全 文 ：乙烯信号参与调控拟南芥响应PEG模拟的干旱胁迫反应*
杨暋蕾1
**,孙暋萍2,林英超2,唐中华2
**
(1中国科学院上海辰山植物科学研究中心,上海暋201602;2东北林业大学
森林植物生态学教育部重点实验室,哈尔滨暋150040)
摘要:拟南芥ein2灢5、ein3灢1和ctr1灢1是乙烯信号途径中关键基因的突变体,ein2灢5对外源乙烯完全不敏
感,ein3灢1为部分不敏感,而ctr1灢1为组成型乙烯反应突变体。乙烯不敏感突变体ein2灢5和ein3灢1在PEG
胁迫条件下,其莲座叶的生长、地上生物量、叶面积与Col灢0和ctr1灢1突变体相比显著地受到抑制,表明
乙烯信号对PEG胁迫下拟南芥的形态生长具有积极调控的作用;对各突变体中的叶片水势、相对含水量、
MDA含量等各项生理指标进行测定,其结果表明在响应干旱胁迫的反应中,乙烯信号能够调控植物降低
水势来维持一定的细胞渗透压,具有更好的保水能力,产生的 MDA含量相对较低。乙烯信号在提高植物
抗旱性的过程中能够积极地调控渗透调节物质可溶性糖的生成,说明乙烯信号对植物体提高渗透调节能
力,抵御干旱胁迫起到了积极的调控作用。
关键词:乙烯;信号转导;干旱胁迫;PEG
中图分类号:Q945暋暋暋暋 暋文献标识码:A暋暋暋暋暋文章编号:0253灢2700(2010)Suppl灡桗桏灢089灢08
EthyleneSignalisInvolvedinRegulatingArabidopsis
ResponsetoDroughtStressStimulatedbyPEG*
YANGLei1** ,SUNPing2,LINYing灢Chao2,TANGZhong灢Hua2**
(1ShanghaiChenshanPlantScienceResearchCenter,ChineseAcademyofSciences,Shanghai201602,China;
2KeyLaboratoryofForestPlantEcology,theMinistryofEducationofChina,
NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)
Abstract:Arabidopsisein2灢5,ein3灢1andctr1灢1aremutantsinkeygenesofethylenesignalingtransduction
pathway.ein2灢5isabsolutelyinsensitivetoethylene,ein3灢1ispartlyinsensitivetoethylene,whilectr1灢1is
constitutivetripleresponsemutant.Themorphologicalobservationand measurementshowedtherosette
growth,shootbiomassandleafareaunderPEGstresswererestrainedmoresignificantinethyleneinsensitive
mutantsein2灢5andein3灢1thaninCol灢0andctr1灢1.Fromtheresults,wecanconcludethatethylenesignal
playsapositiveroleinregulatingArabidopsisgrowthandmorphologyunderPEGstress.Wealsodetermined
thephysiologicalstatusinArabidopsisunderPEGstress.Itwasindicatedthatethylenesignalcouldregulate
theplanttoreducethewaterpotentialtokeeptheosmoticpotential,resultinginretainingwaterandenhance
thedroughttolerance.Intheresponseofethylenesignaltodrought,therewasmoreosmoticmodulatorysub灢
stancesolublesugar.Andthesubstancesynthesizedtoahighlevelinfineethylenesignalpathwayplantsun灢
derPEGstress.Wecanconcludthatethylenesignalcanpositivelymediatetheplanttoadaptdroughtstress.
