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第 52卷 第 5期 2007年 3月 快 讯
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过氧化氢参与了脱落酸调控的拟南芥根形态发育
白 玲①② 周 云② 张晓然② 宋纯鹏②* 曹鸣庆①③
(① 首都师范大学生命科学学院, 北京 100037; ② 河南省植物逆境生物学重点实验室, 河南大学生命科学学院, 开封 475001;
③ 北京农业生物技术研究中心, 北京 100097. * 联系人, E-mail: songcp@henu.edu.cn)
摘要 脱落酸(abscisic acid, ABA)可以抑制拟南芥根的伸长生长和促进根毛的发育, 但其中的信号转导
机制仍不清楚. 本研究利用拟南芥野生型和突变体为实验材料, 研究发现过氧化氢(hydrogen peroxide,
H2O2)对野生型根生长的影响与 ABA类似; 而抗坏血酸(ascorbic acid, ASA)可逆转 ABA对野生型根生
长的抑制效应; 在拟南芥NADPH氧化酶缺失突变体 atrbohF和 atrbohC中ABA的这种作用丧失. 激光
共聚焦和实时定量RT-PCR分析表明, ABA可以诱导拟南芥根细胞H2O2的产生, 并可增强H2O2相关基
因OXI1的表达. 本研究结果初步表明, H2O2作为一种重要的信号分子参与了ABA调节根生长发育的信
号转导过程.
关键词 拟南芥 根生长 ABA H2O2

2006-12-18收稿, 2007-01-30接受
国家自然科学基金(批准号: 30370765, 30530430, 30625005)资助项目
植物根系不仅是植物吸收水分和矿质营养的重
要器官 , 而且可以感知外界各种胁迫刺激从而调控
植物的生长发育. 尽管 ABA 作为一种重要的根源逆
境信号对根生长发育的调控已有报道[1,2], 但是 ABA
调节根生长发育信号转导的确切机制仍不甚了解.
已知 H2O2参与了 ABA 调节植物生长发育的许
多方面, 如 ABA 可以诱导植物保卫细胞 H2O2 的产
生[3], 并且调节质膜 Ca2+通道的活性[4]. 同时拟南芥
气孔开放基因 ost1编码的激酶介导了 ABA信号转导
中 H2O2的产生[5]. 在植物根发育的研究中发现, H2O2
通过影响 K+吸收相关基因的表达从而调控植物根的
生长[6]. 同时, NADPH氧化酶缺失的拟南芥双突变体
atrbohD/F幼苗根的生长不受 ABA的抑制[7], 从而推
测H2O2可能是ABA调控拟南芥根发育过程中的一个
重要成分[8]. 但是目前还未见 H2O2参与 ABA调控根
发育的具体报道.
为了研究 H2O2在 ABA 调控根生长发育中的功
能, 我们首先利用野生型拟南芥 Arabidopsis Colum-
bia 为材料检测了 ABA 和 H2O2对根生长的影响. 野
生型拟南芥种子经表面消毒(0.1% HgCl2)后点种在无
菌 MS (Murashige和 Skoog 1962)培养基上, 4℃冷处
理 3 d打破休眠后转入光照培养间(22℃, 16 h/8 h光
周期)垂直生长约 8 d. 然后将幼苗转入含不同浓度的
ABA和 H2O2的MS培养基上生长 3 d, 对根弯曲生长
的长度进行测量统计. 研究表明, 1~50 µmol/L ABA
与 0.2~1.5 mmol/L H2O2的作用相似, 即都抑制拟南
芥根的伸长生长, 且都具有浓度依赖性(图 1).

图 1 ABA和 H2O2对拟南芥根生长的影响
处理 3 d后根弯曲长度. n = 60, 标准误差由 3次实验得到

抗坏血酸(ascorbic acid, ASA)作为植物体内重要
的 H2O2 清除剂确保了植物细胞内氧化还原态的平
衡[9]. 借助于抗坏血酸, 我们研究了 H2O2在 ABA 调
控拟南芥根生长中的作用. 研究分析表明, 抗坏血酸
可以逆转 ABA 对野生型拟南芥根伸长生长的抑制效
应, 在 50 µmol/L ABA MS 培养基上同时施加 200







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mg/L抗坏血酸后, 野生型根生长长度由 0.3 mm增至
4.5 mm, 受ABA抑制的程度明显减弱(图 2); 同样 1.0
mmol/L H2O2处理时拟南芥的根伸长平均为 1.8 mm,
而和 200 mg/L 抗坏血酸共同处理时增至 3.4 mm(图
2), H2O2 抑制根 生长的现象也得到明显缓解, 进一

图 2 抗坏血酸逆转 ABA对拟南芥根生长的抑制效应
(a) 分别在 MS(CK), 50 µmol/L ABA, 1.0 mmol/L H2O2, 50 µmol/L
ABA + 200 mg/L抗坏血酸, 1.0 mmol/L H2O2+200 mg/L抗坏血酸培养
基上培养 3 d的幼苗; (b) 处理 3 d后根弯曲长度. n = 60, 标准误差由
3次实验得到
步暗示了 H2O2参与了 ABA调控的幼苗根生长.
ABA处理保卫细胞后可以诱导产生H2O2从而使
气孔关闭[3,4]. 与此相似, 为了获得 H2O2参与 ABA调
控抑南芥根生长发育的直接证据 , 我们以 2,7-di-
chlorofluorescin diacetate (H2DCF-DA)作为胞内 H2O2
的荧光探针 [10,11], 采用激光扫描共聚焦显微成像
(laser scan confocal microscope, LSCM)技术检测根细
胞内 H2O2 含量的变化 . 游离出的拟南芥根原生质
体 [12]在加入 50 µmol/L H2DCF-DA (MERCK, San
Diego, CA) 孵育 20~30 min 后, 在 LSCM (Bio-Rad
MicroRadiance)下观察, LSCM 的工作条件为: Ex =
488 nm, Em = 522 nm, 激光功率 3%, 连续扫描记录
时间 360 s. 与对照(不加 ABA处理)相比, 50 µmol/L
ABA处理后拟南芥根细胞原生质体的 DCF荧光明显
增强(图 3(a)), 细胞中的平均荧光强度统计结果(图
3(b))也明显表明 ABA可以诱导野生型拟南芥根细胞
内 H2O2的产生.
我们又利用 NADPH 氧化酶缺失突变体 atrbohF
和 atrbohC 来对拟南芥根的生长发育进行研究. atr-
bohF和 atrbohC对 ABA不敏感, 在 50 µmol/L ABA
的培养基上生长 3 d后根弯曲生长分别是相应野生型


