全 文 ：第 36 卷第 2 期
2016 年 2 月
环 境 科 学 学 报
Acta Scientiae Circumstantiae
Vol． 36，No． 2
Feb．，2016
基金项目:山西省科技基础条件平台项目(No． 2014091003-0108) ;山西省科技攻关项目(No． 20110311017-1)
Supported by the Science and Technology Base Platform Program of Shanxi Province(No． 2014091003-0108)and the Science and Technology Program of
Shanxi Province(No． 201103111017-1)
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． 2015． 0487
魏爱丽，韩二琴，张小冰，等． 2016． SO2诱导的萱草保卫细胞气孔运动及其信号调节［J］．环境科学学报，36(2) :740-746
Wei A L，Han E Q，Zhang X B，et al． 2016． SO2-induced stomatal movement and its signal regulation in guard cells of Hemerocallis fulva［J］． Acta
Scientiae Circumstantiae，36(2) :740-746
SO2诱导的萱草保卫细胞气孔运动及其信号调节
魏爱丽1，* ，韩二琴2，张小冰1，武凤洁3，辛晓静3，王婷1，张珊珊1，王云山4，曹冬梅4
1． 太原师范学院生物系，太原 030031
2． 西南大学生命科学学院，重庆 400715
3． 南开大学生命科学学院植物生物学和生态学系，天津 300071
4． 山西省农业科学院园艺研究所，太原 030031
收稿日期:2015-04-20 修回日期:2015-05-25 录用日期:2015-05-25
摘要:气孔运动调节对植物抵御环境胁迫具有十分重要的作用，然而，其在 SO2对景观植物毒作用过程中的响应及可能的信号机制目前还不清
楚．因此，本文以萱草叶片下表皮为材料，研究了 SO2诱导的萱草保卫细胞气孔运动及其信号调节．结果表明，50 ～ 400 μmol·L －1 SO2衍生物
(Na2 SO3∶ NaHSO3 = 3 ∶ 1)处理萱草叶表皮后，保卫细胞气孔开度随处理浓度增大而逐渐减小，Ca2 +、NO和 ＲOS含量逐渐增加(p ＜ 0． 05) ，且处
理浓度大于 250 μmol·L －1时，各指标与对照差异极显著(p ＜ 0． 01) ;经缓冲液洗脱处理后，50 ～ 250 μmol·L －1 SO2衍生物处理组气孔开度恢复
显著(p ＜ 0． 01)．用 250 μmol·L －1 SO2衍生物分别与抗氧化剂抗坏血酸(AsA:0． 05、0． 1、0． 5 mmol·L －1)和过氧化氢酶(CAT:100、200、300 U·
mL －1) ，Ca2 +螯合剂 EGTA(0． 05、0． 1、0． 5 mmol·L －1)和 Ca2 +通道抑制剂 LaCl3(0． 05、0． 1、0． 5 mmol·L －1) ，以及硝酸还原酶抑制剂 NaN3(0．
05、0． 1、0． 2 mmol·L －1)、NO清除剂 C-PTIO(0． 05、0． 2、0． 5 mmol·L －1)和 NO 合成酶抑制剂 L-NAME(0． 01、0． 02、0． 03 mmol·L －1)共同作用
后，与 SO2衍生物单独处理组相比，气孔关闭程度显著减小，保卫细胞中 Ca2 +、NO 和 ＲOS含量显著降低．用抗氧化剂 AsA、NO干扰剂 L-NAME
和 SO2处理后，ＲOS、Ca2 +和 NO水平均显著降低，而用钙离子干扰剂 EGTA和 SO2处理后，只有 Ca2 +水平显著降低，而 ＲOS、NO水平变化不显
著．以上结果表明，NO、ＲOS和 Ca2 +参与了气孔运动的调节，且 Ca2 +在 NO、ＲOS下游发挥作用．
关键词:SO2;萱草;保卫细胞;气孔运动;信号调节
文章编号:0253-2468(2016)02-740-07 中图分类号:X171． 5 文献标识码:A
SO2-induced stomatal movement and its signal regulation in guard cells of
Hemerocallis fulva
WEI Aili1，* ，HAN Erqin2，ZHANG Xiaobing1，WU Fengjie3，XIN Xiaojing3，WANG Ting1，ZHANG Shanshan1，
WANG Yunshan4，CAO Dongmei4
