活性氧和Ca2+在脫落酸和水楊酸誘導(dǎo)的綠豆下胚軸不定根發(fā)生過程中的作用.pdf

1、不定根是植物根系的重要組成部分，不定根的發(fā)育過程是研究植物發(fā)育生物學(xué)的重要模式。水楊酸(salicylicacid，SA)和脫落酸(abscisicacid，ABA)是植物體內(nèi)重要的信號(hào)分子，參與調(diào)控植物體內(nèi)許多的代謝過程，尤其是介導(dǎo)調(diào)節(jié)植物在逆境環(huán)境下的防御反應(yīng)。最近研究表明，ABA和SA在逆境脅迫下都可以誘導(dǎo)活性氧(reactiveoxygenspecies，ROS)的積累，以及細(xì)胞內(nèi)Ca2+含量的增加。然而ABA和SA在不定根發(fā)育

2、過程中具體作用，以及由ROS和Ca2+介導(dǎo)的SA和ABA所誘導(dǎo)的不定根的形成（adventitiousrootformation，ARF）過程中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制仍有待闡明。本文以綠豆（PhaseolusradiatusL）下胚軸切段為實(shí)驗(yàn)材料，研究了SA和ABA在綠豆下胚軸不定根發(fā)生過程中的作用以及與ROS和Ca2+之間的相互關(guān)系。
　　ABA可以顯著促進(jìn)綠豆下胚軸切段不定根的發(fā)生，并且ABA和低濃度的IBA(indole-3-bu

3、tyricacid)互作有著明顯的增效作用。我們的研究還發(fā)現(xiàn)，ABA有可能處于IBA信號(hào)途徑的上游或者是作為一個(gè)輔因子來介導(dǎo)IBA誘導(dǎo)的不定根的發(fā)生。過氧化氫(hydrogenperoxide，H2O2)已被證明是綠豆下胚軸不定根發(fā)生過程中的信號(hào)分子。添加活性氧(reactiveoxygenspecies，ROS)的清除劑二甲基硫脲(dimethylthiourea，DMTU)和NADPH-oxidase抑制劑二苯基碘(diphenyl

4、eneiodoniumchloride，DPI)，都可以抑制ABA誘導(dǎo)的不定根的發(fā)生，暗示了在ABA誘導(dǎo)的不定根發(fā)生的途徑中，ROS起著關(guān)鍵作用。生物化學(xué)方法測(cè)定得出，ABA誘導(dǎo)了植物體內(nèi)兩種重要的ROS（H2O2和O2-）的積累，而組織化學(xué)方法印證了ABA處理所誘導(dǎo)的H2O2積累。對(duì)抗氧化防護(hù)酶活性的測(cè)定結(jié)果來看，ABA不但提高了質(zhì)膜上NADPH-oxidase的酶活，促進(jìn)了O2-的產(chǎn)生，而且可以提高SOD的活性，從而引起ROS的積累

5、。表明ABA參與調(diào)節(jié)了細(xì)胞內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)。
　　通過藥理學(xué)試驗(yàn)證明，一定濃度的SA可以誘導(dǎo)不定根的大量產(chǎn)生，并且該誘導(dǎo)作用存在著明顯的劑量效應(yīng)。通過對(duì)幼苗基部切段進(jìn)行組織化學(xué)染色，我們得出SA誘導(dǎo)不定根更多發(fā)生的原因有兩個(gè)，一是誘導(dǎo)了更多的胚軸薄壁細(xì)胞轉(zhuǎn)化為生根細(xì)胞，二是擴(kuò)大了生根區(qū)域。研究還發(fā)現(xiàn)SA在誘導(dǎo)下胚軸不定根發(fā)生過程中和茉莉酸甲酯(MethylJasmonate，MeJA)存在著拮抗作用。
　　用不同濃度的H2

6、O2和SA互作我們發(fā)現(xiàn)，H2O2和SA互作在低濃度下可以顯著提高彼此對(duì)下胚軸的促根作用，但是在高濃度時(shí)可以抑制不定根的發(fā)生，其原因有可能是由于濃度過大所引起的氧化脅迫造成的。并且我們發(fā)現(xiàn)，SA誘導(dǎo)不定根發(fā)生的促進(jìn)作用可以被DMTU和DPI所抑制，結(jié)果暗示ROS可能介導(dǎo)了SA誘導(dǎo)的不定根的發(fā)生。通過生化方法檢測(cè)了SA對(duì)綠豆下胚軸切段內(nèi)ROS含量的影響，結(jié)果顯示SA處理提高了下胚軸內(nèi)H2O2的含量，這和組織化學(xué)染色法結(jié)果相吻合。進(jìn)而通過對(duì)抗

7、氧化防御系統(tǒng)的測(cè)定結(jié)果來看，SA處理可以提高植物下胚軸內(nèi)SOD的活性，并且抑制了CAT的活性。結(jié)果表明了SA誘導(dǎo)下胚軸內(nèi)H2O2的積累歸因于對(duì)抗氧化防御系統(tǒng)的調(diào)控。
　　然而，SA和ABA對(duì)抗氧化防御系統(tǒng)的調(diào)控機(jī)制并不相同，ABA可以提高下胚軸切段內(nèi)NADPH-oxidas的活性，而SA對(duì)NADPH-oxidas活性并沒有顯著的影響，ABA可以提高CAT的活性，但是SA卻是可以抑制CAT的活性，結(jié)果暗示了SA和ABA有可能通過兩個(gè)

8、不同的代謝途徑來調(diào)控ROS含量的積累，進(jìn)而發(fā)揮調(diào)節(jié)不定根發(fā)生的作用。
　　鈣離子(Ca2+)是植物體內(nèi)重要的次級(jí)信號(hào)分子。從我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，外源添加Ca2+并不能促進(jìn)不定根的更多發(fā)生，但是外源施用高濃度的Ca2+卻可以抑制不定根的發(fā)生，有可能是由于外源高濃度的Ca2+對(duì)下胚軸的濃度脅迫造成的。而添加胞外Ca2+螯合劑乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA)，在正常情況下并不能抑制不定根的發(fā)生，而且也不能抑制IBA、ABA、SA和RO

9、S對(duì)不定根發(fā)生的促進(jìn)作用，結(jié)果表明了胞外Ca2+濃度的變化對(duì)綠豆下胚軸不定根的發(fā)生并沒有顯著的影響。但是施用胞內(nèi)Ca2+螯合劑BAPTA，在一定濃度下幾乎完全可以抑制不定根的發(fā)生，并可以極大的抑制由IBA、ABA、SA和ROS誘導(dǎo)的不定根的發(fā)生，表明了IBA、ABA、SA和ROS誘導(dǎo)的不定根的發(fā)生是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+的濃度改變所引起的。此外，研究還發(fā)現(xiàn)液泡膜Ca2+通道抑制劑氯化鋰（lithiumchloride，LiCl）可以完全