全 文 ：科 考 五 粗
第 40 卷 第 10 期 C HIN E SE SC EI N 〔 E : B L L E TI UN 1卯5 年 5 月
钙在红光调节的尾穗览览红素合成中的作用
马力耕 周君莉 安 宜 崔国军 孙大业
(河北师范大学生物系 , 石家庄 0 ,汉 )16)
H i r o oy s h i H id a k a
( 日本名古屋大学医学院药学系 , 名古屋 今义) l
关健词 钙 光敏色素 尾穗览 览红素合成
光作 为重要的环境信号对植物形态建成和一些生理过程起重要的调节作用 . 光信号首先
为植物细胞所接受 , 并通过信号的转换和传递 引起植物细胞 的生理生化变化和遗传性状表
达 . 童哲指出 : “对从光敏色素活化到性状 出现 之 间过程 方面 的研究 不 多 , 积 累 的知 识 甚
少 ” 1[] , 强调 了对这一过程研究的重要性 . 他指 出的问题实际上主要是一个光信号为受体接受
后如何转换和传递的问题 . R o ux 等曾提出钙信使系统参与光信号 转换和传递 的假说 . 目
前这一假说已在低等植物转板藻叶绿体向光旋转 、 球子旅抱子需光萌 发 、 高等植 物 小 麦 原
生质体光诱导膨大 冈和番茄叶绿体需光发育阎 中得到不同程度的证实 . 童哲等证实光敏色素
参与了尾穗觅觅红素的合成 14] . 王 晓明等的研究结果表 明钙鳌合剂 E G T A 、 钙 通道 阻 断剂
aL 1C
3 和钙调素拮抗剂 CP Z 可以部分抑制 白光诱导的尾穗觅觅红素合成 阎 . 本文以尾穗芡为
模式植物 , 进一步系统深人地研究了在光敏色素调节的览红素合成反应 中 , 钙信使系统是否
参与了光信号的转导 .
1 材料和方法
材料培养 、 觅红素的提取和测定按童哲等的方法 4[] . 缓冲液中加 人不同浓度鳌合剂 、 抑制
剂等 , 光照前 l h 预处理 . 恢复实验为同时处理两组 , 预处理 30 inr n 后 , 取恢复组在弱绿光下
放入不含拮抗剂 的缓冲液 中漂洗 , 每间隔 s m in 换 1次缓冲液 , 30 而 n 后与另一组一起进行相
同的光处理 . 除 A 23 187 和 R h o da 而ne 6G 实验重复 2 次外 , 其它实验均重复 3一 4 次 .
红光 ( 5而 n , 2 3 卜E · m 一 , · s 一 ` ) 和远红光 ( 10而 n , l件E · m 一 2 · s 上 ’ )以白炽灯为光 源 , 经
红光 (三菱株式会社 N o . or 2) 和远红光 (旭化成株式会社 J ls K 6 7 18) 滤光片滤光 .
试剂来源 :琳 和 琳 由 H id a k a 教授实验室合成 , 其余均购 自 iS gm a 公司 .
2 结果和讨论
异尸王、、
2
.
1 钙鳌合剂及拮抗剂对红光诱导览红素合成的影响
童哲等的实验结果已表明光敏色素参与了尾穗觅觅红素合成 l4] , 本实验重复了童哲等的结
果 , 至少在 2 次转换之 内远红光可以逆转红光的效果 (资料略 ) .
1卯4一 o 一 12 收稿 , 19 4一 12 一08 收修改稿
第 10期 科 学 通 报
微摩尔水平的钙离子鳌合剂 E G T A 可 以明显抑制 红光诱导的觅红素合成 , 抑制程度 与
EG T A 浓度呈剂量关系 ;并发现在相 同 EG T A 浓度及外界无 aC Z十 情况下 , EG T A 和钙离子载
体 A 23 187 同时处理的抑制程度大于单独用 E G T A 处理 ,前者 E G T A 的 IC 、 约 为 16 林mo l压 ,而后者 EG T A 的 I C , 约为 26 林m ol 瓜 (图 l) , 推测这是 由于 E G T A 不能进人细胞在胞外鳌合
aC
Z + 条件下 , 胞内 aC +2 浓度大于胞外 , A 2 3 1 8 7顺此 aC Z十 梯度令 aC +2 从细胞 内外流之故 .
