全 文 ：植物生理学通讯 第43卷 第1期，2007年2月 81
酪氨酸蛋白磷酸酶(PTPase)参与水杨酸调控蚕豆气孔运动的信号转导
杨国辉1，车永梅1，石武良2，刘新1,*
1 莱阳农学院生命科学学院，山东青岛 266109；2 中国科学院植物研究所光合作用与环境分子生理学重点实验室，北
京100093
提要：研究酪氨酸蛋白磷酸酶(PTPase)的抑制剂氧化苯胂(PAO)、钒酸钠(NaVO3)和 Zn2+ 对水杨酸(SA)调控蚕豆气孔运
动影响的结果表明，0~1 mmol·L-1 PAO、0~4 mmol·L-1 NaVO3 和 0~4 mmol·L-1 Zn2+ 对光诱导蚕豆气孔开度变化的影响不
大，但都可以抑制黑暗或 SA 诱导的气孔关闭，据此推测，PTPase 可能参与 SA 诱导气孔关闭的信号转导过程。
关键词：蚕豆；酪氨酸蛋白磷酸酶；水杨酸；气孔运动；信号转导
Involvement of Protein Tyrosine Phosphatase in Signal Transduction of Sali-
cylic Acid Regulated Stomatal Movement of Vicia faba L.
YANG Guo-Hui1, CHE Yong-Mei1, SHI Wu-Liang2, LIU Xin1,*
1College of Life Sciences, Laiyang Agricultural College, Qingdao, Shandong 266109, China; 2Key Laboratory of Photosynthesis
and Environmental Molecular Physiology, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China
Abstract: The effects of protein tyrosine phosphatase (PTPase) inhibitor phenylarsine oxide (PAO), sodium
vanadate (NaVO3) and Zn
2+ on salicylic acid (SA) regulated Vicia faba stomatal movement were studied. The
results showed that PAO (0–1 mmol·L-1), NaVO3 (0–4 mmol·L
-1) and Zn2+ (0–4 mmol·L-1) had no effects on light
induced stomatal opening, but inhibited the darkness or SA induced stomatal closure. It suggested that PTPase
maybe participated in the signal transduction of SA regulated V. faba stomatal closure.
Key words: Vicia faba; protein tyrosine phosphatase; salicylic acid; stomatal movement; signal transduction
收稿 2006-11-13 修定 　2007-01-08
资助 国家自然科学基金(3037 0 14 1)、山东省教育厅基金
(J04C13)和莱阳农学院人才基金(630318)。
致谢 中国农业大学生物学院张蜀秋先生对本实验给予了帮助。
*通讯作者(E-mail：liuxin6080@yahoo.com.cn；Tel：
0532-88030224)。
水杨酸(salicylic acid，SA)是近些年比较引人
注意的一种植物信号分子，参与调节植物体内多
种生理生化过程，如植物开花、产热、种子萌
发、气孔关闭、膜通透性及离子吸收等，特别
是与植物抗逆性关系密切(王利军等2002；赵会杰
和薛延丰2005)。关于 SA调控气孔运动的效应及
其信号转导过程已有一些报道，认为SA可以引起
植物的气孔关闭(Manthe等 1992；刘新等1999)，
钙和一氧化氮参与SA诱导蚕豆气孔运动的信号转
导(Liu 等 2003；刘新等 2003)。另外，蛋白质
可逆磷酸化是真核生物细胞内功能调节的一种最普
遍的作用机制，这一可逆化过程分别由蛋白激酶
和蛋白磷酸酶催化完成，蛋白激酶催化底物上的
氨基酸残基磷酸化，而蛋白磷酸酶则催化磷酸化
的蛋白质脱磷酸化。根据底物的不同，这些酶分
为两大类：丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(serine/threo-
