全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2014, 50 (10): 1593~1600　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2014.1031 1593
收稿 2014-08-01　　修定 2014-08-18
资助 高等学校博士学科点专项科研基金项目(20113702110008)
和国家自然科学基金(31370276)。
* 通讯作者(E-mail: gaohy@sdau.edu.cn; Tel: 0538-8245985)。
双氯芬酸对烟草BY-2细胞呼吸代谢的影响
刘玉亭1, 程丹丹2, 刘美君1, 高辉远1,*
1山东农业大学生命科学学院, 作物生物学国家重点实验室, 山东泰安271018; 2东北林业大学生命科学学院, 哈尔滨150040
摘要: 双氯芬酸是一种新的全球性环境污染物, 严重影响植物的生长发育, 但其作用机制至今尚不清楚。本研究从双氯芬
酸对烟草BY-2细胞呼吸代谢和活性氧代谢的影响入手, 探讨双氯芬酸抑制植物细胞生长的作用机理。结果表明, 双氯芬酸
处理1 d后, 显著抑制了烟草BY-2细胞的生长, 引起细胞内活性氧(ROS)的爆发和积累, 并导致烟草BY-2细胞死亡。双氯芬
酸对烟草BY-2细胞的糖酵解途径(EMP)、三羧酸循环(TCA)和戊糖磷酸途径(PPP)三个碳代谢途径以及细胞色素氧化酶
(COX)和交替氧化酶(AOX)参与的两条呼吸电子传递途径均有即时抑制作用。双氯芬酸可能通过抑制细胞线粒体呼吸电
子传递链的活性, 导致电子从呼吸链泄漏加速ROS的形成, 并反馈抑制呼吸碳代谢途径, 进而导致细胞内物质代谢和能量
代谢紊乱, 这些是双氯芬酸抑制烟草BY-2细胞生长、导致细胞死亡的重要原因。
关键词: 双氯芬酸; 烟草BY-2细胞; 呼吸代谢; 活性氧代谢; 呼吸电子传递链
Effect of Diclofenac on Respiratory Metabolism of Tobacco BY-2 Cell
LIU Yu-Ting1, CHENG Dan-Dan2, LIU Mei-Jun1, GAO Hui-Yuan1,*
1State Key Laboratory of Crop Biology, College of Life Sciences, Shandong Agricultural University, Tai’an, Shandong 271018,
China; 2College of Life Sciences, Northeast Forest University, Harbin 150040, China
Abstract: Diclofenac is a new kind of global environmental pollutant, influencing the growth and development
of plants seriously. However, it has not been elucidated the mechanism by which the diclofenac inhibits plant
growth. In order to explore the inhibition mechanism, in this study, we explored the effect of diclofenac on re-
spiratory metabolism and metabolism of reactive oxygen species (ROS) in tobacco BY-2 cells. The results
showed that after treated with diclofenac for 1 d, the growth of tobacco BY-2 cell was significantly inhibited, a
burst and overproduction of ROS in the BY-2 cell were induced, which promoted death of the BY-2 cells. Di-
clofenac treatment instantly inhibited the respiration of the BY-2 cell, the EMP, TCA, PPP respiration pathway
and the respiratory electron transport via COX and AOX were inhibited by the diclofenac treatment. Diclofenac
might inhibit respiratory electron transport and the inhibition of mitochondrial respiratory electron transport
chain caused electrons leaking from respiratory electron transport chain, which accelerated generation of ROS,
and the inhibition of respiratory electron transport also caused feedback inhibition of respiratory carbon meta-
bolic pathways, disordering substance metabolism and energy metabolism in the BY-2 cell, this is one of the
important reasons of diclofenac to inhibit the growth and induce death of the BY-2 cells.
