全 文 ：植物生理学通讯 第 46卷 第 3期, 2010年 3月 249
收稿 2009-12-21 修定 　2010-02-02
* 通讯作者(E-mail: wyfmsm@163.com; Tel: 020-38897606)。
外源NO、H2O2和ABA对鸡蛋花花冠裂片上气孔关闭的影响
姜兆玉, 王永飞 *
暨南大学生物工程学系, 广州 510632
提要: 以鸡蛋花花冠裂片下表皮为材料, 研究不同浓度及不同处理时间的外源 NO、H2O2和ABA对鸡蛋花花冠裂片下表
皮上气孔关闭的影响, 以及NO、H2O2和ABA在调节花冠上气孔关闭中的相互作用。结果表明: 单独施用NO、H2O2和
ABA明显诱导气孔关闭, 并有浓度效应和时间效应; NO、H2O2和ABA两两混合或三者混合施用所诱导气孔关闭的效应
大于其单独施用的。说明在诱导气孔关闭时, NO、H2O2和ABA之间可能有协同效应。
关键词: NO; H2O2; ABA; 气孔关闭; 鸡蛋花; 花冠裂片
Effects of Exogenous Nitric Oxide, Hydrogen Peroxide and Abscisic Acid on
Stomatal Closure in the Corolla Lobe of Plumeria rubra L.
JIANG Zhao-Yu, WANG Yong-Fei*
Department of Biotechnology, Jinan University, Guangzhou 510632, China
Abstract: Using the abaxial surface of corolla lobe of Plumeria rubra as the experimental material, the effects
of exogenous NO, H2O2 and ABA with different concentrations and different treated periods on stomatal closure
and their interactional effects were studied. The results indicated that NO, H2O2 and ABA could induce stomatal
closure dose- and time-dependently. The effects of the mixed solution of NO, H2O2 or ABA were greater than
those of the individual processing.
Key words: NO; H2O2; ABA; stomatal closure; Plumeria rubra; corolla lobe
气孔一般位于植物地上部分初生结构的表面,
它通常由 2个保卫细胞围绕形成。它是 CO2、O2
和水蒸气等气体进出的通道。组成气孔的保卫细
胞对外部环境非常敏感, 强光、高温、干旱、盐
胁迫、机械胁迫和一定量的外源 A B A、乙烯、
H2O2、赤霉素和 NO 等物质均能诱导气孔关闭。
植物体的光合作用、呼吸作用、水分代谢、离
子吸收、特定基因的表达以及免疫反应(Melotto
等 2006) 等都受气孔运动的影响。前人关于气孔
运动的研究主要集中在植物的叶上, 但目前已发现
植物的非光合器官如花冠(Azad等 2007)、果实
(Peschel等2003)和种子 (Paiva等2006)的表皮上也
有气孔分布。这些发现拓宽了气孔的分布范围, 为
观察和研究气孔运动提供了新的材料。
鸡蛋花是夹竹桃科(Apocynaceae)植物。花聚
生于枝顶, 花冠呈筒状, 径约 5~6 cm, 5裂; 5片花
瓣轮叠而生, 外面呈乳白色, 中心呈鲜黄色, 极似蛋
白包裹着蛋黄, 因此得名。我们前期的研究表明
(王永飞和何华柱2010), 鸡蛋花的花冠裂片的上表
皮未见到有气孔分布, 而其下表皮则有气孔分布。
Hew等(1980)指出, 兰花花瓣表皮上的气孔不能进
行光合作用, 也不能调节水分蒸发。而 Azad等
(2007)则指出, 郁金香花瓣表皮气孔随着温度的变
化而张开或关闭, 以保持花瓣中的水分平衡; 并发
现NO可促进郁金香花瓣上表皮的气孔关闭。外
源NO、H2O2和ABA是否也促进鸡蛋花花瓣下表
皮气孔的关闭的研究尚未见报道。本文用不同浓
度的硝普钠(sodium nitroprusside, SNP, NO供体)、
H2O2和ABA对鸡蛋花的花冠裂片下表皮进行不同