Keywords:Ethylene;Signalingtransduction;Droughtstress;PEG
云 南 植 物 研 究暋2010,Suppl灡桗桏:89~96
ActaBotanicaYunnanica暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 暋暋暋暋暋暋
*
**
基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目 (31000176)
通讯作者:Authorforcorrespondence;E灢mail:nefuyl@gmail灡com,responsibleformorphologicalanalysis;and
E灢mail:tangzh@nefu灡edu灡cn,responsibleforplantphysiologicalanalysis
作者简介:杨蕾 (1981-)女,博士,主要研究方向:植物抗逆生理生态学。
暋 气体植物激素乙烯 (ethylene)在整个生活
史中调控植物的发育和各种生理过程,包括种子
萌发、器官衰老、果实成熟、叶片脱落、单性花
性别决定、细胞程序性死亡及对逆境和病原菌侵
染的反应等过程 (Bleecker等,2000;Johnson
andEcker,1998)。同时,乙烯也是植物体响应
生物和非生物胁迫的重要信号分子之一,很多逆
境胁迫下都可以诱导乙烯的产生,因此乙烯被认
为是一种胁迫激素 (Lorenzo等,2003;Kim等,
2003)。乙烯在胁迫条件下完成其诱导基因的表
达是通过乙烯的信号转导途径来实现的,有证据
表明乙烯信号参与了植物适应胁迫的反应过程
(Solan等,1998;Tieman等,2001)。
典型的乙烯反应是双子叶黄化幼苗的 “三重
反应暠,在拟南芥中表现为抑制下胚轴和根细胞
的延伸;下胚轴缩短并加粗生长;顶端弯钩形成
(Ecker,1995;RomanandEcker,1995),“三重
反应暠为大规模筛选乙烯突变体提供了便利。在
对相关乙烯突变体的遗传和分子分析的基础上,
人们建立了从乙烯信号感知到转录调控的线性信
号转导模型 (安丰英和郭红卫,2006)。在拟南
芥中,外界乙烯气体信号首先与含有5个成员
(ETR1、ETR2、ERS1、ERS2和 EIN4)的乙
烯受体家族结合。遗传分析表明,乙烯与受体结
合能使其失活,而未结合的受体会激活乙烯信号
途径下游唯一的负调控组分 CTR1 (Guoand
Ecker,2004)。正调控组分EIN2,EIN5,EIN6
和EIN3/EILs位于CTR1的下游。EIN2被认为
是乙烯信号途径正常传递的一个核心组分,为下
游许多防卫反应和生理功能所必须。在EIN2下
游的乙烯信号途径由一个植物所特有的核蛋白
EIN3来介导 (Chao等,1997),EIN3属于一个
小的初级转录因子家族,初级转录因子将乙烯信
号激活,ERFs (ethyleneresponsefactors)等
次级转录因子进行调控乙烯反应相关基因的表达
(Potuschak等,2003;GuoandEcker,2004)。
本研究中涉及到的乙烯信号转导途径中的关
键因子包括EIN2、EIN3和CTR1,其对应的突
变体ein2灢5对乙烯完全不敏感,ein3灢1对乙烯
部分不敏感,而ctr1灢1则是组成型乙烯反应突变
体。我们应用这3种突变体来探讨乙烯信号在拟
南芥响应PEG模拟的干旱胁迫下的调控作用。
聚乙二醇 (PEG)是非离子、长链、惰性的
高分子化合物,被广泛用于渗透调节剂,来模拟
植物干旱胁迫 (Bussis,1998)。水分是植物生长
的重要因子之一,水分影响着植物的形态变化,
干旱胁迫是各种环境胁迫中最普遍、最常见的逆
境胁迫之一。干旱胁迫能够降低植物对水分的吸