1． Department of Biology，Taiyuan Normal University，Taiyuan 030031
2． College of Life Sciences，Southwest University，Chongqing 400715
3． Department of Plant Biology and Ecology，College of Life Science，Nankai University，Tianjin 300071
4． Institute of Horticulture，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030031
Ｒeceived 20 April 2015; received in revised form 25 May 2015; accepted 25 May 2015
Abstract:Stomatal movement regulation plays an important role in resisting environmental stress on plants，but up to now it is unclear about the response
of the stomata of landscape plants to SO2-induced toxicities and the signal transduction mechanism． In this study，epidermal strip experiment was
employed to investigate SO2-induced stomatal movement and its signal regulation in the case of Hemerocallis fulva，with their leaves treated by 50 ～ 400
μmol·L －1 of SO2 derivatives (Na2 SO3∶ NaHSO3 = 3 ∶ 1)． The results showed that with the increase of treatment concentrations，the stomatal aperture
decreased in size in a dose-dependent manner while the cellular NO，ＲOS and Ca2 + levels increased significantly(p ＜ 0． 05) (in particular when the
concentration of SO2 derivatives exceeded 250 μmol·L －1)． And within 50 ～ 250 μmol·L －1 of treatment concentrations，the stomatal aperture could be
2 期 魏爱丽等:SO2诱导的萱草保卫细胞气孔运动及其信号调节
recovered reversibly after the treated leaves were eluted by buffer solution． In addition，SO2-induced stomatal closure together with increase of cellular
NO，ＲOS，and Ca2 + levels could be effectively blocked by adding antioxidant ascorbic acid (AsA:0． 05，0． 1，0． 5 mmol·L －1) ，hydrogen peroxide
enzyme (CAT:100，200，300 U·mL －1) ，EGTA (a Ca2 + chelator:0． 05，0． 1，0． 5 mmol·L －1) ，LaCl3(a Ca2 + channel inhibitor:0． 05，0． 1，0． 5 mmol
·L －1) ，NaN3(a nitrate reductase inhibitor:0． 05，0． 1，0． 2 mmol·L －1) ，C-PTIO (a NO scavenger:0． 05，0． 2，0． 5 mmol·L －1)or L-NAME (a NO
synthetase inhibitor:0． 01，0． 02，0． 03 mmol·L －1)． Addition of L-NAME or AsA in 250 μmol·L －1 of SO2 derivatives led to a significant decrease in the