Key words: diclofenac; tobacco BY-2 cell; respiratory metabolism; active oxygen metabolism; respiratory elec-
tron transport chain
近些年来, 越来越多的用于医疗的药物通过各
种途径扩散到环境中, 并在环境中积累, 对环境造
成污染(Matsuo等2011), 这些污染不仅对人类(Ya-
mazaki等2006)和动物(Eades和Waring 2010)造成直
接或间接的危害, 而且还会对植物的生长(Ferrari等
2003; Cleuvers 2003)产生不良影响。因此, 有机药
物的环境污染问题已经成为一个新的全球性的环
境问题, 受到人们的广泛关注(Dietrich等2002)。
目前, 人们已在污水处理厂和地表水, 甚至在
饮用水中频繁检测到双氯芬酸镇痛消炎类药物
(Hua等2006; Schmitt-Jansen等2007)。有研究表明,
有些水体中积累的双氯芬酸已经可以严重抑制植
物的生长。Ferrari等(2003)观察到双氯芬酸可以抑
制藻类(Selenastrum capricornutum)的生长。Cleuvers
(2004)观察到即使在极低浓度(约为0.035 mmol·L-1)
条件下, 双氯芬酸也会抑制浮游绿球藻(Desmodesmus
植物生理学报1594
subspicatus)的生长, 并且双氯芬酸可与水体中残
留的其他有机药物发生协同作用, 严重威胁水生
植物的生存。Schmitt-Jansen等(2007)选用绿色植
物栅藻(Scenedesmus vacuolatus)同步培养的单细
胞系为实验材料, 对双氯芬酸的植物毒性做了评
估, 实验结果表明, 较低浓度(约为0.072 mmol·L-1)
的双氯芬酸即可抑制藻类的生长, 抑制程度随着
处理浓度和时间的增加而加重。到目前为止, 人
们虽然观察到双氯芬酸对水生植物的生长有明显
的抑制作用, 但是尚未有人研究双氯芬酸对植物
产生毒害的机理(Huber等2012)。因此, 阐明双氯
芬酸抑制植物生长的生理机制对理解其对环境的
污染作用有重要的理论意义。
呼吸作用是维持植物生命活动最主要的生理
过程之一, 也是衡量生命活动强弱的重要指标。
线粒体是细胞物质代谢和能量代谢的枢纽, 它在
植物生长代谢过程中起重要的作用, 同时线粒体
也是逆境胁迫的主要伤害位点之一(Jones 2000;
Lam等2001), 在生物和非生物逆境胁迫条件下, 细
胞线粒体正常功能的维持对生物抵抗逆境能力的
大小起至关重要的作用。因此, 探讨双氯芬酸对植
物呼吸代谢的影响有助于我们理解双氯芬酸对植
物的毒害机理。
迄今为止, 已有大量学者研究了逆境胁迫导
致植物细胞死亡的关键因素(Ng等2006; Yin等
2006; Watabe和Nakaki 2007)。有文献指出, ROS爆
发能够参与多种信号转导途径, 如MAPK信号转导
过程(Jonak等2002; Kovtun等2000)。孙学娟等
(2012)认为CuCl2胁迫0.5 h后, H2O2的爆发可能作
为一种信号启动细胞死亡。ROS爆发在启动细胞
死亡过程中的详细机制是个非常复杂的信号转导
网络系统(Apel和Hirt 2004)。此外, Cheng等(2011)
的研究证明, ROS爆发在AT毒素诱导的烟草BY-2
细胞死亡中起着关键作用。Bethke和Jones (2001)
的研究也表明, ROS爆发是赤霉素诱导的大麦糊粉
细胞死亡的关键因素。ROS可以通过氧化脂质、
