数据统计分析
用 SPSS17． 0 软件通过方差分析进行显著性检
验，并用 Duncan Multiple Ｒange test 进行校正(不同
处理与对照相比，* p ＜ 0． 05，差异显著;＊＊ p ＜
0. 01，差异极显著;不同字母表示不同处理之间差异
显著，p ＜ 0． 05)．
3 结果(Ｒesults)
3． 1 SO2对萱草保卫细胞的致死效应
萱草保卫细胞经 FDA染色后在荧光显微镜下观
察，发现对照组大部分细胞发亮绿色荧光，处理组细
胞荧光较暗，浓度较高时有大量细胞不发绿色荧光，
为死细胞，说明 SO2可降低保卫细胞活性甚至导致细
胞死亡．从表 1 可以看出，在 1． 0 ～ 5． 0 mmol·L －1的
SO2衍生物处理范围内，随着 SO2衍生物浓度的升
高，萱草下表皮细胞死亡率随之升高． 统计分析表
明，当 SO2衍生物浓度达到 2． 0 mmol·L
－1时，细胞死
亡率达 10． 10%，显著高于对照(p ＜ 0． 05) ;浓度达
到 2． 5 mmol·L －1，细胞死亡率达 63． 50%，极显著高
于对照(p ＜ 0． 01)．
表 1 SO2衍生物对萱草气孔保卫细胞的致死效应
Table 1 Lethal effects of SO2 derivatives on stomatal guard cells in
Hemerocallis fulva
处理浓度 /
(mmol·L －1)
死亡率 核异常率
0 2． 970% ±0． 002% a 2． 040% ±0． 001% a
1． 0 3． 010% ±0． 003% a 2． 730% ±0． 003% a
1． 5 4． 850% ±0． 003% a 4． 760% ±0． 004% a
2． 0 10． 100% ±0． 009% * b 7． 970% ±0． 008% * b
2． 5 63． 50% ±1． 98% ＊＊c 54． 11% ±1． 35% ＊＊c
3． 0 90． 40% ±2． 45% ＊＊d 88． 01% ±1． 96% ＊＊d
3． 5 94． 16% ±2． 67% ＊＊d 88． 24% ±1． 97% ＊＊d
4． 0 97． 44% ±2． 45% ＊＊d 91． 00% ±1． 99% ＊＊d
4． 5 100． 00% ±0． 02% ＊＊d 92． 31% ±2． 09% ＊＊d
5． 0 100． 00% ±0． 01% ＊＊d 95． 92% ±2． 31% ＊＊d
3． 2 SO2对萱草保卫细胞核形态的影响
PI和卡宝品红染色后，将表皮条置于荧光和光
学显微镜下观察，可以看到清晰的核形态．对照组保
卫细胞中细胞核形状规则，而处理组出现典型的
核凋亡特征(图1、图2)．浓度为1． 0 ～ 5． 0mmol·L －1
图 1 SO2衍生物处 3 h后萱草气孔保卫细胞核的形态变化(PI染色) (中间为气孔，两侧为保卫细胞;a． 正常核，核质均匀且较大;b． 核拉
长;c．核固缩;d．核断裂;e．核降解;f．核碎片)
Fig． 1 Morphology changes in nucleus of Hemerocallis fulva guard cell exposure to SO2 derivatives for 3 h(PI staining) (stomata in centre，both sides
are nuclear;a． CK;b． nucleus elongation;c． nucleus condensation;d． nucleus break;e． nuclear degradation;f． nuclear fragmentation)
图 2 SO2衍生物处理 3 h后萱草气孔保卫细胞的核形态(卡宝品红染色;A．正常核;B．左侧核降解;C． 核固缩;D．左侧核降解，右侧核固
缩;E． 核碎片;F．左侧完全降解，右侧核拉长)
Fig． 2 Morphology changes in nucleus of Hemerocallis fulva guard cell exposure to SO2 derivatives for 3 h(carbol fuchsin staining;A． Normal uncelus;
B． left uncelus degradation;C． uncelus condensation，D． uncelus degradation (left side)and uncelus condensation (right side) ;E． uncelus
fragmentation;F． uncelus degradation (left side)and uncelus elongation (right side) )