时间的处理, 观察气孔孔径的变化, 以探讨 NO、
H2O2和ABA对鸡蛋花花瓣下表皮气孔关闭的影响,
为深入了解这3种物质对鸡蛋花花器官的生理作用
和作用机制建立基础。
材料与方法
实验材料为取自本校校园内栽培的新鲜的鸡
蛋花(Plumeria rubra L.)。在 7月下旬开花时取花
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冠裂片长为 3.5 cm的鸡蛋花, 用去离子水洗净后,
撕取下表皮, 用毛笔小心刷除黏附的叶肉细胞, 切
成长 10 mm、宽 5 mm的表皮条, 放入盛有表皮
条缓冲液(10 mmol·L-1 MES/KOH, 50 mmol·L-1 KCl,
100 μmol·L-1 CaCl2, pH 6.20)的培养皿中, 置于25 ℃
和可见光(PAR 300 μmol·m-2·s-1)下保温 3 h以促使
气孔处于开放状态。
将上述表皮条转移到含有不同物质的MES-
KCl缓冲液内, 继续保温 3 h。各处理缓冲液如下:
(1)外源NO刺激使用 1、10、100和 500 μmol·L-1
SNP; (2)外源 H2O2刺激使用 1、10、100和 500
μmol·L-1 H2O2; (3)外源ABA刺激使用 1、10、100
和500 μmol·L-1 ABA; 协同刺激采用以下几种组合,
(4) 100 μmol·L-1 SNP+100 μmol·L-1 H2O2; (5) 100
μmol·L-1 SNP+100 μmol·L-1 ABA; (6) 100 μmol·L-1
ABA+100 μmol·L-1 H2O2和(7) 100 μmol·L-1 SNP+100
μmol·L-1 H2O2+100 μmol·L-1ABA。每小时测量 1次
气孔孔径并拍照记录。每个实验处理观察 5个表
皮条, 重复 3次。用 Nikon YS100显微镜, 在 40
倍物镜下, 测量 60个气孔的孔径, 取平均值。数
据用 SPSS软件进行方差分析。
结果与讨论
1 外源NO对鸡蛋花花瓣下表皮上气孔关闭的影响
NO作为植物体中胞间和胞内的信号分子, 能
够调节植物体的生长、发育和各种胁迫反应。
NO常温下不稳定, 通常用 SNP作为NO的外源供
体。从图 1可以看出, 在 1~500 μmol·L-1 SNP范
围内, SNP可显著诱导气孔关闭(P<0.05), 且具有
明显的浓度效应和时间效应, 随着SNP浓度的升高
和处理时间的延长, 其诱导气孔关闭的作用更加明
显。这一结果与Desikan等(2004)的报道基本上一
致。NO诱导鸡蛋花花瓣下表皮气孔关闭的机制
尚不清楚, 但有实验表明, NO通过激活胞内钙库释
放 Ca2+, 致使胞质 Ca2+浓度升高, 进而激活下游的
蛋白激酶或对Ca2+敏感的离子通道, 调控气孔运动
(Desikan等 2004)。
2 外源H2O2对鸡蛋花花瓣下表皮上气孔关闭的影响
H2O2是生物体内重要的活性氧(reactive oxygen
species, ROS)分子。H2O2对气孔运动的影响早在
1996年就已有过相关报道(McAinsh等 1996)。图
2显示, 在1~500 μmol·L-1 H2O2范围内, H2O2可显著
诱导气孔关闭(P<0.05), 且也有明显的浓度效应和
时间效应, 随着H2O2浓度的升高和处理时间的延长,
其诱导气孔关闭的作用更加明显。H2O2诱导鸡蛋
花花瓣下表皮上气孔关闭的具体机制尚待进一步证
图 1 不同浓度和不同处理时间的 SNP对鸡蛋花花冠裂片
上气孔关闭的影响
Fig.1 Effect of SNP on the stomatal closure in the corolla
lobe of Plumeria rubra with different concentrations and
different treated periods
图 2 不同浓度和不同处理时间的H2O2对鸡蛋花花冠裂片
上气孔关闭的影响
Fig.2 Effect of H2O2 on the stomatal closure in the corolla
lobe of Plumeria rubra with different concentrations and
different treated periods
植物生理学通讯 第 46卷 第 3期, 2010年 3月 251
实。已有的报道认为, H2O2能够激活保卫细胞膜
上以及胞内的Ca2+通道, 以致胞质游离Ca2+的浓度