收及利用,导致细胞失水所引起的生长率下降。
干旱胁迫引起植物地上生物量的减少,可能是因
为根系中激素信号物质的调控而诱导的;干旱胁
迫的特异性作用导致须根的形成,也同时影响到
生长。总之,干旱胁迫可明显影响植物根部以及
地上部分的生长状态,对植物的形态建成起着关
键性的作用。
已有研究报道表明乙烯信号转导途径中的
ETR1和EIN2对拟南芥抵御 NaCl盐胁迫和甘
露醇渗透胁迫起到了积极的调控作用 (Wang
等,2007,2008;Cao等,2007),说明乙烯参与
调控了植物体响应胁迫环境的生理过程,并对拟
南芥提高抗性发挥重要的作用。同时,植物激素
乙烯对胁迫环境下植物体的生长及形态建成也具
有影响 (Pierik等,2007)。目前对乙烯信号参
与干旱胁迫所引起的生理响应机制尚未见报道,
因此本文以乙烯信号转导途径中关键因子的突变
体拟南芥为材料,研究其在PEG模拟的干旱胁
迫下的形态特征及生理响应特点,目的在于揭示
乙烯信号对拟南芥抵御干旱胁迫的影响,对揭示
植物体抗旱过程中乙烯信号的调控机制,以及抗
旱植物的筛选具有重要意义。
1暋材料与方法
1灡1暋材料
拟南芥 (Arabidopsisthaliana(L.)Heynh)为Co灢
lumbia生态型 (Col灢0)、突变体ein2灢5、ein3灢1和ctr1灢
1,其种子由北京大学郭红卫教授惠赠。将种子表面消
毒后播种在 MS培养基上,置于4曟冰箱中避光春化4d
后转入光照培养,光照强度为160毺molphotonsm灢2s灢1,
光周期为16/8h (昼/夜),培养温度为23曟,湿度为
60%。将 MS培养基中见光生长1周后的幼苗,转移至
营养土和蛭石按体积1暶1混合的介质中培养,培养15d
后将其进行渗透胁迫处理。对照条件为 Hoagland营养
液浇灌的基质培养,渗透胁迫条件为含有5%、10%和
15% PEG的营养液浇灌的基质培养,处理15d时,取
其莲座叶为实验材料。
09暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 暋暋暋暋暋暋暋云暋南暋植暋物暋研暋究暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋增刊桗桏
1灡2暋地上生物量和叶面积的测定
将处理后的植株剪根后于去离子水中冲洗干净,擦
干表面后称其鲜重质量,为地上鲜重生物量。
叶面积的测定采用叶面积测量仪 (AM300,ADC
Bio灢scientificLtd.,UK),每个样品为5株拟南芥植株
的平均值,样品重复测定3次。
1灡3暋叶片水势的测定
本实验水势用 PS毞PROTM 露点式水势仪 (WES灢
COR,INC.)测定。经预实验总结参数设定如下:冷却
时间60灡0s,平衡时间4灡0s,读取平均值范围30灡0s,
测定区域50灡0s。
1灡4暋相对含水量 (RWC)的测定
称叶片的鲜重,将叶片放入到蒸馏水中,室温放置
24h,使叶片恒重,再称取叶片重量,即饱和鲜重。将
叶片置于70曟烘箱中干燥48h,称其干重。相对含水量
的计算公式为:RWC =(鲜重-干重)/(饱和鲜重-干
重)暳100%。
1灡5暋丙二醛 (MDA)含量的测定
MDA含量的测定采用硫代巴比妥酸 (TBA)法。
称0灡5g经液氮速冻后研碎的植物叶片粉末,放入15
mL离心管中加入5mL5% TCA溶液,摇匀后在3000
r/min下离心10 min;取上清液2 mL,加入0灡67%
TBA溶液2mL,混匀后在100曟水浴上煮沸30min,
冷却后再离心一次。分别测定上清液在450nm、532nm
和600nm波长下的吸光度值,计算单位鲜量组织中的
MDA含量 (毺mol·g灢1)。
1灡6暋可溶性糖含量的测定
拟南芥莲座叶叶片中果糖 (fructose,Fru)、葡萄糖
(glucose,Glc)和蔗糖 (sucrose,Suc)等3种可溶性糖