levels of cellular NO，ＲOS and Ca2 +，whereas addition of EGTA resulted in the decrease of Ca2 + levels and posed little influences on NO and ＲOS
levels． The above results suggested that Ca2 +，NO and ＲOS were involved in SO2-induced stomatal closure of leaf guard cells in H． fulva．，and Ca2 +
played significant roles in the downstream of ＲOS and NO．
Keywords:SO2;Hemerocallis fulva;guard cell;stomatal movement;signal regulation
1 引言(Introduction)
二氧化硫(Sulfur dioxide，SO2)是常见的大气污
染物之一，主要来源于煤、石油燃烧和含硫矿石的
冶炼等． SO2易溶于水，会生成亚硫酸，并形成危害
严重的酸雨，进而制约植物的生长发育(Pan et al．，
2001) ，也可以以气体方式从气孔进入植物体内，产
生 HSO －3 和 SO
2 －
3 ，SO
2 －
3 被氧化成 SO
2 －
4 ，同时产生大
量活性氧(ＲOS) ，如超氧阴离子(O －2 )、过氧化氢
(H2O2)、羟基自由基(·OH) ，从而产生氧化胁迫
(Madamanchi et al．，1991;Xia et al．，2012; Li
et al．，2012) ，对组织、细胞和生物大分子产生作用
(夏宗良等，2009)．
气孔在植物与外界进行气体和水分交换中起
着关键作用． 气孔保卫细胞能够感知环境中温度、
光照、空气湿度及气体组分等的变化，对多种内外
刺激做出反应(Pei et al． 2000;Sirichandra et al．，
2009)．大气中的 SO2通过气孔进入植物体后，植物
可以通过调节气孔开度来限制 SO2进入组织，防御
SO2伤害，调节植物的抗逆反应(Fan et al．，2004;
李利红等，2008)． 低浓度的 SO2能影响植物气孔运
动，导致气孔开度减小，影响植物的正常生理活动，
高浓度的 SO2会造成气孔保卫细胞结构损伤，甚至
死亡(Madamanchi et al．，1991;Yi et al．，2012;魏爱
丽等，2014)．
研究表明，NO、H2 O2、Ca
2 +、脱落酸(ABA)SA
和 H2S等越来越多的信号分子参与了保卫细胞气
孔响应环境刺激的信号调节过程(刘新等，2003;吕
东等，2005;Yan et al．，2007;Li et al．，2014)． H2S、
Ca2 +、NO 和 ＲOS 在模式植物拟南芥和一些农作物
如蚕豆、甘薯等对 SO2的响应过程中起着很重要的
作用(赵均等，2014;仪慧兰等，2012;景秀清，2012，
Hu et al．，2014)． 然而关于 SO2胁迫下景观植物气
孔对 SO2响应的信号机制还很少有报道．
园林景观植物是城市生态环境的主体，在改善
空气质量，维护生态平衡，改善生态环境中起着主
导和不可替代的作用． 萱草(Hemerocallis fulva) ，隶
属百合科，多年生宿根草本花卉，是非常重要的园
林固坡和城市绿化植物，因而很早就引起了学者的
广泛的重视(陈丽飞，2007;Griesbach，1989;Zhang
et al．，2014)． SO2污染造成环境恶化，研究其对景观
园林绿化植物的毒作用机制，对城市绿化建设和环
境保护工作有着及其重要的理论和现实意义． 本课
题组前期研究了 SO2胁迫对萱草保卫细胞的致死效
应及其信号调节(Wei et al．，2013) ，然而萱草气孔
对 SO2胁迫是如何响应的，又有哪些信号分子起作
用还尚未进行深入研究． 因此，本文以萱草叶片下
表皮为材料，进一步研究 SO2诱导的萱草保卫细胞
气孔运动及其信号调节．
2 材料与方法(Materials and methods)
2． 1 实验材料
将优质大花萱草金娃娃(Hemerocallis fulva
‘Stella deoro’)宿根种植于花盆中，温室培养，待 6
～ 8 周后，植株约 15 ～ 20 片叶子，叶长约 20 cm 时
进行实验．
2． 2 药物处理
取 10 盆长势良好的萱草植株，并取第 2 层平展
叶片，用镊子撕取其下表皮，毛刷去除表皮上的叶
肉组织．将长宽适中的表皮块浸于 MES 缓冲液(50
mmol·L －1 KCl，10 mmol·L －1 MES，0． 1 mmol·L －1