图 3 ABA促进拟南芥根细胞原生质体 H2O2的产生
(a) 50 µmol/L ABA处理 H2DCF-DA孵育的根原生质体细胞 LSCM扫描荧光图, 标尺示 10 µm; (b) 荧光强度平均数据统计图, n = 6







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的 7和 9倍多(图 4). 这一结果进一步说明, H2O2的产
生对于ABA调节的拟南芥根早期生长发育是必须的.


图 4 H2O2 参与 ABA调控的拟南芥根的生长
(a) 50 µmol/L ABA MS培养基上生长 3 d的 WT, atrbohC和 atrbohF;
(b) CK及 50 µmol/L ABA MS培养基上培养 3 d的 atrbohC和 atrbohF
相对于 WT的相对根长. n = 60, 标准误差由 3次实验得到

为了进一步研究 H2O2在 ABA 调节的根发育中
的功能, 我们对不同处理的根尖形态也做了分析. 结
果表明, 50 µmol/L ABA和 1 mmol/L H2O2都可以诱
导野生型拟南芥根毛的形成 (图 5(a)). 生长在 50
µmol/L ABA 条件下的 atrbohC 和 atrbohF 与野生型
截然不同, 野生型主根根尖丛生大量根毛而突变体根
尖几乎没有根毛(图 5(a)). 但是当施加外源 1 mmol/L
H2O2后突变体的根毛明显增多(图 5(a)), 这表明H2O2
参与了 ABA促进根尖根毛形成的过程, 参与了 ABA
调节的根形态的发育 . 我们的结果还发现当 50
µmol/L ABA和 200 mg/L抗坏血酸共同处理时, 野生
型根尖根毛显著少于 ABA处理, 与突变体用 ABA处
理得到的结果类似(图 5(b)); 而同时抗坏血酸和 H2O2
处理的根毛数相对于 H2O2 处理也明显减少. 根尖形
态研究结果进一步证实了H2O2在ABA调节的拟南芥
根发育的信号转导途径中的作用.
拟南芥氧化胁迫诱导基因 1(AtOXI1)编码的蛋白
激酶OXI1属于AGC家族蛋白, 在调控根毛发育中起
到重要的作用 . 该基因缺失的纯合突变体与野生型
相比, 根毛数量和长度都明显减少; 并且 OXI1 在氧
化猝发信号转导途径中具有重要的作用 , 其基因的
表达在体内直接受 H2O2 的诱导[13,14]. 采用实时定量
RT-PCR 技术我们对幼苗根部 AtOXI1 的转录进行了
分析, 100 µmol/L ABA或 ddH2O(CK)处理生长 8 d的
野生型拟南芥幼苗 5 h后, 提取根部总 RNA, 反转录
后在 Rotor-Gene 3000(Corbett Research, Australia)上
作实时定量 PCR分析(以 Actin2作内参, 对样品中目
标基因进行相对定量分析. 扩增 AtOXI1 的专一性引
物为 : 5′-GATTTGAAGCCAGACAATGTGAT-3′和
5′-ACCAGTTAGATTCGGCGGTTTAGA-3′; Actin2
专一引物为 : 5′-TTCCTCATGCCATCCTCCGTCTT-
3′和 5′-CAGCGATACCTGAGAACATAGTGG-3′, 实
验重复 3次), 结果表明, ABA处理后 AtOXI1的相对
转录量升高(图 6), 暗示 H2O2相关的信号转导途径参
与了ABA对根生长的调节. 同时OXI1作为调节根毛
发育的基因, 其相对高的表达与 ABA 诱导大量根毛
的形成也是一致的.


图 5 H2O2参与 ABA调节的拟南芥根毛生长
(a) CK, 50 µmol/L ABA和 1.0 mmol/L H2O2培养基生长 3 d的WT, atrbohC和 atrbohF幼苗根尖形态, 标尺示 50 µm; (b) WT在 200 mg/L抗坏血
酸, 50 µmol/L ABA+200 mg/L抗坏血酸及 1.0 mmol/L H2O2+200 mg/L抗坏血酸培养基上生长 3 d的根尖形态, 标尺示 50 µm







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图 6 ABA上调 AtOXI1的转录
n = 3

综上所述, 我们认为 H2O2 作为一种重要的信号
分子参与了 ABA 对拟南芥根生长发育的调控, ABA
通过诱导根细胞内产生更多的 H2O2抑制根的伸长生
长, 并调控 OXI1 的表达促进根毛的形成和发育. 我
们的实验结果对于揭示和理解 ABA 调控根发育的机
制具有重要的理论价值 , 但是中间的详细细节还有
待于进一步的研究.
致谢 感谢张骁教授在成文过程中提出了宝贵的修改意见
和建议.
参 考 文 献
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