升高, 激活外向K+通道和阴离子通道, 抑制内向K+
通道的活性, K+、Cl-离子外流, 以及苹果酸一类
渗透调节物质的水平下降, 保卫细胞失水收缩, 最
终导致气孔关闭(Köhler等 2003)。
3 外源ABA对鸡蛋花花瓣下表皮上气孔关闭的影响
ABA有促进植物器官脱落, 抑制生长, 维持种
子休眠等作用。ABA是一种抗蒸腾剂, 在水分亏
缺情况下, 植物体产生的ABA, 可以促进叶片气孔
关闭和降低水分蒸腾, 因而植物的抗旱能力提高
(Desikan等 2004)。图 3显示, 在 1~500 μmol·L-1
ABA范围内, ABA可显著诱导气孔关闭(P<0.05), 且
同样也有明显的浓度效应和时间效应, 随着ABA浓
度的升高和处理时间的延长, 其诱导气孔关闭的作
用更加明显。此种诱导效应的确切机制还有待进
一步研究。已有的研究显示, ABA与保卫细胞质
膜上的跨膜受体结合后, 诱导产生的H2O2和NO可
激活 G 蛋白并随后引发肌醇三磷酸(inositol tri-
phosphate, IP3)的释放, 进而引起胞内 Ca2+浓度增
加, K+和阴离子水平下降, 于是保卫细胞失水和气
孔关闭(匡逢春等 2003)。
4 外源NO、H2O2和ABA对气孔关闭的协同效应
有研究表明, NO和H2O2可作为ABA的信号链
成员参与其诱导气孔关闭的信号转导。在ABA诱
导拟南芥、蚕豆和豌豆气孔关闭的研究中发现,
ABA能促进保卫细胞内H2O2的快速产生进而导致
气孔关闭; 加入NO的清除剂 2-苯基 -4,4,5,5-四甲
基咪唑啉 -1- 氧 -3- 氧化物(2 -phenyl -4,4 ,5,5 -
tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide, PTIO), 可部
分抑制ABA诱导的气孔关闭, 表明NO参与ABA诱
导气孔关闭的过程(Desikan等 2004)。NO和H2O2
在植物体内相互作用(於丙军等2004), 一定浓度的
NO可以促进H2O2的合成, 而H2O2也可通过促进NO
的合成诱导气孔关闭(Neill等 2008)。为了进一步
了解外源NO、H2O2和ABA对气孔运动是否有协
同效应, 我们对鸡蛋花花瓣下表皮作了不同的处理,
如图 4所示, 处理 3 h后, 100 μmol·L-1 SNP, 100
μmol·L-1 H2O2和100 μmol·L-1 ABA都显著促进气孔
关闭(P<0.05), 用这 3种物质中的 2种共同处理鸡
蛋花花冠裂片下表皮时, 其诱导气孔关闭的效应进
一步增强。100 μmol·L-1 SNP、100 μmol·L-1 H2O2
图 3 不同浓度和不同处理时间的ABA对鸡蛋花花冠裂片
上气孔关闭的影响
Fig.3 Effect of ABA on the stomatal closure in the corolla
lobe of Plumeria rubra with different concentrations and
different treated periods
图 4 SNP、H2O2和ABA不同组合对鸡蛋花花冠裂片上
气孔关闭的影响
Fig.4 Effect of different compounding of SNP, H2O2 and
ABA on the stomatal closure in the corolla lobe of
Plumeria rubra with different concentrations
and different treated periods
1: 0 h; 2: 100 μmol·L-1SNP; 3: 100 μmol·L-1H2O2; 4: 100
μmol·L-1ABA; 5: 100 μmol·L-1SNP+100 μmol·L-1H2O2; 6: 100
μmol·L-1SNP+100 μmol·L-1ABA; 7: 100 μmol·L-1ABA+100 μmol·L-1
H2O2; 8: 100 μmol·L-1SNP+100 μmol·L-1H2O2+100 μmol·L-1ABA。
植物生理学通讯 第 46卷 第 3期, 2010年 3月252
和100 μmol·L-1 ABA三者一起作用的诱导气孔关闭
的效应最强, 气孔孔径也最小。这些结果表明, 在
对鸡蛋花花瓣上气孔运动的调控过程中, N O、
H2O2和ABA之间可能有协同效应。
参考文献
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