Tris，pH为 6． 4)中，保证以下每个处理至少 6 个表
皮条．
2． 2． 1 SO2衍生物处理 将表皮条置于 MES 缓冲
液中，在培养箱中照光(96 μmol·m －2·s － 1)处理 3 h，
让气孔张开，然后将处理过的表皮条用 50 ～ 400
μmol·L －1 的 SO2衍生物(Na2SO3∶ NaHSO3 = 3 ∶ 1)照
光 3 h，观察气孔开度． 取部分经照光和 SO2衍生物
处理过的表皮条置于缓冲液中，在光下洗脱恢复处
理 3 h，观察气孔关闭程度．
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环 境 科 学 学 报 36 卷
2． 2． 2 缓解处理 将表皮块置于缓冲液中，在培养
箱中光照培养 3 h，分别转移到含 250 μmol·L －1 SO2
衍生物和相应浓度的干扰剂中光照培养 3 h．一部分
表皮用于测量气孔开度，另一部分表皮进行荧光标
记，测量信号分子含量． 干扰剂包括抗氧化剂抗坏
血酸(AsA:0． 05、0． 1、0． 5 mmol·L －1)、过氧化氢酶
(CAT:100、200、300 U·mL －1)、Ca2 + 螯合剂 EGTA
(0． 05、0． 1、0． 5 mmol·L －1)、Ca2 +通道抑制剂 LaCl3
(0． 05、0． 1、0． 5 mmol·L －1)、硝酸还原酶抑制剂
NaN3(0． 05、0． 1、0． 2 mmol·L
－1)、NO 清除剂 C-
PTIO(0． 05、0． 2、0． 5 mmol·L －1)和 NO 合成酶抑制
剂 L-NAME(0． 01、0． 02、0． 03 mmol·L －1)．
2． 2． 3 荧光标记 表皮块经缓解处理之后用蒸馏
水清洗几次，将其取出，经 AsA 和 CAT 处理的表皮
块用活性氧荧光探针 DCFH-DA (20 μmol·L －1)荧
光标记，并在培养箱中暗孵育 1 h(25 ℃) ，测量保卫
细胞中 ＲOS 含量;经 Ca2 +螯合剂 EGTA 和 Ca2 +通
道抑制剂 LaCl3处理的表皮块用钙离子荧光探针
Fluo-3AM(10 μmol·L －1)进行荧光标记，在培养箱
中暗孵育 2 h(25 ℃) ，测定细胞内钙离子含量;经硝
酸还原酶抑制剂 NaN3、NO 清除剂 C-PTIO 和 NO 合
成酶抑制剂 L-NAME 处理过的表皮块用 NO 荧光
探针 DAF-FMDA (10 μmol·L －1)荧光标记，在培养
箱中暗孵育 1． 5 h(25 ℃) ，测定细胞内 NO 含量．
2． 2． 4 保卫细胞内 ＲOS、Ca2 +、NO 在气孔运动中
的相互关系 表皮块经缓解处理之后用蒸馏水清
洗几次，将其取出． 经 EGTA、AsA 和 L-NAME 处理
过的表皮条各自分别分成 3 部分，分别测定经不同
干扰剂处理之后保卫细胞内 ＲOS、Ca2 + 和 NO 的
含量．
2． 3 指标测定
2． 3． 1 气孔开度测量 将药物处理后的表皮条用
缓冲液漂洗后置于载坡片上，装片在光学显微镜下
进行观察，采用 MOTIC Advanced 3． 2 数码成像采集
系统采集图片(10 × 40) ，并使用该软件进行气孔开
度测量．每组处理随机选取至少 100 个气孔进行测
量，实验重复测 3 次，最后统计平均值．
2． 3． 2 保卫细胞内钙离子、一氧化氮和活性氧含量
检测 将用 Ca2 +、NO 和 ＲOS 荧光探针标记后的表
皮块经暗孵育后置于载坡片上，制成装片，置于
OLYMPUS DP70 荧光显微镜蓝色激发光下观察并
拍照(40 ×) ，采用图像分析软件 Image-Pro Plus 6． 0
测量保卫细胞荧光值，每组测量 100 个细胞，计算各
组荧光信号的平均值;将对照组的荧光值设为 1，相
对荧光值即为各处理组与对照组荧光值之比，用不
同信号分子的相对荧光值分别代表其含量(魏爱丽
等，2014)．
2． 4 数据统计分析
计算每组经 3 次重复实验数值的平均值和标准
差． F检验后，采用 Duncan方法进行多重比较，分析
不同处理组与对照组间的差异显著性． 各表中* 表
示 p ＜ 0． 05，为差异显著，＊＊表示 p ＜ 0． 01，为差异
极显著，均与对照相比;各表中各数据后面的字母
的排序从小到大为 a，b，c…，不同字母代表差异显
著(p ＜ 0． 05)．
3 结果与分析(Ｒesults and analysis)
3． 1 SO2处理对萱草保卫细胞气孔开度的影响
由表 1 可以看出，将萱草叶表皮置于缓冲液中
光照处理 3 h后，用不同浓度的 SO2衍生物处理 3 h，
萱草保卫细胞的气孔开度随 SO2衍生物浓度的增加
呈递减趋势． 统计分析表明，250 ～ 400 μmol·L －1