蛋白质、DNA和碳水化合物等来扰乱植物的正常
代谢, 导致正常细胞功能的降低甚至崩溃, 最终导
致细胞凋亡或坏死。烟草BY-2细胞不含有叶绿体,
因此线粒体电子传递链被认为是其ROS产生的主
要部位(孙学娟等2012)。
本文以烟草BY-2细胞为实验材料, 通过研究
双氯芬酸对其呼吸速率、呼吸代谢途径、呼吸电
子传递链及细胞内ROS代谢的影响探讨双氯芬酸
抑制植物细胞生长的作用机理。
材料与方法
1 实验材料及处理
1.1 烟草BY-2细胞的培养
烟草(Nicotiana tabacum L.) BY-2细胞(Bright
Yellow-2; Japan Tobacco, Inc.)接种在改良的LS培
养基中(Linsmaier和Skoog 1965), 并于27 ℃、振荡
频率为135 r·min-1的THZ-C台式恒温振荡器里避光
培养。以处于对数生长期(3 d)的烟草BY-2悬浮细
胞为实验材料(Cheng等2011), 细胞在处理前过滤
至新配制的培养基中, 进行预培养等待处理。
1.2 双氯芬酸处理烟草BY-2细胞
本研究所用的双氯芬酸(CAS RN 15307-79-6)
购自Sigma公司。预实验表明, 双氯芬酸显著抑制
细胞呼吸作用, 随着双氯芬酸浓度的增加, 对呼吸
作用的抑制程度也显著增加, 当双氯芬酸浓度达
到0.2 mmol·L-1后, 双氯芬酸对呼吸的抑制程度不
再随浓度的增加而有较明显改变。本实验用超纯
水(Ferrari等2003; Schmitt-Jansen等2007)配制12
mmol·L-1的双氯芬酸母液, 用0.2 mmol·L-1的双氯
芬酸(本文0.2 mmol·L-1的浓度均为反应体系和培
养液中双氯芬酸的最终浓度)处理对数期的烟草
BY-2细胞作为处理, 用与处理组所用双氯芬酸母
液等体积的超纯水处理的对数期烟草BY-2细胞作
为对照。
将未经任何处理的烟草BY-2悬浮细胞用200
目的细胞筛过滤, 并用吸水纸从滤网下面将液体
吸干(保证每次实验中用吸水纸最后一次吸水时吸
水纸不再潮湿)。然后称取0.1 g细胞并用1 mL pH
6.8的PBS测定缓冲液重悬浮, 并全部转移到Oxy-
therm氧电极(Hansatech, 英国)的反应杯里, 然后向
反应杯里加入966.7 μL pH 6.8的PBS测定缓冲液和
33.3 μL双氯芬酸母液(保证反应杯里2 mL反应体
系中双氯芬酸终浓度为0.2 mmol·L-1), 测定BY-2细
胞的耗氧速率, 待耗氧速率稳定时开始记录, 观察
双氯芬酸对细胞呼吸、线粒体呼吸电子传递链的
即时抑制作用; 称取4 g烟草BY-2细胞放到100 mL
刘玉亭等: 双氯芬酸对烟草BY-2细胞呼吸代谢的影响 1595
的三角瓶里, 加入59 mL改良的LS培养基将细胞重
新悬浮, 再加入1 mL双氯芬酸母液(保证60 mL培
养液中双氯芬酸的最终浓度为0.2 mmol·L-1)摇匀, 并
于27 ℃、振荡频率为135 r·min-1的THZ-C台式恒
温振荡器里避光培养1 d, 测定并分析双氯芬酸对
细胞的生长量和死亡率以及细胞内ROS的影响。
2 烟草BY-2细胞生长及细胞死亡率的测定
因为本实验的目的是通过研究双氯芬酸对烟
草BY-2细胞呼吸代谢途径的影响来研究其对细胞
生长产生抑制作用的机理, 因此本研究用细胞干
重的变化来反映细胞生长量的变化。为了保证称
量过程中细胞损失量相一致, 在测定初始干重时
称取4 g未经任何处理的烟草BY-2细胞放到100 mL
的三角瓶里, 加入59 mL改良的LS培养基将细胞重