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环 境 科 学 学 报 34 卷
的 SO2衍生物能够不同程度地诱发萱草气孔保卫细
胞核异常，核异常率随 SO2衍生物浓度升高而升高．
统计分析表明，处理浓度达到 2． 0 mmol·L －1时，核
异常率显著高于对照;浓度达到 2． 5 mmol·L －1时，
核异常率极显著高于对照(表 1)．
3． 3 抗氧化剂对 SO2致萱草气孔保卫细胞凋亡的
缓解效应
细胞活性检测结果显示(表 2、表 3) ，用不同浓
度的抗氧化剂 AsA、CAT 和 2． 5 mmol·L －1 SO2衍生
物共同处理表皮后，均可显著降低保卫细胞死亡
率，降低 ＲOS 含量，有效缓解 SO2胁迫引起的细胞
死亡，表明活性氧参与诱导了二氧化硫介导的萱草
保卫细胞死亡． 荧光亮度观察发现，不同浓度 AsA
对细胞活性、死亡率的影响差异不大，而 300
U·mL －1 CAT虽可以大幅度降低细胞死亡率，但细
胞活性有所下降，因此，AsA为 0． 05 mmol·L －1、CAT
为 100 U·mL －1时效果最好．
表 2 AsA 对 SO2(2． 5 mmol·L －1)致萱草保卫细胞死亡效应的
影响
Table 2 Effects of AsA on guard cells death induced by SO2 derivatives
(2． 5 mmol·L －1)in Hemerocallis fulva
处理 死亡率 ＲOS相对荧光值
CK 0． 710% ±0． 002% a 1． 00a
SO2 63．500% ±1．980%＊＊b 1． 59 ± 0． 05＊＊b
0． 05 mmol·L －1 AsA 1． 290% ±0． 002% a 1． 05 ± 0． 02a
0． 10 mmol·L －1 AsA 1． 240% ±0． 001% a 1． 05 ± 0． 02a
0． 50 mmol·L －1 AsA 2． 160% ±0． 003% a 1． 07 ± 0． 01a
0． 05 mmol·L －1 AsA + SO2 4． 370% ±0． 003% a 1． 12 ± 0． 03a
0． 10 mmol·L －1 AsA + SO2 4． 260% ±0． 004% a 1． 10 ± 0． 02a
0． 50 mmol·L －1 AsA + SO2 3． 190% ±0． 006% a 1． 08 ± 0． 01a
表 3 CAT 对 SO2(2． 5 mmol·L －1)致萱草保卫细胞死亡效应的
影响
Table 3 Effects of CAT on guard cells death induced by SO2 derivatives
(2． 5 mmol·L －1)in Hemerocallis fulva
处理 死亡率 ＲOS相对荧光值
CK 0． 590% ±0． 001% a 1． 0a
SO2 63．50% ±1．98%＊＊c 1． 59 ± 0． 05c
100 U·mL －1 CAT 0． 00% ±0． 00% a 1． 01 ± 0． 01a
200 U·mL －1 CAT 1． 910% ±0． 002% a 1． 03 ± 0． 01a
300 U·mL －1 CAT 8． 380% * ±0． 009% * b 1． 21 ± 0． 02* b
100 U · mL －1 CAT
+ SO2
2． 740% ±0． 003% a 1． 08 ± 0． 02a
200 U · mL －1 CAT
+ SO2
2． 380% ±0． 005% a 1． 05 ± 0． 02a
300 U · mL －1 CAT
+ SO2
7． 910% * ±0． 008% * b 1． 18 ± 0． 01* b
3． 4 Ca2 +干扰剂对 SO2诱导的萱草保卫细胞凋亡
的缓解效应
从表 4和表 5可以看出，用不同浓度的 Ca2 +螯合
剂 EGTA、Ca2 +通道抑制剂 LaCl3及其与 2． 5 mmol·L
－1
SO2衍生物组合后分别处理表皮，与 SO2处理组相
比，均可显著降低保卫细胞死亡率(p ＜ 0． 01) ，胞内
Ca2 +含量降低，有效缓解了 SO2胁迫引起的细胞死
亡，说明 Ca2 +参与了 SO2诱导的萱草保卫细胞死亡．
荧光亮度观察发现，0． 10、0． 50 mmol·L －1 EGTA 及
0. 10、0． 20 mmol·L －1 LaCl3虽可以大幅度降低细胞
死亡率，但细胞活性有所下降，二者均以 0． 05
mmol·L －1时的处理效果最好．
表 4 EGTA对 SO2(2． 5 mmol·L －1)致萱草保卫细胞死亡效应的
影响
Table 4 Effects of EGTA on guard cells death induced by SO2