SO2衍生物处理组气孔开度极显著(p ＜ 0． 01)小于
对照组． 250 μmol·L －1SO2衍生物处理组气孔开度减
少了 44%，400 μmol·L －1 SO2衍生物处理组气孔开
度减小了 83% ．说明 SO2可促进萱草开放的气孔关
闭，较高浓度组的效果尤为显著．
表 1 不同浓度 SO2衍生物处理后的萱草保卫细胞气孔开度
Table 1 Stomatal aperture of guard cells of H． fulva leaves treated with
SO2 derivatives
处理浓度 /
(μmol·L －1)
气孔开度 /μm
照光 洗脱恢复
0 1． 93 ± 0． 044d 1． 93 ± 0． 044c
50 1． 76 ± 0． 045d 1． 88 ± 0． 032c
100 1． 72 ± 0． 024d 1． 85 ± 0． 023c
150 1． 68 ± 0． 030d 1． 84 ± 0． 025c
200 1． 42 ± 0． 032* c 1． 81 ± 0． 030c
250 1． 13 ± 0． 030＊＊b 1． 80 ± 0． 021c
300 0． 99 ± 0． 030＊＊b 1． 61 ± 0． 023* b
400 0． 33 ± 0． 032＊＊a 0． 86 ± 0． 023＊＊a
光照后经不同浓度 SO2衍生物处理 3 h 的萱草
表皮浸于缓冲液中洗脱处理 3 h，测量气孔开度，发
现 SO2衍生物处理所导致的气孔关闭程度均有所缓
解． 0 ～ 250 μmol·L －1的 SO2衍生物处理组气孔开度
恢复程度较大，250 μmol·L －1 SO2衍生物处理组气
孔恢复增幅为 93%，而 300 ～ 400 μmol·L －1的 SO2
247
2 期 魏爱丽等:SO2诱导的萱草保卫细胞气孔运动及其信号调节
衍生物处理组气孔开度极显著低于对照组． 结果表
明，250 μmol·L －1的 SO2衍生物能引起萱草气孔开
度极显著降低，但恢复处理后萱草保卫细胞气孔开
度又能极显著恢复，证明此浓度下萱草保卫细胞能
够灵敏调节气孔运动，故以此浓度进行后续试验．
3． 2 ＲOS 干扰剂对 SO2胁迫下萱草气孔运动的
影响
由表 2 和图 1 可以看出，250 μmol·L －1 SO2显著
降低了萱草保卫细胞气孔开度，ＲOS 相对荧光值即
ＲOS水平极显著增高，添加不同浓度的 AsA和 CAT
处理后，各处理组气孔开度均增大;添加 0． 05、0． 1、
0． 5 mmol·L －1 AsA处理后气孔开度比单独 SO2处理
组分别增加 39． 8%、54． 9%、44． 2%，ＲOS 含量下降
17． 6%、34． 2%和 29． 2%;添加浓度为 100、200、300
U·mL －1 CAT处理后气孔开度比单独 SO2处理组分别
表 2 AsA、CAT和 250 μmol·L －1 SO2衍生物处理后保卫细胞的气
孔开度和 ＲOS含量
Table 2 Stomatal aperture and ＲOS content treated with 250 μmol·L －1
SO2，AsA and CAT
处理浓度
(AsA mmol·L －1; CAT U·
mL －1)
气孔开度 /μm ＲOS相对荧光值
CK 1． 93 ± 0． 044c 1． 00a
SO2 1． 13 ± 0． 032＊＊a 1． 81 ± 0． 002＊＊c
0． 05 AsA + SO2 1． 58 ± 0． 037b 1． 49 ± 0． 002* b
0． 10 AsA + SO2 1． 75 ± 0． 046b 1． 19 ± 0． 004a
0． 50 AsA + SO2 1． 63 ± 0． 038b 1． 28 ± 0． 002a
100 CAT + SO2 1． 61 ± 0． 039b 1． 47 ± 0． 004* b
200 CAT + SO2 1． 69 ± 0． 025b 1． 17 ± 0． 002a
300 CAT + SO2 1． 57 ± 0． 041b 1． 51 ± 0． 003* b
图 1 AsA和 CAT处理后保卫细胞中的 ＲOS 水平荧光标记图
(A ～ H对应处理见表 1)
Fig． 1 Fluorescence labeling graphs of ＲOS levels of guard cells
treated with AsA and CAT in H． fulva leaves
提高 42． 5%、49． 6%和 38． 9%，ＲOS 含量分别下降
18． 8%、35． 3%和 16． 6%，且以 0． 1 mmol·L －1 AsA
和 200 U·mL －1 CAT处理组气孔开度增幅较大，ＲOS