新悬浮, 再加入1 mL超纯水摇匀, 然后用200目的
细胞筛过滤重新悬浮的烟草BY-2细胞, 用吸水纸
吸干液体, 并用已经烘干并称重(m0)的称量纸包好
于80 ℃烘箱中烘干, 称量细胞和称量纸的总重量
(m1), m1–m0即为处理前的细胞干重。用同样的方
法称量经双氯芬酸处理1 d后的烟草BY-2细胞的干
重, 每个处理重复3~5次。
以双氯芬酸处理0、3、6、12和24 h的烟草
BY-2细胞为处理组, 以与处理组所用双氯芬酸母
液等体积的超纯水处理的、同一批培养的烟草
BY-2细胞为对照组。分别将取经双氯芬酸处理
0、3、6、12和24 h的烟草BY-2细胞及各时间点对
应的对照组细胞悬浮液用200目的细胞筛过滤, 并
用吸水纸吸干液体, 各称取0.5 g, 在室温下用1 mL
0.025% (W/V)埃文斯蓝中染色5 min, 接着每次用
20 mL 100 mmol·L-1 CaCl2 (pH 5.6)缓冲液冲洗3次
至无色。死亡的细胞不能把埃文斯蓝排除在细胞
外部, 因此细胞核被染成蓝色。相反, 活细胞核不
被染色。细胞染色完毕后, 用200目的细胞筛将细
胞滤出, 用吸水纸吸干液体, 然后全部转移到10
mL离心管中, 向离心管中加入4 mL 1%的十二烷
基磺酸纳(SDS) (50%甲醇配成), 在水浴锅中50 ℃
保温0.5 h后, 冷却后加入2 mL蒸馏水稀释, 然后在
10 000×g条件下离心10 min, 取上清液用UV2500
分光光度计(岛津, 日本)在600 nm波长下测定吸光
值。用高温(100 ℃)处理1 h后的细胞做平行实验,
以高温(100 ℃)处理1 h后细胞的死亡率为100%, 其
他处理细胞的死亡率换算成高温处理细胞死亡率
的百分数, 以百分数的大小来代表细胞的相对死
亡率(孙学娟等2012)。各时间点的对照组和处理
组的细胞死亡率的测定均重复3~5次。
3 烟草BY-2细胞内H2O2浓度的测定
由于H2O2是活性氧中最稳定的一种分子, 所
以本研究通过监测烟草BY-2细胞内H2O2浓度的变
化来反映双氯芬酸处理后烟草BY-2细胞内ROS的
变化。
以双氯芬酸处理0、0.5、1、2、3、6、12和
24 h的烟草BY-2细胞为处理组, 以与处理组所用双
氯芬酸母液等体积的超纯水处理的、同一批培养
的烟草BY-2细胞为对照组。分别将经双氯芬酸处
理0、0.5、1、2、3、6、12和24 h的烟草BY-2细
胞及各时间点对应的对照组细胞悬浮液用200目
的细胞筛过滤, 并用吸水纸吸干液体, 各称取3 g,
用5 mL 5% (W/V)三氯乙酸(TCA)磨样, 接着在
12 000×g条件下离心10 min, 上清液用于H2O2浓度
的测定(Patterson等1984)。各时间点的对照组和处
理组的细胞内H2O2的测定均重复3~5次。
4 烟草BY-2细胞呼吸代谢途径的测定
4.1 呼吸速率的测定
将未经任何处理的烟草BY-2悬浮细胞用200
目的细胞筛过滤, 并用吸水纸吸干液体, 称取0.1 g
用1 mL pH 6.8的PBS测定缓冲液重新悬浮, 全部转
移到氧电极的反应杯里, 然后分别向反应杯里加
入998.33、996.67、993.33、990、986.7、983.3、
966.7、950和933.3 μL pH 6.8的PBS测定缓冲液和
1.67、3.33、6.67、10、13.3、16.7、33.3、50和
66.7 μL双氯芬酸母液(对照组加入等体积的超纯
水)以确保在2 mL的反应体系里双氯芬酸的终浓度