含量的测定参照Correia等 (2006)。称取液氮研磨的组
织材料0灡2g,加入80%的乙醇溶液,超声提取20min
后离心 (13000r/min,10min),取上清液。在剩余沉
淀中加入1mL80%的乙醇,按以上步骤重复提取两次,
将上清液合并后用真空浓缩仪浓缩至干。再加入1mL
80%乙醇复溶,经 1 mL0灡45毺m 滤器过滤后进行
HPLC检测。HPLC检测条件:流动相为乙腈暶水=75
暶25;流速为1灡5mL/min;色谱柱为 YMC灢PackPoly灢
amineII(PB12S05-2546WT250暳4灡6mmI.D.);柱
温箱温度为35曟;检测器为 Waters公司蒸发光散色检
测器。
2暋结果与分析
2灡1暋PEG处理下野生型拟南芥及各乙烯突变体
的地上生物量
在植物体的生长过程中,外界的胁迫环境是
最积极、最活跃的要素,其对植物体的营养生长
将产生不同程度的损伤,抑制植物体正常的生长
状态。我们对PEG模拟的干旱胁迫下的野生型
拟南芥 Col灢0及乙烯突变体ein2灢5、ein3灢1 和
ctr1灢1的形态进行观察并将其量化,来研究乙烯
信号表达强弱不同的各植株对干旱胁迫的响应。
乙烯完全不敏感突变体ein2灢5在没有PEG
胁迫的条件下,其莲座叶的最大宽幅比野生型
Col灢0大,乙烯部分不敏感突变体ein3灢1在没有
PEG胁迫的条件下,其莲座叶的最大宽幅与
Col灢0没有较大差异 (图1A),而在施加了PEG
的条件下,ein2灢5和ein3灢1突变体莲座叶的生
长与Col灢0对照相比明显受到抑制,尤其是ein2灢
5,其叶片在15% PEG处理下已经变黄枯萎。
图1暋野生型拟南芥和各乙烯突变体在PEG胁迫
条件下的地上生物量
A,莲座叶的生长状态;B,地上生物量
Fig灡1暋ShootbiomassofCol灢0anddifferentethylene
mutantsunderPEGstress
A,thegrowthofrosette;B,shootbiomass
19增刊桗桏暋暋暋暋暋暋暋暋杨蕾等:乙烯信号参与调控拟南芥响应PEG模拟的干旱胁迫反应暋暋暋暋 暋暋暋暋暋
两种乙烯不敏感突变体的地上生物量随着干旱胁
迫的加重急剧减小,其减小幅度远远超过Col灢0
受干旱胁迫影响而减小的生物量。ctr1灢1突变体
的表现恰恰相反,其叶片的生长发育在PEG处
理下没有发生显著的差异,地上部分的生物量在
各处理条件下也均维持在恒定的水平,如图1B
所示。
2灡2暋PEG处理下野生型拟南芥及各乙烯突变体
莲座叶的叶面积
同样,我们对不同PEG胁迫处理条件下的
各突变体植株的莲座叶叶面积进行了观察和测
定。各突变体植株的莲座叶的生长都不同程度地
受到干旱胁迫的抑制,其中ein2灢5减小程度最为
明显,而ctr1灢1受干旱胁迫所产生的影响最不明
显,如图2A所示。对其单片叶的叶面积进行测
定,在图2B的结果中,Col灢0在不同浓度PEG
的干旱胁迫条件下叶面积都有所减小,但减小幅
度均不超过50%。ein2灢5突变体的叶面积随干
旱浓度的升高减小幅度增大,尤其在15% PEG
的条件下,其叶面积减小到原来的25%,ein2灢5
对干旱胁迫最为敏感。突变体ein3灢1的叶面积
对干旱胁迫的响应与突变体ein2灢5表现有所相
似,叶面积的伸展在干旱胁迫下也受到明显的抑
制。对干旱胁迫最不敏感的ctr1灢1,其叶面积在
各浓度的PEG处理下均没有显著差异,说明干
旱胁迫对ctr1灢1的生长没有产生显著影响。
图2暋干旱胁迫下野生型拟南芥和各乙烯突变体的叶面积
Fig灡2暋LeafareainCol灢0anddifferentethylenemutantsunderdroughtstress
29暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 暋暋暋暋暋暋暋云暋南暋植暋物暋研暋究暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋增刊桗桏
暋暋尽管乙烯通常被认为与植物衰老进程中光合
体系的受损有关,同时它也能够保持较高的光合
速率,使植物体内的内源葡萄糖含量水平得以提
高 (Pierik等,2006),从而影响植物对糖的敏感
性,乙烯不敏感植株对内源葡萄糖的感知更加敏
感,这也是决定植物细胞延伸乃至叶片生长的因
素之一。本文中乙烯不敏感突变体在干旱胁迫条
件下其叶面积显著减小的结果正印证了这个观点。
2灡3暋PEG处理下野生型拟南芥及各乙烯突变体
的根长
对PEG处理下野生型拟南芥和各突变体的
根长进行测定,结果如图3所示,Col灢0和各突
变体植株在PEG胁迫处理下其根长均有增加的
趋势,说明拟南芥植株为了适应干旱胁迫,增加
根长以扩大吸收水分的有效面积。而Col灢0和各
突变体植株表现的不同在于,Col灢0和ctr1灢1的
根长均有随着PEG浓度的增大而增加的趋势;
而乙烯不敏感突变体ein2灢5和ein3灢1中,其根
长在各浓度的PEG的处理下均明显高于对照,
但是随PEG浓度的增大根长却相应地减小。说
明对于乙烯不敏感植株ein2灢5和ein3灢1,根长的
生长一方面表现出干旱胁迫下增加的趋势,另一
方面还表现出高浓度PEG较低浓度PEG的胁迫
对其根长生长也有一定的抑制作用。而在具有完
整乙烯信号的Col灢0和ctr1灢1突变体中,这种激
发根长生长的同时却没有抑制作用的存在。
2灡4暋PEG处理下野生型拟南芥和各乙烯突变体
叶片中的水势
植物细胞的水势体现了植物体内水分的能量
状态,与土壤和大气中的水分联系起来,直接决
定着植物对水分的吸收、运输和散失过程。因而
水势可用于反应植株的水分利用状况和耐旱特
征,是衡量植物抗旱性的一个重要生理指标。通
常情况下干旱胁迫能够使植物水势呈现降低趋势
从而起到渗透调节的作用。结果如图4所示,乙
烯不敏感突变体ein2灢5和ein3灢1在干旱处理下
其叶片水势没有明显的变化,而野生型拟南芥
Col灢0和组成型乙烯突变体ctr1灢1叶片水势均随
PEG浓度增大而呈现降低的趋势,说明乙烯信
号响应干旱胁迫反应中,能够调控植物降低水势
来维持一定的细胞渗透压,从而起到保水的作
用,能够更好地适应胁迫环境,而乙烯信号对于
胁迫环境的适应具有积极的信号转导调控机制。
2灡5暋PEG处理下野生型拟南芥和各乙烯突变体
叶片的相对含水量
在水分生理生态学研究中多采用相对含水量
(Relativewatercontent,RWC)来确定干旱胁
迫,因此本研究对PEG处理下的野生型拟南芥
Col灢0和各乙烯突变体的RWC进行了测定。结
果如图5所示,在低浓度的PEG (5%)胁迫条
件下,Col灢0和各突变体植株叶片的RWC与没
有进行处理的对照相比没有显著的变化,而在高
浓度的PEG (10%和15%)胁迫条件下,各植
株叶片的RWC均有所降低,这可能是干旱胁迫
下细胞失水而造成的。而乙烯不敏感突变体
ein2灢5和ein3灢1的RWC与Col灢0和ctr1灢1相比
较,前两者的 RWC 降低更为明显,Col灢0和
ctr1灢1具有相对较高的保水能力,说明乙烯信号
图3暋干旱胁迫下野生型拟南芥和各乙烯突变体的根长
Fig灡3暋RootlengthinCol灢0anddifferent
ethylenemutantsunderdrought
图4暋干旱胁迫下拟南芥野生型和各乙烯突变体叶片中的水势
Fig灡4暋ThewaterpotentialofCol灢0andethylene
mutantsleavesunderdrought
39增刊桗桏暋暋暋暋暋暋暋暋杨蕾等:乙烯信号参与调控拟南芥响应PEG模拟的干旱胁迫反应暋暋暋暋 暋暋暋暋暋