水平比 SO2处理组降低显著，说明 ＲOS 参与了萱草
保卫细胞的气孔运动．
3． 3 NO干扰剂对 SO2胁迫下萱草气孔运动的影响
从表 3 和图 2 可以看出，250 μmol·L －1SO2显著
降低了萱草保卫细胞气孔开度，NO 相对荧光值即
NO水平极显著增高． 用不同浓度的硝酸还原酶抑
制剂 NaN3、NO 合成酶抑制剂 L-NAME 和 NO 清除
剂 C-PTIO处理后，各处理组气孔开度均增大;0． 05、
0． 2、0． 5 mmol·L －1 NaN3处理后，气孔开度比单独
SO2处理组分别增加 38． 1%、48． 7%、39． 0%;0． 05、
0． 02、0． 03 mmol·L －1 L-NAME处理后气孔开度的增
幅分别为 37． 1%、53． 1%、45． 1%;0． 05、0． 2、0． 5
mmol·L －1 C-PTIO 处理后气孔开度的增幅分别为
38． 1%、51． 3%、40． 1% ． 相对荧光值即 NO 水平比
单独 SO2处理组显著降低，0． 05、0． 2、0． 5 mmol·L
－1
NaN3处理后 NO 水平比 SO2处理组降低了 19%、
33%、27%;0． 05、0． 02、0． 03 mmol·L －1 L-NAME 处
理后 NO水平降低了 9． 8%、29%、24%;0． 05、0． 2、
0． 5 mmol·L －1 C-PTIO处理后 NO水平降低了 15%、
23%、19% ．且以 0． 2 mmol·L －1NaN3和 0． 2 mmol·L
－1
C-PTIO，以及0． 02 mmol·L －1 L-NAME 处理组气孔开
度增幅较大，NO 水平比 SO2处理组降低显著． 说明
NO参与了萱草保卫细胞的气孔运动．
表 3 NaN3、L-NAME、C-PTIO 和 250 μmol·L －1 SO2衍生物共同
处理后保卫细胞的气孔开度和 NO含量
Table 3 Stomatal aperture and ＲOS content treated with NaN3，L-
NAME，C-PTIO and 250 μmol·L －1 SO2 in H． fulva leaves
处理组 /
(mmol·L －1)
气孔开度 /μm NO相对荧光值
CK 1． 93 ± 0． 044c 1a
250 μmol·L －1SO2 1． 13 ± 0． 032＊＊a 1． 62 ± 0． 003＊＊c
0． 05 mmol·L －1 NaN3 + SO2 1． 56 ± 0． 028b 1． 31 ± 0． 005b
0． 20 mmol·L －1 NaN3 + SO2 1． 68 ± 0． 040b 1． 08 ± 0． 003b
0． 50 mmol·L －1 NaN3 + SO2 1． 57 ± 0． 030b 1． 17 ± 0． 006b
0． 01 mmol·L －1 L-NAME + SO2 1． 55 ± 0． 029b 1． 46 ± 0． 005* c
0． 02 mmol·L －1 L-NAME + SO2 1． 73 ± 0． 048b 1． 15 ± 0． 005b
0． 03 mmol·L －1 L-NAME + SO2 1． 64 ± 0． 036b 1． 23 ± 0． 008b
0． 05 mmol·L －1 C-PTIO + SO2 1． 56 ± 0． 017b 1． 38 ± 0． 006b
0． 20 mmol·L －1 C-PTIO + SO2 1． 71 ± 0． 036b 1． 25 ± 0． 003b
0． 50 mmol·L －1 C-PTIO + SO2 1． 59 ± 0． 028b 1． 31 ± 0． 004b
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环 境 科 学 学 报 36 卷
图 2 NaN3，L-NAME和 C-PITO处理后保卫细胞中 NO水平
的荧光标记图(A ～ K对应处理见表 3)
Fig． 2 Fluorescence labeling graphs of NO levels of guard cells
treated with NaN3，L-NAME and C-PITO in H． fulva leaves
3． 4 钙离子对 SO2胁迫下萱草气孔运动的影响
图 3 EGTA 和 LaCl3处理后保卫细胞中 Ca2 +水平的荧光标
记图(A ～ H对应处理见表 4)
Fig． 3 Fluorescence labeling graphs of Ca2 + levels of guard cells
treated with EGTA and LaCl3 in H． fulva leaves