依次为0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、
0.20、0.30和0.40 mmol·L-1, 开始测定, 待耗氧速率
稳定时开始记录, 此时得到的总呼吸速率是用来
比较分析各浓度的双氯芬酸对细胞呼吸的即时抑
制作用。并以各对照组呼吸速率为100%, 对应各
处理组呼吸速率均换算成对照组呼吸速率的百分
数, 以百分数代表各浓度双氯芬酸对细胞呼吸速
率的即时抑制作用的大小。所有的呼吸速率均于
25 ℃恒温条件下测定, 测定液的温度由Oxytherm
氧电极的半导体控温装置控制。
植物生理学报1596
4.2 呼吸途径的测定及计算
将未经任何处理的烟草BY-2悬浮细胞用200
目的细胞筛过滤, 并用吸水纸吸干液体, 称取0.1 g
用1 mL pH 6.8的PBS测定缓冲液重新悬浮, 并全部
转移到氧电极的反应杯里, 先按照上述方法测得
细胞的总呼吸; 然后, 待耗氧速率稳定后再向反应
杯里加入双氯芬酸使反应杯中双氯芬酸的终浓度
为0.2 mmol·L-1, 此时测得的呼吸是加入双氯芬酸
后的剩余呼吸R1; 最后, 待耗氧速率稳定后分别向
氧电极反应杯里加入各呼吸途径抑制剂, 此时测
得的呼吸是在加入双氯芬酸后剩余呼吸的基础上
再加入呼吸途径抑制剂后的剩余呼吸R2。对照组
不加双氯芬酸母液, 其余操作均与处理组相同, 分
别得到剩余呼吸R3和R4。对照组2次剩余呼吸的差
值(R3–R4)与处理组2次剩余呼吸的差值(R1–R2)作差
[(R3–R4)–(R1–R2)], 即为双氯芬酸对烟草BY-2细胞
呼吸途径的抑制大小。本实验选取NaF (Gambino
等2009)、丙二酸(McLean等2009)、正磷酸钠(Liu
等2007)分别抑制EMP (糖酵解途径)、TCA (三羧
酸循环)、PPP (磷酸戊糖途径)呼吸碳代谢途径; 以
KCN和SHAM (水杨基氧肟酸, salicylhydroxamic
acid) (Yip和Vanlerberghe 2001; Robson和Vanlerber-
ghe 2002)分别抑制COX (细胞色素氧化酶)和AOX
(交替氧化酶)两条呼吸电子传递途径。分析双氯
芬酸对各呼吸代谢途径抑制作用的大小。所有的
呼吸速率均于25 ℃恒温条件下测定, 测定液的温
度由Oxytherm氧电极的半导体控温装置控制。
5 数据处理
采用Excel 2003软件进行数据分析并作图, 并
用SPSS 11.5对数据进行统计分析。细胞干重、细
胞死亡率和细胞内ROS的测定结果均为3~5次重
复测定的平均值, 呼吸速率、各呼吸途径的测定
结果均为15~20次重复测定的平均值。
实验结果
1 不同浓度的双氯芬酸对烟草BY-2细胞呼吸的即
时抑制作用
将烟草BY-2细胞的悬浮液和双氯芬酸加到氧
电极反应杯里, 开始测定, 大约90 s后, 烟草BY-2细
胞呼吸作用就受到显著的抑制, 而且随着双氯芬
酸浓度的增加, 对呼吸作用的抑制程度也显著增
加(图1)。当双氯芬酸浓度达到0.2 mmol·L-1时, 对
烟草BY-2细胞的呼吸抑制就达到较大水平(16%左
右)。此后, 双氯芬酸对呼吸的抑制不再随浓度的
增加而显著改变。
图1 不同浓度的双氯芬酸对烟草BY-2
细胞呼吸速率即时抑制作用
Fig.1 The instant inhibition of total respiration in tobacco BY-2
cells treated with different concentrations of diclofenac
每个数据为15~20次独立测定的平均值±SE。
