全 文 ：植物生理学通讯 第 40 卷 第 3期，2004 年 6 月 285
几种信号类物质对蚕豆气孔运动的效应
於丙军* 丁义** 陈宣钦
南京农业大学生命科学学院，南京 210095
提要 用表皮生物分析方法， 研究H2O2、NO 和多胺对蚕豆叶片气孔开放和关闭的单独及其综合效应。其结果表明: H2O2
和 NO 明显促进气孔关闭，抑制气孔开放。腐胺(Put)效应相对较弱，与 H2O2 和 NO 未表现出明显叠加效应。
关键词 H2O2；NO；多胺；气孔运动
Effects of Several Signaling Substances on Stomatal Movement in Vicia faba
YU Bing-Jun *, DING Yi**, CHEN Xuan-Qin
College of Life Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095
Abstract Effects of several signaling substances such as H2O2 , nitric oxide (NO) and polyamines on stomatal
opening and closure in Vicia faba were investigated by studying epidermal strips. The results showed that both
H2O2 and SNP promoted stomatal closure and inhibited stomatal opening obviously, and that the effect of
putrescine (Put) was less than those of H2O2 and NO. The enhancing effects were not found in the treatment of
Put+NO and Put+H2O2.
Key words H2O2; NO; polyamines; stomatal movement
收稿 2003-06-20 修定 　 2004-02-09
* E-mail: bjyu@njau.edu.cn, Tel:025-84395347
* * 现为上海交通大学农学院 2003 级硕士研究生。
气孔的开关运动是植物体对外界环境刺激产
生的重要反应之一。一般认为，ABA 诱导气孔关
闭是通过保卫细胞内向 Ca2+ 通道的激活和胞内钙
库中Ca2+ 的释放，使胞质Ca2+ 浓度升高所造成的
结果[1]。苗雨晨等[2]发现，在 ABA 诱导气孔关闭
的过程中，保卫细胞中 H2O 2 含量上升。H2O 2 还
参与水杨酸诱导蚕豆气孔的关闭过程[3]。贾虎森
和李德全[4]报道，水分胁迫下苹果叶片的 H2O2 有
积累现象。Mata和Lamattina[1]以硝普钠(SNP, NO
供体)处理小麦植株，可提高其抗旱性。阮海华
等[5]报道，NO 对盐胁迫下小麦叶片氧化损伤有保
护作用。多胺是广泛存在于生物体内、具有生物
活性的低分子量脂肪族含氮碱，主要包括腐胺
(Put)、亚精胺(Spd)、精胺(Spm)和尸胺(Cad)。在
胁迫条件下，植物体内的多胺有积累现象[6]。本
文研究 H2O 2、NO 和多胺对蚕豆叶片气孔运动的
单独效应，并结合Vc (H2O2 清除剂)和血红蛋白
(hemoglobin， Hb，NO清除剂)对其综合效应进行
分析。
材料与方法
蚕豆(Vicia faba)种子先用0.1% HgCl2消毒5
min，漂洗后浸种 2 d，在培养箱中催芽 2~3 d，
播种于石英砂中。用 Hoagland 溶液培养，溶液
每3 d更换 1次。蚕豆生长温度为10~20℃，光 /
暗周期为10 h/14 h, 光强为200~300 mmol.m-2.s-1，
生长期间无任何胁迫。
取三至四周龄蚕豆苗顶端第2~3对完全展开
叶，蒸馏水洗净后，用镊子撕取下表皮，洗去
叶肉细胞，切成长 5 mm 的表皮条。在研究信号
类物质促进气孔关闭的实验中，先将新制备的表
皮条置于无CO2 的 Mes-KCl缓冲溶液(50 mmol.L-1