由表 4 和图 3 可以看出，250 μmol·L －1 SO2显著
降低了萱草保卫细胞气孔开度，Ca2 +相对荧光值即
Ca2 +水平极显著增高． 用不同浓度的 Ca2 + 螯合剂
EGTA(0． 05、0． 1、0． 5 mmol·L －1)和 Ca2 +通道抑制
剂 LaCl3(0． 05、0． 1、0． 2 mmol·L
－1)处理后，各处理
组气孔开度均增大;浓度为 0． 05、0． 1、0． 5 mmol·
L －1 EGTA 处理后气孔开度的增幅分别为 39． 8%、
52． 2%和42． 5%;浓度为 0． 05、0． 1、0． 2 mmol·L －1
LaCl3处理后气孔开度的增幅分别为 39． 8%、49． 6%
和 43． 4% ．相对荧光值即 Ca2 +水平比 SO2处理组显
著降低;0． 05、0． 1、0． 5 mmol·L －1 EGTA处理后 Ca2 +
水平降低了 24%、43%、31%;0． 05、0． 1、0． 2 mmol·
L －1 LaCl3处理后 Ca
2 +水平降低了 18%、36%、31%，且
以 0． 1 mmol·L －1 EGTA 和 0． 1 mmol·L －1 LaCl3处理
的气孔开度增幅较大，Ca2 +水平比 SO2处理组降低
显著．说明 Ca2 +参与了萱草保卫细胞的气孔运动．
表 4 EGTA、LaCl3和 250 μmol·L －1 SO2衍生物处理后保卫细胞的
气孔开度和 Ca2 +含量
Table 4 Stomatal aperture and ＲOS content treated with EGTA，LaCl3
and 250 μmol·L －1 SO2 in H． fulva leaves
处理组 /
(mmo·L －1)
气孔开
度 /μm
Ca2 +相对
荧光值
CK 1． 93 ± 0． 044c 1a
250 μmol·L －1 SO2 1． 13 ± 0． 032＊＊a1． 88 ± 0． 011＊＊c
0． 05 mmol·L －1 EGTA + SO2 1． 58 ± 0． 035b 1． 42 ± 0． 008* b
0． 10 mmol·L －1 EGTA + SO2 1． 72 ± 0． 048b 1． 08 ± 0． 015a
0． 50 mmol·L －1 EGTA + SO2 1． 61 ± 0． 033b 1． 29 ± 0． 007a
0． 05 mmol·L －1 LaCl3 + SO2 1． 58 ± 0． 028b 1． 54 ± 0． 003* b
0． 10 mmol·L －1 LaCl3 + SO2 1． 69 ± 0． 042b 1． 21 ± 0． 006a
0． 20 mmol·L －1 LaCl3 + SO2 1． 62 ± 0． 034b 1． 29 ± 0． 009a
3． 5 SO2引起的萱草气孔运动中 NO 和 ＲOS 的信
号作用
由表 5 可以看出，抗氧化剂 AsA 与 SO2衍生物
共同作用后，保卫细胞内的 ＲOS、Ca2 +和 NO含量均
较 SO2单独处理组减少，但 NO 的减少幅度相对小;
NO合成酶抑制剂 L-NAME 与 SO2衍生物共同作用
后，细胞内NO、Ca2 +和ＲOS含量也均减少;而Ca2 +
表 5 ＲOS、NO、Ca2 +干扰剂和 SO2衍生物共同作用后的相对水平
Table 5 ＲOS，NO，Ca2 + levels treated by their antagonists and
SO2 derivatives
处理组
ＲOS相对
荧光值
Ca2 +相对
荧光值
NO相对
荧光值
CK 1a 1a 1a
250 μmol·L －1SO2 1． 81 ± 0． 002＊＊c 1． 88 ± 0． 01＊＊c 1． 62 ±0． 003＊＊c
0． 10 mmol·L －1AsA + SO2 1． 19 ± 0． 004a 1． 17 ± 0． 002a 1． 30 ± 0． 003* b
0．02 mmol·L －1L-NAME +SO2 1． 41 ± 0． 005* b 1． 33 ± 0． 006* b 1． 15 ± 0． 005a
0．10 mmol·L －1EGTA +SO2 1．63 ±0．003＊＊c 1．08 ±0．015a 1． 45 ±0． 004＊＊c
447
2 期 魏爱丽等:SO2诱导的萱草保卫细胞气孔运动及其信号调节
螯合剂 EGTA与 SO2衍生物共同作用后，保卫细胞
内 Ca2 +含量减少，NO 和 ＲOS 含量则无显著变化，
表明 Ca2 +信号在 NO和 ＲOS信号下游．
4 讨论(Discussion)
SO2作为一种大气污染物，对植物的伤害是多
方面的．研究表明，它影响植物的新陈代谢，加快呼