2 双氯芬酸对烟草BY-2细胞的生长和死亡率以及
细胞内H2O2浓度的影响
双氯芬酸处理烟草BY-2细胞1 d, 处理组细胞
干重显著降低(图2-A), 反映双氯芬酸显著抑制了
烟草BY-2细胞的生长。
经双氯芬酸处理24 h后, 双氯芬酸显著地促进
烟草BY-2细胞的死亡, 并且随着双氯芬酸处理时
间的延长, 烟草BY-2细胞的死亡率逐渐增加(图
2-B)。双氯芬酸处理3、6、12和24 h后, 处理组烟
草BY-2细胞的相对死亡率分别增加了16.34%、
30.32%、30.62%、42.42%。
与对照相比, 双氯芬酸处理烟草BY-2细胞1 h
时, 细胞内H2O2浓度明显增加, 约达到对照水平的
2.3倍, 然后降低, 随后又逐渐增加, 处理24 h时细胞
内H2O2浓度达到峰值 , 约为对照组的5.2倍(图
2-C)。
3 双氯芬酸对烟草BY-2细胞的总呼吸、COX和
AOX呼吸电子传递途径的即时抑制作用
双氯芬酸处理约90 s后, 烟草BY-2的细胞总呼
吸、COX和AOX参与的电子传递途径均受到显著
刘玉亭等: 双氯芬酸对烟草BY-2细胞呼吸代谢的影响 1597
图2 双氯芬酸对烟草BY-2细胞的生长和死亡率
以及细胞内H2O2浓度的影响
Fig.2 Effects of diclofenac on growth, death, and H2O2
concentration of tobacco BY-2 cells
每个数据为3~5次独立测定的平均值±SE; *表示同一时间的
处理与对照在0.05水平上有显著性差异。
图3 双氯芬酸对烟草BY-2细胞的总呼吸、COX和AOX参
与的呼吸电子传递的即时抑制作用
Fig.3 The instant inhibition of total respiration and capacities of
COX and AOX pathways in tobacco BY-2 cells
treated with diclofenac
每个数据为15~20次独立测定的平均值±SE; *表示处理与对
照在0.05水平上有显著性差异。
植物生理学报1598
的抑制。与对照组相比, 处理组的细胞总呼吸、
COX和AOX参与的呼吸电子传递速率分别降低了
约28.35%、28.02%和30.72% (图3)。
双氯芬酸对烟草BY-2细胞的EMP、TCA和
PPP三个呼吸代谢途径均有不同程度的抑制作用
(图4), 抑制百分比依次约为9.20%、15.95%、
20.53%。
和AOX参与的呼吸电子传递途径都受阻(图3-B、
C), EMP、TCA和PPP呼吸碳代谢途径也受到不同
程度的抑制(图4)。为了证明双氯芬酸对烟草BY-2
细胞EMP、TCA和PPP途径的间接抑制作用, 我们
分别用COX和AOX专一性抑制剂KCN和SHAM,
使COX和AOX的受抑制程度与双氯酚酸对两者的
抑制程度相近时, 得出与双氯芬酸对EMP、TCA
和PPP三个呼吸碳代谢相似的抑制程度(数据未列
出)。结果表明, 双氯芬酸确实是通过抑制呼吸电
子传递从而反馈抑制呼吸碳代谢。因此, 我们认
为双氯芬酸是通过抑制烟草BY-2细胞中COX和
A O X参与的呼吸电子传递 , 进而反馈抑制了
EMP、TCA和PPP三个呼吸碳代谢, 从而导致代谢
产物供应不足, 限制了烟草BY-2细胞的生长。
AOX途径是植物细胞特有的一种呼吸途径,
是一种非磷酸化偶联的途径, 它不受线粒体跨膜
质子梯度及ADP/ATP比值的影响而快速地氧化还
原性物质NADPH和NADH (Kornfeld等2013;