图5暋PEG模拟干旱胁迫对野生型及乙烯突变体
叶片相对含水量的影响
Fig灡5暋EffectsofPEGsimulutadroughtonrelativewater
contentofCol灢0andethylenemutants
图6暋干旱胁迫下野生型拟南芥和各乙烯突变体
叶片中的丙二醛含量
Fig灡6暋MDAcontentofCol灢0andethylene
mutantsleavesunderdrought
完整或者过强表达的植物体具有更好的适应干旱
胁迫保持细胞水分的能力,乙烯信号在响应干旱
胁迫过程中具有积极的调控保水作用。
2灡6暋PEG处理下野生型拟南芥和各乙烯突变体
叶片中 MDA的含量
植物器官在衰老时,或在逆境条件下,往往
发生膜脂过氧化作用,丙二醛 (malondialde灢
hyde,MDA)是其产物之一,通常利用它作为
脂质过氧化指标,表示细胞膜脂过氧化程度和植
物对逆境条件反应的强弱。干旱胁迫下常常伴随
引发氧化胁迫,当植物受到干旱胁迫时,细胞内
自由基的产生和清除之间的平衡被打破,自由基
积累过多,就会伤害细胞,自由基伤害细胞的主
要途径就是加速脂膜过氧化链式反应,自由基增
多,破坏细胞膜结构,膜脂过氧化产物 MDA的
含量相应增加。我们对PEG模拟的干旱胁迫下
各拟南芥突变体植株叶片的 MDA含量进行测
定,研究不同乙烯信号转导强度下的植株个体受
干旱胁迫伤害的程度。结果如图6所示,在不同
浓度的 PEG 处理下,各拟南芥植株叶片中
MDA的含量均显示不同程度的增加,尤以乙烯
不敏感突变体ein2灢5和ein3灢1最为明显,在浓
度为15%的PEG胁迫处理下,这两种突变体叶
片中 MDA的含量可达到对照水平的3倍左右,
而Col灢0和ctr1灢1突变体叶片中的 MDA含量在
15%的PEG处理下其含量也不超过对照水平的
2倍。说明PEG模拟的干旱胁迫对乙烯不敏感
植株ein2灢5和ein3灢1叶片细胞膜的伤害更为严
重,产生的 MDA含量较高,乙烯信号不完整的
植株对干旱胁迫更加敏感,更易引起细胞损伤,
而同时证明了乙烯信号能够调控Col灢0和ctr1灢1
植株具有较高的抗旱性,使细胞膜损伤的程度大
大降低,产生的 MDA含量相对较低。以上结果
证明乙烯信号在提高植物抗旱性的过程中起到积
极的调控作用。
2灡7暋PEG处理下野生型拟南芥和各乙烯突变体
叶片中可溶性糖的含量
暋暋不同浓度的PEG模拟的干旱胁迫下,野生
型拟南芥 Col灢0和乙烯突变体ein2灢5、ein3灢1、
ctr1灢1中可溶性糖的变化如图7所示。结果表明
生长在不同干旱胁迫下的植株,可溶性糖的含量
都高于没有施加PEG的对照组。其中Col灢0和
ctr1灢1中,蔗糖和葡萄糖在高浓度的PEG胁迫
下积累量更高,均可达到对照水平的2倍以上,
而在乙烯不敏感突变体ein2灢5和ein3灢1中,这
两种糖的积累水平不及Col灢0和ctr1灢1中的水平
高。而对于果糖的含量,在四种基因型的拟南芥
中均有所升高,但不及蔗糖和葡萄糖的变化幅度
大。说明在干旱过程中,蔗糖和葡萄糖是主要的
渗透调节物质;而对于乙烯信号通路完整的Col灢
0和乙烯信号过量表达的ctr1灢1,蔗糖和葡萄糖
在干旱胁迫下能很快地起到调节作用,说明乙烯
信号对植物体提高渗透调节能力,抵御干旱胁迫
起到了积极的调控作用。
49暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 暋暋暋暋暋暋暋云暋南暋植暋物暋研暋究暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋增刊桗桏
图7暋干旱胁迫下野生型拟南芥和各乙烯突变体
叶片中可溶性糖的含量
Fig灡7暋SolublesugarcontentofCol灢0andethylene
mutantsleavesunderdrought