derivatives(2． 5 mmol·L －1)in Hemerocallis fulva
处理 死亡率 Ca2 +相对荧光值
CK 0． 820% ±0． 002% a 1． 0a
SO2 63．50% ±1．98%＊＊c 1． 59 ± 0． 05＊＊c
0． 05 mmol·L －1 EGTA 0． 930% ±0． 004% a 1． 01 ± 0． 01a
0． 10 mmol·L －1 EGTA 0． 700% ±0． 001% a 1． 02 ± 0． 01a
0． 50 mmol·L －1 EGTA 8． 520% ±0． 013% b 1． 23 ± 0． 02* b
0． 05 mmol·L －1
EGTA + SO2
0． 780% ±0． 003% a 1． 02 ± 0． 01a
0． 10 mmol·L －1
EGTA + SO2
3． 390% ±0． 013% a 1． 11 ± 0． 02a
0． 50 mmol·L －1
EGTA + SO2
5． 300% ±0． 010% a 1． 08 ± 0． 01a
表 5 LaCl3对 SO2(2． 5 mmol·L －1)致萱草保卫细胞死亡效应的
影响
Table 5 Effects of LaCl3 on guard cells death induced by SO2 derivatives
(2． 5 mmol·L －1)in Hemerocallis fulva
处理 死亡率 Ca2 +相对荧光值
0(对照) 0． 780% ±0． 001% a 1． 00a
SO2 63． 50% ±1． 98% c 1． 59 ± 0． 05＊＊c
0． 05 mmol·L －1 LaCl3 0． 16% ±0． 00% a 1． 02 ± 0． 02a
0． 10 mmol·L －1 LaCl3 0． 35% ±0． 00% a 1． 03 ± 0． 02a
0． 20 mmol·L －1 LaCl3 1． 42% ±0． 00% a 1． 01 ± 0． 03a
0． 05 mmol·L －1
LaCl3 + SO2
2． 36% ±0． 00% a 1． 01 ± 0． 01a
0． 10 mmol·L －1
LaCl3 + SO2
4． 78% ±0． 00% a 1． 01 ± 0． 02a
0． 20 mmol·L －1
LaCl3 + SO2
7． 23% ±0． 00% * b 1． 20 ± 0． 03* b
408
3 期 魏爱丽等:SO2诱导的萱草保卫细胞凋亡及其信号调节
3． 5 NO干扰剂对 SO2诱导的萱草气孔保卫细胞凋
亡的缓解效应
从表 6 和表 7 可以看出，不同浓度的硝酸还原
酶(NＲ)抑制剂 NaN3和 NO 清除剂 C-PTIO 分别处
理表皮后，细胞死亡率与对照差异不显著;与 2． 5
mmol·L －1SO2衍生物共同作用时，保卫细胞死亡率
较 SO2处理组极显著降低，有效缓解了 SO2胁迫引起
的细胞死亡，说明 NO 参与了 SO2诱导的萱草保卫
细胞死亡．荧光亮度观察发现，0． 05、0． 10 mmol·L －1
NaN3及 0． 10 mmol·L
－1、0． 30 mmol·L －1C-PTIO虽可
以大幅度降低细胞死亡率，但细胞活性有所下降，
二者均以 0． 20 mmol·L －1时处理效果最好．
表 6 NaN3对 SO2(2． 5 mmol·L －1)致萱草保卫细胞死亡效应的
影响
Table 6 Effects of NaN3 on guard cells death induced by SO2 derivatives
(2． 5 mmol·L －1)in Hemerocallis fulva
处理 死亡率 NO相对荧光值
CK 0． 780% ±0． 001% a 1． 0a
SO2 63． 50% ±1． 98%＊＊c 1． 60 ± 0． 05＊＊ c
0． 05 mmol·L －1 NaN3 0． 280% ±0． 003% a 1． 0 ± 0． 02a
0． 10 mmol·L －1 NaN3 0． 870% ±0． 004% a 1． 06 ± 0． 03a
0． 20 mmol·L －1 NaN3 0． 150% ±0． 000a 1． 01 ± 0． 02a
0． 05 mmol·L －1
NaN3 + SO2
7． 980% ±0． 006% * b 1． 23 ± 0． 01b*
0． 10 mmol·L －1
NaN3 + SO2
3． 680% ±0． 000a 1． 02 ± 0． 02a
0． 20 mmol·L －1
NaN3 + SO2
4． 460% ±0． 006% * b 1． 15 ± 0． 02* b
表 7 C-PTIO对 SO2(2． 5 mmol·L －1)致萱草保卫细胞死亡效应的
影响