Zhang等2012)。植物正常生长时, 呼吸电子传递主
要通过COX途径进行。但是, 当有环境胁迫存在
时, 由于呼吸底物和ADP的限制将会导致COX途
径活性的下降, AOX途径可以分流COX途径的电
子, 减少电子流从呼吸电子传递链的泄漏, 从而阻
止ROS的大量产生, 降低ROS引起的氧化胁迫(Cv-
etkovska和Vanlerberghe 2012; Zhang等2011)。程丹
丹等(2011)的研究指出, 赤星病菌代谢产物可以抑
制烟草BY-2细胞的AOX途径, 并且这种抑制作用
是导致烟草BY-2细胞中ROS爆发的原因。由于烟
草BY-2细胞是一种无叶绿体的细胞系, 因此线粒
体电子传递链被认为是烟草BY-2细胞ROS产生的
主要部位, 当线粒体电子传递链被阻断时, 大量的
电子从线粒体电子传递链泄漏, 与细胞中的分子
氧反应从而产生超氧阴离子, 随后在细胞中转化
为H2O2 (Fleury等2002), 产生大量的ROS (Vranová
等2002)。双氯芬酸对烟草BY-2细胞COX呼吸电
子传递的抑制导致大量的电子从线粒体电子传递
链泄漏, 此外它对AOX途径的抑制(图3-C), 也降低
了AOX对细胞的保护作用, 导致烟草BY-2细胞内
H2O2大量积累(图2-C), ROS的积累会对细胞的膜
脂、蛋白质和核酸造成伤害, 严重时会导致细胞
的死亡(Pospíšil 2012)。因此, 双氯芬酸对线粒体
图4 双氯芬酸对烟草BY-2细胞的EMP、TCA和
PPP呼吸途径的抑制作用
Fig.4 The inhibition of EMP, TCA and PPP pathway in
tobacco BY-2 cells treated with diclofenac
每个数据为15~20次独立测定的平均值±SE; *表示各途径处
理与对照在0.05水平上有显著性差异。
讨　　论
双氯芬酸能显著抑制烟草BY-2细胞的生长
(图2-A), 这可能与双氯芬酸对细胞呼吸作用的显
著抑制相关(图3-A)。由于ATP是细胞代谢所需的
直接能量, 且ATP本身也是一种重要的信号分子,
因此ATP在细胞生长发育代谢过程中具有重要作
用。有报道指出, ATP损耗可能是苯甲基腺苷(ben-
zyladenosine)诱导烟草BY-2细胞死亡的关键因素
(Mlejnek等2003)。孙学娟等(2012)的研究表明,
CuCl2胁迫导致的细胞内ATP损耗在CuCl2诱导的
烟草BY-2细胞死亡过程中起重要作用。双氯芬酸
抑制了COX和AOX的活性, 进而影响线粒体呼吸
电子传递, 使得ATP合成受抑制, 导致能量供应不
足, 进而限制了烟草BY-2细胞的生长。
双氯芬酸处理烟草BY-2细胞后, 细胞中COX
刘玉亭等: 双氯芬酸对烟草BY-2细胞呼吸代谢的影响 1599
电子传递的抑制作用是它抑制细胞生长、促进细
胞死亡的重要原因。
综上所述, 我们的研究结果表明, 双氯芬酸抑
制烟草BY-2细胞COX和AOX呼吸电子传递途径,
导致ROS的积累; 此外, 双氯芬酸对呼吸电子传递
的抑制导致对EMP、TCA和PPP碳代谢途径的反
馈抑制。上述过程导致烟草BY-2细胞内ATP和中
间代谢产物供应不足。这些是双氯芬酸抑制细胞
生长、促进细胞死亡的重要原因。至于双氯芬酸
对其他植物生长抑制的机理是否与对烟草BY-2
细胞的抑制机理相同, 以及双氯芬酸对呼吸电子
传递链抑制的详细机制还需要做进一步的研究来
阐明。
参考文献
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