3暋讨论
乙烯是调控植物衰老的重要气态激素,近年
来也被证明是正向调控植物抗胁迫响应的重要分
子。在正常条件下乙烯具有调控植物衰老进程的
功能,那么在干旱胁迫条件下,乙烯调控植物抗
旱性上具有怎样的功能以及其生理机制是怎样的
呢? 为此我们以乙烯信号途径中关键基因的突变
体为研究材料,阐明乙烯信号参与拟南芥在PEG
模拟的干旱胁迫下应答反应的形态特征及生理响
应,为提高作物的抗旱性提供理论指导依据。
尽管乙烯通常被认为与衰老进程中光合体系
的受损有关,同时它也能够保持较高的光合速
率,使植物体内内源葡萄糖含量水平得以提高
(Pierik等,2006),从而影响植物对糖的敏感
性,乙烯不敏感植株对内源葡萄糖的感知更加敏
感,这也是决定植物细胞延伸乃至叶片生长的因
素之一。本文中乙烯不敏感突变体ein2灢5 和
ein3灢1在PEG干旱胁迫条件下其叶面积显著减
小,而ctr1灢1突变体的叶面积在PEG胁迫下没
有发生显著差异,这个结果印证了上述的观点。
对地上生物量和根长等形态指标进行测定的结果
也同样证明了在拟南芥响应PEG胁迫的过程中,
乙烯信号对植株的生长具有积极的调控作用。
我们进一步对PEG胁迫条件下的野生型拟
南芥Col灢0和各乙烯突变体的叶片水势、相对含
水量、MDA含量等生理指标进行了分析。野生
型拟南芥Col灢0和组成型乙烯突变体ctr1灢1叶片
水势均随PEG浓度增大而降低;乙烯不敏感突
变体ein2灢5和ein3灢1在高浓度的PEG胁迫处理
下,与Col灢0和ctr1灢1相比较,RWC降低更为
明显,Col灢0和ctr1灢1具有相对较高的保水能力;
乙烯不敏感突变体ein2灢5和ein3灢1中,高浓度
的PEG胁迫处理下,MDA含量增加幅度较大,
而Col灢0和ctr1灢1突变体叶片中的 MDA含量增
加幅度较小。这些结果均说明乙烯信号响应干旱
胁迫反应中,能够调控植物降低水势来维持一定
的细胞渗透压,具有更好的适应干旱胁迫保持细
胞水分的能力,使细胞膜损伤的程度大大降低,
产生的 MDA含量相对较低。乙烯信号在提高植
物抗旱性的过程中起到积极的调控作用。
植物体内可溶性糖不仅是干旱胁迫下良好的
渗透调节物质,同时糖与各种激素信号途径之间
有复杂而广泛的联系。葡萄糖与乙烯之间的相互
拮抗作用部分是通过ABA合成与信号转导介导
的,而通过己糖激酶 (HXK)这一葡萄糖传感
蛋白进行的 ABA 合成与信号转导受葡萄糖调
节,因此己糖激酶是糖与激素信号联系的一个关
键元件 (RolandandSheen,2005)。糖与激素
信号之间的联系以及它们之间对植物生长发育的
协同调控作用,对认识植物生长发育的信号调控
网络、并从信号水平上调控植物生长发育来说具
有重要意义。糖与激素信号互作可能是植物整合
内外环境与营养信号进而调控植物代谢活动以适
应逆境胁迫的方式之一。因此我们测定PEG模
59增刊桗桏暋暋暋暋暋暋暋暋杨蕾等:乙烯信号参与调控拟南芥响应PEG模拟的干旱胁迫反应暋暋暋暋 暋暋暋暋暋
拟的干旱胁迫下野生型Col灢0和各乙烯突变体中
可溶性糖的含量,对探讨乙烯响应胁迫环境下的
信号转导机制具有重要意义。
综上,本研究利用气态激素乙烯的遗传学背
景所得到的乙烯信号转导途径中关键基因的突变
体,来研究乙烯在拟南芥响应干旱胁迫应答中的生
物学功能。从形态学和生理学两个水平进行研究阐
述,较详尽地揭示了乙烯信号在拟南芥响应干旱胁
迫中的生理响应特点。研究结果为提高作物的抗
旱性机制研究以及抗旱作物的筛选提供依据。
致谢暋诚挚感谢中国科学院上海生命科学研究院植物生理
生态研究所陈晓亚院士对本文撰写的支持与帮助,感谢北
京大学生命科学学院郭红卫博士无私地馈赠实验种子。
暡参暋考暋文暋献暢
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