钙通道阻断剂 Ve ar p a而1同样可以抑制红光诱导的觅红素合成 , 随其浓度增加 , 抑制程度
逐渐增强 , 其 I C , 约为 13 林m ol 压 ;并且觅红素的合成可以随试剂的去 除得 以全部或部分恢复
(图 2) , 说明这种抑制作用不是 由于 Ve ar aP 而1对幼苗的毒害作用引起的 , 而是 由于专一性地
阻断了钙通道引起的 . 同时发现钙通道 阻断剂尼群地平和 加1C 3也可以抑制红光诱导 的觅红
素合成 , 它们的 I C , 均低于 50 林om l压 (资料略 )
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图 1 E G T A对红光诱导觅红素合成的影响 图 2 V er a aP inlr 对红光诱导觅红素合成的影响
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十 载体 2A 3 187 对红光诱导览红素合成的影响
在暗中用含 1
~
1瓜 aC +2 和不 同浓度 A 2 3 18 7 的缓冲液处理幼苗 , 18 h 后 测定觅红素
含量 , 发现 A 2 3 18 7 能够在暗中诱导芡红素的合成 , 但与红光的诱导作用相 比 , 其诱导合成 量
较低 , 最大诱导量只有红光诱导量的 39 % (图 3) , 表 明 A 23 187 只能部分模拟红光的作用 .
.2 3 钙调紊拮抗剂城和 巩对红光诱导览红素合成的影响
在钙信使系统中 , 一般认为形成钙信号后 , aC +2 主要与钙调素 c( a h n o d iul n , aC M )结合并
把信号传递下去 . 为了弄清 aC M 是否参与了红光诱导芡红素合成 , 本实验用 aC M 拮抗剂 W ,
和 W S处理观察两者对红光诱导觅红素合成的影响 . W S为 w : 的结构类似物 , 但同时又是一
种 比 W : 弱得多的 aC M 拮抗剂 , 结果表 明两者均可 以抑制觅红素合成 , 但在相同浓度下 , w 7
对觅红素合成的抑制作用比 w s有效得多 , 并且芡红素的合成可 以随上述试剂 的去 除而得到
、 全部恢复 (图 4) · 表明 w 7是通过专一性地抑制 aC M 而发挥其抑制红光诱导觅红素合成作用
的 . 同时观察到红光处理后尾穗芡细胞内活性 aC M 水平 明显提高 , 3 h 后降至暗对照水平 .
{ 1 4 蛋 白质磷酸化抑制剂 R ho da m ien 碍对红光诱导览红素合成的影响
磷酸化是胞内信号传递的关键环节之一 本实验发现蛋白激酶抑制剂 R ho d a而en 6G 可
以明显抑制红光诱导的觅红素合成 , 并且抑制程度与其浓度呈剂量关系 , 其 I C , 约为 47 协m 0 1压
第 0 4卷
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图 3 A3 21 7 8对暗中觅红素合成的影响
R为红光处理
图 4私和砚对红光诱导芡红素合成的影响
W
7和 W S浓度均为 0 4协r 旧 1 /L
-一 (图 5 )
, 虽然 R h o d a而ne 6G 为广谱的而非
aC M 依赖蛋白激酶专一 性抑 制 剂 , 本 实
验仍说明蛋白质磷酸化参加 了光诱导觅红
素合成的信号传递过程 .
王晓明等曾报道 E G T A , aL 1C 3和 CP Z
可抑制 白光诱导 的觅红素合成 「习. 但 他们
实验所用各种拮抗 剂的 I C 、 较高 (E G T A ,
aL cl
, 和 C P Z 的 I C 、 均在毫摩尔水平 ) , 易
产生非特异甚至组织细胞伤害性结果 . 本
实验严格控制拮抗剂于微摩尔水平 , 并选
用专一 性更 强 的拮抗 剂 (Ve 血 p a m l , w 7,
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吕刃落峭,
R h o d a m l n e 6G 浓度 /卿 0 1 · L 一 ’
图 5 R h o d a而 n e 仍 对红光诱导觅红素合成的影响
W s) 和结合恢复实验 (图 2 , 4) 说明 aC +2 与 C a M 拮抗剂对觅红素合成抑制是专一而非伤害性
的 . A 2 3 18 7模拟实验 (图 3) 、 细胞内活性 aC M 水平的变化和蛋白质磷酸化抑制剂实验 (图 5) , 则
更进一步证实钙信使系统可能参与了光敏色素调控的览红素合成过程 .
鉴于 EG T A 不能跨膜进人细胞内部 , Ve ar p a而 l 的作用是抑制 aC ,十 内流 A 2 3 18 7 的 作用
也是顺着 aC Z+ 梯度运输 aC Z十 , 而本实验中上述试剂对红光诱导觅红素合成 均有明显的影响
(图 1 一 3) , 可以推测红光诱导觅红素合成过程中所需 aC Z斗 主要由胞外流人 .
参 考 文 献
童 哲 . 光敏色素的作用及其分子基础 . 见 :余叔文主编 . 植物生理与分子生物学 . 北京 :科学出版社 , 19 2 , 2 70 一 2 86
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王晓明 ,佘小平 ,雷 萍等 . c矛十 和 C a M 抑制剂在尾穗觅觅红素形成中的效应 . 植物生理学通讯 , 19 2 , 28 : 169 一 171