吸作用，改变酶的活性，导致气孔保卫细胞死亡(王
磊等，2007;仪慧兰等，2009;Wei et al．，2013)． SO2
胁迫下保卫细胞气孔的关闭效应已在拟南芥(赵均
等，2014)、蚕豆(仪慧兰等，2012)等多种植物中被
研究证实．
ＲOS作为第二信使，在植物遭遇逆境胁迫时能
传递信号，使植物组织产生一系列的防御反应
(Neill et al．，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(程艳丽，2005;Huang et al．，2005)． 本试验
中，经 AsA和 CAT与 SO2一同处理后，SO2诱导的保
卫细胞气孔关闭得到显著减缓，同时，保卫细胞中
ＲOS含量显著降低，表明 ＲOS 参与调节了 SO2诱导
的保卫细胞气孔运动．
Ca2 +是细胞内重要的第二信使，参与多种生理
过程．研究表明，Ca2 +参与了水杨酸诱导蚕豆气孔
运动时的信号转导(刘新等，2003)． 本研究中，经
Ca2 +螯合剂 EGTA 或 Ca2 + 通道抑制剂 LaCl3处理
后，SO2诱导的萱草保卫细胞气孔关闭程度减小，同
时，保卫细胞内 Ca2 +水平降低，表明 Ca2 +参与了萱
草气孔运动的调控，通过细胞膜上的 Ca2 +通道调节
胞内外 Ca2 +含量而调节气孔运动．
NO是一种微小、可扩散、多功能的跨细胞信
使，已被证实参与许多生理和病理过程(王鹏程等，
2009)．当细胞受到外界胁迫时，胞内 NO 含量迅速
增加，引起 ＲOS 爆发，改变细胞的活性状态，也可能
通过 Ca2 +或 cGMP 介导的环核苷酸门控离子通道
的激活来发挥作用(Neill et al．，2003;肖强等，
2005)． NO还参与调节细胞程序性死亡、气孔关闭、
根系重力感应等众多生理过程(熊杰等，2011)． 本
研究中，经硝酸还原酶抑制剂 NaN3、NO合成酶抑制
剂L-NAME和 NO 清除剂 C-PTIO 进行干扰处理后，
SO2胁迫所导致的气孔关闭效应有所减缓，气孔开
度增大，细胞中 NO 含量增高，表明 NO 参与了萱草
保卫气孔运动的调节． 用不同干扰剂和 SO2衍生物
共同作用于萱草保卫细胞后，检测分析一种信号分
子变化时胞内其余信号分子的变化规律 (王毅，
2013) ，发现不同浓度的 NO 干扰剂处理后，胞内
NO、ＲOS、Ca2 +水平同期降低，ＲOS 清除剂处理后，
ＲOS、NO、Ca2 +水平也都降低，但 NO下降幅度小些，
而用 Ca2 + 干扰剂处理后，胞内 Ca2 + 水平降低，而
NO、ＲOS 水平变化不大． 说明在 SO2诱导的萱草保
卫细胞气孔运动过程中，NO 和 ＲOS 能够调节胞内
Ca2 +水平，NO和 ＲOS具有相互作用，即 NO 和 ＲOS
在 Ca2 +上游调控保卫细胞气孔运动．这与仪慧兰等
(2012)在 SO2诱导的蚕豆保卫细胞运动中的结果
相似．
5 结论(Conclusions)
SO2诱导的萱草保卫细胞气孔运动，可能通过
诱导 NO增加，调节胞内 Ca2 +水平，或 NO引起 ＲOS
爆发，激活细胞质膜钙通道，进而引起胞内 Ca2 +增
加的信号途径调控保卫细胞的气孔关闭．
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796-800
《环境科学学报》入选“2015 中国最具国际影响力学术期刊”
2015 年 12 月 18 日中国学术期刊(光盘版)电子杂志社发布了《中国学术期刊国际引证年报》2015 版
(简称 CAJ-IJCＲ) ，公布了“2015 中国最具国际影响力学术期刊”名单． 175 种自然科技学与工程技术期刊和
60 种人文社会科学期刊分别入选．《环境科学学报》入选“2015 中国最具国际影响力学术期刊”，这也是本刊
第 4 次获此殊荣．
在 2012 年之前，全球没有一个能够全面、客观、公正地反映我国学术期刊国际影响力的评价体系，这对
于我国学术期刊的国际化发展非常不利．为了从国际角度全面揭示、客观评价学术期刊的学术影响力，特别
是为了解海外学者对中国期刊的使用情况，中国知网自 2012 年起开始编制《中国学术期刊国际引证年报》．
这是首个全面评价我国学术期刊国际影响力的指标体系第 4 次发布评估结果．参与此次报告撰写的研
究人员对美国汤森-路透公司科学引文数据库Web of Science(简称WoS，包括业内熟知的 SCI、SSCI、A＆HCI)
的国际期刊与此次入选名单的中国期刊进行了统一排序发现，我国入选“2015 中国最具国际影响力学术期
刊”的期刊，有很多在国际上的影响力已经高于国际上 SCI和 SSCI期刊．
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