nine kinase)和丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶(serine/
threonine phosphatase)、酪氨酸蛋白激酶(protein
tyrosine kinase，PTK)和酪氨酸蛋白磷酸酶(protein
tyrosine phosphatase，PTPase) (石武良和张蜀秋
2004)。有报道提出，蛋白质的磷酸化和去磷酸
化参与SA 诱导的抗逆胁迫过程。在渗透胁迫下，
植物SA诱导的蛋白激酶活性迅速升高(Mikolajczyk
等 2000)；SA诱导的 PR-1基因表达需蛋白质磷酸
化和去磷酸化反应的参与( 康国章等 2 0 0 4 ) 。
MacRobbie (2002)报道，PTPase参与渗透胁迫下
保卫细胞的信号转导。但它是否参与SA诱导气孔
关闭的信号转导，尚未见报道。本文以蚕豆保卫
细胞为材料，探讨 PTPase 是否参与 SA 信号途径
的调节。
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材料与方法
蚕豆(Vicia faba L.)种子消毒后浸泡24 h，然
后在25 ℃培养箱中催芽2~3 d，胚根长至0.5 cm
时，培养在营养土(营养土:蛭石=2:1)中。放在光/
暗周期为12 h/12 h，光照强度为200 mmol·m-2·s-1，
温度为22 ℃/17 ℃，相对湿度为70%的温室条件
下培养。取生长 3~4 周幼苗顶端完全展开的叶子
进行实验。氧化苯胂(phenylarsine oxide，PAO)、
钒酸钠(NaVO 3)、2-[ N - 吗啉]乙磺酸(2-[ N -
morpholino]ethanesulfonic acid，MES)、二甲基亚
砜(dimethyl sulfoxide，DMSO)等均为Sigma公司
产品。用表皮条缓冲液(10 mmol·L-1 MES/KOH、
50 mmol·L-1 KCl、100 mmol·L-1 CaCl2，pH 6.1)配
制 NaVO 3、ZnCl 2、CaCl 2，使其浓度分别为 10
mmol·L-1 NaVO3、20 mmol·L-1 ZnCl2、100 mmol·L-1
CaCl2 的母液。PAO 用 DMSO 配成 20 mmol·L-1 的
母 液 。
测定气孔开度时，取三至四周龄蚕豆幼苗顶
端完全展开的叶片，于光下或暗处诱导使气孔完
全张开或关闭。撕取其下表皮，小心刷除上面粘
附的叶肉细胞，切成0.5 mm×0.5 mm 的小块。处
理3 h 后，观察不同处理气孔运动情况。用显微
测微尺测量气孔孔径，测量时随机选取 5 个视
野，每个视野内随机选取 10 个气孔。记录终态
孔径，每个处理重复 3 次以上。
实验结果
1 SA、PAO 和 Zn2+ 对蚕豆气孔运动的影响
图1~3 显示：(1) SA 具有诱导蚕豆气孔关闭
的效应，蚕豆气孔开度随着SA浓度的提高而逐渐
减小，P<0.05 (图1)；(2)不同浓度的PAO (PTPase
的专一性抑制剂)对光诱导的气孔张开没有影响，
但可以抑制黑暗诱导的气孔关闭，其中，以0.01
mmol·L-1的PAO效果最为明显(P<0.05) (图2)；(3)
在 0.02~4 mmol·L-1 Zn2+ 范围内，Zn2+ 对光诱导的
气孔张开没有影响，但可以抑制黑暗诱导的气孔
关闭，其中，2 mmol·L-1 Zn2+ 的抑制效果较为显
著(P<0.05) (图3)。
图1 SA对蚕豆气孔运动的影响
Fig.1 Effects of SA on stomatal movement of V. faba
图2 PAO对光/暗诱导蚕豆气孔运动的影响
Fig.2 Effects of PAO on light/darkness induced
stomatal movement of V. faba
图3 Zn2+对光/暗诱导蚕豆气孔关闭的影响
Fig.3 Effects of Zn2+ on light/darkness induced
stomatal closure of V. faba
2 NaVO3对暗诱导气孔关闭的影响
NaVO 3 不仅能够抑制黑暗诱导的气孔关闭，
而且还有明显的浓度效应，2 mmol·L-1 NaVO3 的
效果最为明显(P<0.05) (图4)。
3 PAO、Zn2+ 和 NaVO3 对 SA 诱导气孔关闭的影响
在光照条件下，用 0.01 mmol·L-1 PAO 分别
与不同浓度(0.001、0.01、0.1 mmol·L-1) SA共处
理已诱导气孔张开的蚕豆表皮条 3 h，观察 PAO
对 S A 诱导气孔关闭的效应。结果表明，0 . 0 1