KCl、10 mmol.L-1 Mes，用 Tris 调 pH 至 6.15)
中，光照(200~300 mmol.m-2.s-1)培养3 h后，从
缓冲溶液中取出表皮条，置于含有不同浓度试剂
的 Mes-KCl 缓冲液中。在上述光强下分别培养
1、2、3 h 后，在 10×40 倍显微镜下用测微尺
测定气孔开度。在抑制气孔开放的实验中，先
将新制备的表皮条于上述缓冲液中暗处理 2 h，
再取出置于上述光强下，于各处理试剂溶液中分
别培养 1、2、3 h，然后测定其气孔开度。每
个处理重复 3 次，每次取 20 个气孔进行测定，
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结果取其平均值。
实验结果
1 单独效应
1.1 H2O2的效应 H2O2在气孔关闭(图1-a)和开放
(图 1-b)的实验中，均表现出随着 H2O2 浓度的增
加，气孔开度逐渐减小。在同一浓度下，处理
时间越长，促进关闭或抑制开放的效应越明显。
在所用的最大H2O2浓度(1 000 mmol.L-1)下，处理
3 h 后，气孔几乎完全关闭。这表明，外源 H2O2
明显促进离体蚕豆叶片气孔关闭，抑制气孔开
放。
1.2 NO的效应 浓度高于0.2 mmol.L-1的SNP均能
够很明显地促进蚕豆气孔的关闭。低浓度(0 . 2
mmol.L-1)时，SNP 促进关闭的效应随处理时间的
延长而更加明显；在不低于0.4 mmol.L-1的浓度处
理 1、2、3 h 时，SNP 对气孔的关闭都表现更
明显的促进作用(图2-a)。不同浓度的SNP也都有
抑制蚕豆气孔开放的作用。在0.2 mmol.L-1 处理
下，其气孔开度值虽明显下降，但仍高于暗处理
后的数值。在0.4 mmol.L-1 处理 2 h 以上时，其
抑制作用已大于光照本身对气孔开放的促进作用，
气孔开度值已低于暗处理后的数值。在0.6 mmol.
L-1 及以上浓度时，SNP 对气孔开放的抑制效应更
加明显(图2-b)。
1.3 多胺的效应 Put浓度在1 mmol.L-1及以上时，
促进气孔关闭的效应随浓度的增大和时间的延长而
趋明显(图3-a)。Put在0.1~6 mmol.L-1范围内，对
气孔开放均表现抑制作用，但该效应会随光照时
间的延长而减弱(图 3-b)。Spm和 Spd对气孔关闭
和开放的效应不明显(结果未显示)。
2 综合效应
2.1 H2O2与 Put的综合效应 0.1 mmol.L-1 H2O2不论
与低浓度(0.1 mmol.L-1)或高浓度(3 mmol.L-1)Put复
合处理，均表现对气孔关闭明显的促进效应。时
间越长，效应越强。加入 H2O2 清除剂 Vc 后，此
促进效应即明显减弱(图 4-a、b)。它们与气孔开
图1 H2O2对蚕豆气孔关闭(a)和开放(b)的效应
Fig.1 Effect of H2O2 on stomatal closure (a) and
opening (b) in Vicia faba
图2 SNP对蚕豆气孔关闭(a)和开放(b)的效应
Fig.2 Effect of SNP on stomatal closure (a) and
opening (b) in Vicia faba
图3 Put对蚕豆气孔关闭(a)和开放(b)的影响
Fig.3 Effect of Put on stomatal closure (a) and
opening (b) in vicia faba
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放的抑制效应也类似(图 5-a、b)。可见，在H2O2
与 Put 的综合效应中，H2O2 起主导作用，Put 未
表现有明显的叠加效应。
2.2 NO和Put的综合效应 0.8 mmol.L-1SNP分别
与低浓度(0.1 mmol.L-1)和高浓度 (3 mmol.L-1) Put
复合处理后，均表现对气孔关闭的促进效应，时
间越长，效应越强。加入 N O 清除剂 H b 后，此
效应均降低(图 6-a、b)。它们与气孔开放的抑制
效应也类似(图 7-a、b)。这表明，在 NO 与 Put
的综合效应中，NO 起主导作用，Put 未表现有明