Table 7 Effects ofC-PTIO on guard cells death induced by SO2
derivatives(2． 5 mmol·L －1)in Hemerocallis fulva
处理 死亡率 /( ) NO相对荧光值
CK 0． 780% ±0． 001% a 1． 0a
SO2 63． 50% ±1． 98%＊＊d 1． 59 ± 0． 05＊＊d
0． 10 mmol·L －1 C-PTIO 0． 00% ±0． 00% a 1． 02 ± 0． 02a
0． 20 mmol·L －1 C-PTIO 0． 620% ±0． 002% a 1． 08 ± 0． 03a
0． 30 mmol·L －1 C-PTIO 1． 280% ±0． 006% a 1． 11 ± 0． 03a
0． 10 mmol·L －1
C-PTIO + SO2
14． 920% ±0． 008% * b 1． 30 ± 0． 02b
0． 20 mmol·L －1
C-PTIO + SO2
4． 410% ±0． 003% a 1． 19 ± 0． 02* a
0． 30 mmol·L －1
C-PTIO + SO2
41．040% ±0．012%＊＊c 1． 45 ± 0． 03＊＊c
4 讨论(Discussion)
SO2对植物的伤害涉及多个方面，如遗传损伤、
生物大分子结构损伤、代谢紊乱等(Yi et al．，
2012)． SO2诱导的植物细胞程序性死亡已在拟南
芥、蚕豆等植物细胞中发现(仪惠兰等，2009;Yi
et al．，2012)． 本研究中，SO2衍生物处理能导致保
卫细胞活性下降，出现核固缩、核降解、凋亡小体等
典型程序性死亡特征(Ｒeape et al．，2008;Van
Doorn et al．，2011，Yi et al．，2012) ，说明 SO2诱导的
萱草细胞死亡中，可能存在凋亡过程．
活性氧是一种新的第二信使信号分子，在细胞
增殖、分化、凋亡等调控中起重要作用(景亚武等
2003) ，同时植物遭遇逆境胁迫时传递信号，使植物
组织产生一系列的防御反应(Neill，2002) ，表现为
低浓度促进细胞生长，高浓度促进细胞凋亡，甚至
导致细胞坏死(Polle，2001;Mittler，2002)． AsA 和
CAT是两种重要的抗氧化剂，可以通过不同的途径
来清除细胞内多余的活性氧(Smirnoff，1996;Huang
et al．，2005;程艳丽，2005)． 本实验中，当用 AsA 或
CAT与 SO2衍生物同时处理表皮，保卫细胞死亡率
下降，有效缓解了 SO2胁迫引起的细胞凋亡，表明
ＲOS介导了萱草保卫细胞凋亡．
NO是一种普遍存在于生物中的多功能气体信
号分子，参与许多生理和病理过程(王鹏程，2009) ，
如调控植物气孔运动，诱导抗病等防御基因的表
达，促进细胞编程性死亡等(Delledonne et al．，
1998;Ｒomero et al．，2004;Bright et al．，2006) ，表现
为低浓度促进细胞生长，高浓度引起活性氧爆发
(Yoshioka et al． 2011) ，促进细胞凋亡，甚至导致细
胞坏死(Satoh et al．，2007;He et al．，2012)． Clarke
对拟南芥悬浮细胞的研究结果表明，NO 可独立引
起细胞死亡，不依赖于 ＲOS(Clarke et al．，2000)．
植物细胞中 NO 的信号途径可通过 CGMP、蛋白激
酶、Ca2 + 等胞内信使介导多种生物学效应(Clarke
et al．，2000;Neill et al．，2003)． 本实验中，SO2胁迫
组保卫细胞死亡率增高，采用 NO清除剂 C-PTIO及
NO产生抑制剂 NaN3处理后，显著降低了胞内 NO
的量，用 Ca2 + 螯合剂 EGTA 和 Ca2 + 通道抑制剂
LaCl3处理后，显著降低了胞内 Ca
2 +浓度，同时，SO2
诱导的细胞死亡率大幅降低，表明 NO 和 Ca2 +参与
了 SO2诱导的萱草细胞凋亡．
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环 境 科 学 学 报 34 卷
5 结论(Conclusions)
本研究用景观植物萱草研究了二氧化硫的对
萱草保卫细胞毒性效应及其可能的信号调节机制，
发现一定浓度的 SO2可诱导萱草保卫细胞死亡，其
可能通过诱导 ＲOS和 NO爆发，激活细胞质膜钙通
道，进而引起胞内 Ca2 +增加，通过 ＲOS-NO-Ca2 +信
号途径介导细胞死亡，表明 SO2诱导的萱草细胞死
亡可能存在细胞凋亡过程．
责任作者简介:魏爱丽(1969—)，女，教授，主要从事环境毒
理和生态学方面的研究．
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