mmol·L-1 PAO 可以减弱 SA 诱导气孔关闭的效应，
植物生理学通讯 第43卷 第1期，2007年2月 83
SA浓度为 0.01和 0.1 mmol·L-1 时，PAO的抑制作
用分别为80.01%和35.70% (P<0.05) (图5)。
SA 与 Zn2+ 同时作用时，Zn2+ 可以减少 SA 诱
导气孔关闭的效应，Zn2+ 对浓度为 0.01 和 0.1
mmol·L-1 SA的抑制作用更显著(P<0.05) (图6)。
光照条件下，NaVO3 能抑制SA 诱导的气孔关
闭效应，0.01 和 0.1 mmol·L-1 SA 存在时，NaVO3
的抑制作用分别为61.94% 和 48.06% (P<0.05)
(图 7)。
讨 论
SA作为一种信号分子，调节植物生长发育的
许多方面。有关 SA 的信号转导过程已有许多研
究。有报道认为 SA 可以导致胞内 H2O2 浓度上升，
H2O2 作为第二信使，诱导一些防卫基因的激活或
表达(Chen 等 1993；Sánchez-Casas 和 Klessig
1994)。李兆亮等(1998)报道，SA 能够激活磷脂
酶 C (PLC)，促进磷脂酰肌醇降解，导致第二信
使肌醇三磷酸(IP3)和双脂酰甘油(DAG)含量增加，
SA的生理功能尤其在诱导植物抗病性中的作用很
可能是通过肌醇磷脂信使系统介导的。刘新等
(2003)的研究表明，SA可引起胞质Ca2+增加，Ca2+
螯合剂BAPTA [1,2-bis(2-aminophenoxy)ethane-N,N,
N,N-tetraacetic acid，1 mmol·L-1]几乎可以完全抑
制 SA 诱导气孔开度减小的作用；胞外 Ca2+ 螯合
剂 EGTA (2 mmol·L-1)、质膜 Ca2+ 通道抑制剂尼群
地平(nifedipine，NIF，1 mmol·L-1)和 LaCl3 (1
mmol·L-1)可不同程度地减弱SA诱导气孔关闭的效
应，表明Ca2+可能参与SA诱导气孔运动的信号转
导。又有报道指出，蛋白质的磷酸化和去磷酸化
也参与 SA 介导的生理反应(Kumar 和 Klessig
2000；Ning等 2006)。PTPase是引起蛋白质去磷
酸化的重要酶，MacRobbie (2002)证明PTPase可
以通过控制保卫细胞液泡中离子的释放来调节气孔
的关闭过程。PTPase 是否也参与 SA 诱导的信号
图4 NaVO3对暗诱导蚕豆气孔关闭的影响
Fig.4 Effects of NaVO3 on darkness induced
stomatal closure of V. faba
图5 0.01 mmol·L-1 PAO对SA诱导蚕豆气孔关闭的影响
Fig.5 Effects of 0.01 mmol·L-1 PAO on SA induced
stomatal closure of V. faba
图6 2 mmol·L-1 Zn2+对SA诱导蚕豆气孔关闭的影响
Fig.6 Effects of 2 mmol·L-1 Zn2+ on SA induced
stomatal closure of V. faba
图 7 NaVO3 对 SA诱导蚕豆气孔关闭的影响
Fig.7 Effects of NaVO3 on SA induced
stomatal closure of V. faba
植物生理学通讯 第43卷 第1期，2007年2月84
转导过程，尚未见报道。
本文以蚕豆为材料，采用PTPase的几种抑制
剂PAO、NaVO3 和 Zn2+ 来确定 PTPase 是否参与SA
调控气孔运动的信号转导，结果表明，0.01和 0.1
mmol·L-1 SA 具有显著诱导蚕豆气孔关闭的效应；
PAO、Zn 2+ 和 NaVO 3 均可抑制 SA 诱导的气孔关
闭，据此推测 PTPase 参与 SA 调控蚕豆气孔运动
的信号转导过程；PAO、Zn2+ 和 NaVO3 不能完全
抑制SA 的作用，尤其SA 浓度较高(0.1 mmol·L-1
时，表明这一过程可能还存在其他信使的作用。
SA 如何调控气孔运动过程中 PTPase 活性？已知
Ca2+参与SA诱导蚕豆气孔运动的信号转导(刘新等
2003)，Ca2+ 可以影响蛋白质的磷酸化和去磷酸
化，SA 是否通过 Ca2+ 信使影响 PTPase 活性？还
是通过类似 NO 的作用机制，即先通过影响蛋白
磷酸化然后引起胞内钙的释放，进而调控内向钾
和氯离子通道，从而引起气孔运动的改变
(Sokolovski等2005)？另外，还有哪些成分参与
SA诱导气孔关闭的信号转导过程？这些信号传递
途径之间的关系是什么？尚需进一步研究。
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