图4 Put+H2O2对蚕豆气孔关闭的效应
Fig.4 Effect of Put+H2O2 on stomatal closure in Vicia faba
图5 H2O2+Put对蚕豆气孔开放的效应
Fig.5 Effect of H2O2+Put on stomatal opening in Vicia faba
图6 NO+Put对蚕豆气孔关闭的效应
Fig.6 Effect of NO+Put on stomatal closure in Vicia faba
图7 NO+Put对蚕豆气孔开放的效应
Fig.7 Effect of NO+Put on stomatal opening in Vicia faba
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显的叠加效应。
讨 论
植物对外界环境的适应(如气孔的运动)是通过
植物体内包括 ABA、Ca2+ 和 IP3(1,4,5- 三磷酸肌
醇)等在内的许多信号类物质所介导的信号转导过
程实现的[1 ]。近年来，人们认为 H 2O 2、N O 和
多胺是具有信号功能的新型信号类物质[7~9]。其中
H2O2 和 NO 都是目前比较受关注的细胞内氧化信
号分子，在作用上表现出保护与毒害的双重性，
与植物的气孔运动、超敏反应和基因表达都有密
切的关系[10,11],且两者在信号转导效应中都涉及Ca2+
信使系统[12,13]。NO可促进气孔关闭，增加细胞内
的cGMP 水平，从而促进植物防卫基因(如 LEA)的
表达，因此 cGMP 可能起 NO 第二信使的功能[1]。
本文结果表明，外源 H2O2 明显促进蚕豆叶片气孔
关闭，抑制气孔开放(图 1)。NO 供体 ——SNP 对
气孔关闭的促进和对气孔开放的抑制也很明显(图
2)。相对而言，多胺对气孔运动的效应要弱得多
(图 3)。气孔细胞活性洗脱实验表明，本文中所
用 H2O2、SNP 和 Put 等物质的浓度对气孔活性无
明显影响(结果未显示)，可排除上述物质本身对
气孔细胞的毒害作用和时间效应。安国勇等[14] 采
用膜片钳技术检测认为，H2O2 促进蚕豆气孔关闭
主要是通过抑制质膜内向K+通道控制的K+内流而
引起。Mata 和 Lamattina[1]发现，NO引起气孔开
度减小的效应可为Ca2+螯合剂 ——EGTA逆转，并
认为Ca2+ 在上游调控NO 的效应。Liu 等[8]实验结
果表明，多胺促进蚕豆气孔关闭和抑制气孔开放
也主要是通过抑制质膜内向K+通道控制的K+内流
而引起。
ABA 诱导的气孔关闭涉及保卫细胞中 IP3 和
cADPR(环化 ADP- 核糖)信号转导引起的胞质中
Ca2+ 浓度的上升[1]。Lum 等[15]用 H2O2 处理离体绿
豆叶片时，类NOS(NO合酶)活性增加8.3 倍，NO
水平迅速上升，且此过程受Ca2+ 通道阻断剂 ——
异博定(verapamil)抑制，但不受 EGTA 和 EDTA
影响。Mata和 Lamattina[9]发现 NO特异性清除剂
c-PTIO[2-(4-carboxyphenyl)-4,4,5,5-
tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide]可抑制ABA
诱导的气孔关闭效应，说明 NO 也直接参与 ABA
诱导的气孔关闭过程。可见，H 2O 2 和 N O 都与
A B A 诱导的气孔运动有密切的关系。在我们的
H2O2与 NO对气孔关闭和开放的单独效应(图 1、2)
实验中，观察到两者都表现出明显效应，这进一
步证实 H 2O 2 和 N O 是直接参与气孔关闭过程的。
Put等多胺的效应相对较弱(图 3)。在Put分别与
H2O2 和 NO 并结合 Vc(H2O2 清除剂)和 Hb(NO 清除
剂)的综合效应实验中，H 2O 2 和 N O 都起主导作
用，Put未表现有明显的叠加效应(图 4~7)。这可
能是由于Put本身对气孔运动的效应较弱所致。它
与 H2O2 和 NO 在代谢和功能上的联系现在尚不清
楚，很值得探讨。
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