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《兰州大学》 2010年
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臭氧诱导的蚕豆气孔运动及其信号调控机制的研究

余泽龙  
【摘要】:虽然分别在气孔调控的信号传导机制和臭氧对气孔运动的影响方面均有大量研究并取得重要进展,但臭氧诱导气孔运动的信号调控机制却仍是一个亟待研究的问题。本研究以模式植物蚕豆(Vicia faba)为研究对象,利用开顶式气室(OTC)采用臭氧熏气和离体表皮条法研究了在不同浓度臭氧诱导下植物气孔运动的反应规律。结合植物生理学、生物化学和分子生物学最新研究进展及方法,利用激光共聚焦显微镜,从活性氧自由基(ROS)及相关的控制植物气孔运动的信号分子为切入点,探讨了介导臭氧诱导气孔运动的信号分子ROS的起源以及信号传导的相关机理,取得了如下主要成果: 1.臭氧改变了气孔的运动方式 为了研究臭氧对处于关闭状态下气孔运动的影响,将保持在黑暗状态下12小时的成熟蚕豆叶背面的表皮条分别用含有不同浓度03的Mes-KCL缓冲液或者在分别加入过氧化氢酶(CAT)、二亚苯基碘鎓(DPI)或抗坏血酸(Vc)的情况下进行处理,并诱导其开放。气孔的开度在处理的不同时间段分别进行测定。在研究臭氧对处于开放状态下气孔运动影响的试验中,将保持在黑暗状态下12小时的成熟蚕豆叶背面的表皮条分别用Mes-KCL缓冲液在促进气孔开放的条件下培育3小时,诱导气孔开放,然后再转移到分别含有含有不同浓度O3的Mes-KCL缓冲液中或者在分别加入CAT、DPI或Vc的情况下进行处理,使其在促进气孔开放的条件下再培育3小时,气孔开度的测定同上述。 在上述条件下处理的表皮条,经过03处理的气孔运动与对照比较发生了显著的改变。03显著的抑制了原本关闭的气孔的开放,同时对事先开放的气孔的关闭具有明显的促进作用。在03浓度低于150 nLL-1时,03对气孔开放的抑制作用不明显;当O3浓度大于150 nL L-1时,03显著(P0.05)抑制气孔的开放。而当O3浓度大于450 nL L-1时则显著促进气孔关闭。同时我们也发现03在促进气孔关闭的过程中,具有明显的浓度依赖性,850 nL L-1 O3在2.5小时使气孔最大程度地关闭,这时的气孔开度只有7.7%[(宽/长)×100%],仅为对照的13%。然而,这时的气孔仍然完全具有恢复的功能。相反,当O3浓度大于1500 nLL-1时,气孔就失去了由关闭到开放的可逆性,同时表现出了保卫细胞的死亡。 另外,我们在OTC中对完好无损的整株蚕豆进行不同浓度的03熏气处理后,并使植物处于能够诱导气孔开放的条件下,同样会得到O3显著的抑制了原本关闭的气孔的开放,同时对事先开放的气孔的关闭具有明显的促进作用。 当对气孔进行03处理的Mes-KCL缓冲液中同时分别加入CAT、Vc和DPI时,CAT和Vc能够有效地抑制03所促进的气孔关闭;DPI能够在一定程度上减弱03所诱导的气孔关闭。CAT、Vc和DPI同样对O3所抑制的气孔开放具有拮抗作用。 上述表明,O3不仅能够促进开放的气孔关闭,而且能够抑制关闭的气孔的开放,说明O3对植物的气孔运动具有重要的影响;ROS清除剂或ROS生成抑制剂可消除或显著地降低O3对气孔运动的影响作用,表明ROS(在活细胞内主要表现为具有较长寿命的H202)作为一种信号分子介导了03所诱导的气孔运动。 2.臭氧可诱导保卫细胞内的ROS爆发 不具有荧光的二氯荧光黄(H2DCF),在过氧化物酶的催化下通过H202的氧化就能产生具有高强度荧光的DCF。因此,细胞内ROS的多少可以通过DCF荧光强度的强弱显示出来。将加载有二氯荧光黄的蚕豆叶下表皮条转移到不同浓度的03溶液中进行处理大约2.5分钟,在激光共聚焦显微镜下进行观察,发现只有在活体保卫细胞中出现了显著增强的DCF荧光,并且荧光强度随着03浓度的加大而逐渐增强,而气孔周围的表皮细胞中以及细胞间隙的荧光与对照相比基本没发生变化。但当03的浓度大于1500 nL L-1时,保卫细胞中的DCF荧光强度却出现了显著的下降,而其周围的表皮细胞内及细胞间隙的DCF荧光则非常突出,表明高浓度的03溶液导致保卫细胞死亡,保卫细胞的细胞膜由于高强度的氧化而溃解,从而使保卫细胞内的荧光向表皮细胞中扩散。 以上说明在O3激发下,ROS是由保卫细胞通过诱导自身大量产生的,而非O3裂解的结果,否则由ROS氧化H2DCF所产生的荧光会在整个表皮条中弥散。03诱导下的ROS产生只发生在保卫细胞中,说明保卫细胞内产生ROS的结构成分在表皮细胞中是缺失的。 3.在受臭氧激发时保卫细胞中的叶绿体是产生ROS的关键成分 在用含有CAT、Vc的O3溶液处理加载有H2DCF蚕豆叶表皮细胞时,保卫细胞内的DCF荧光强度出现了极其显著的降低。用含有DPI的03溶液处理加载有H2DCF蚕豆叶表皮条时,保卫细胞内的DCF荧光强度只显现出了一定程度不太显著的下降,说明NADP氧化酶参与了ROS的产生,但不是产生ROS的唯一成分。经过03溶液处理的蚕豆叶表皮,ROS的显著增强主要集中在保卫细胞中,而保卫细胞周围的表皮细胞中的ROS与对照相比基本上没有改变。表皮细胞与保卫细胞的结构组成的重要差异之一是保卫细胞中含有叶绿体。敌草隆(DCMU),叶绿体类囊体膜上的电子传递抑制剂。经过DCMU和O3处理的加载有H2DCF蚕豆叶表皮细胞,其上的荧光强度与未经过任何处理的对照中的表皮条荧光强度没有明显的差异,保卫细胞内的ROS爆发几乎完全被抑制。 上述结果表明叶绿体在03诱导过程中是ROS爆发的最为重要的部位。根据我们试验的其它数据对比发现,叶绿体的ROS爆发对细胞内其它结构成分产生ROS也具有极其关键的影响。叶绿体内ROS产生一旦受到抑制,细胞内其它结构成分产生ROS的活性也不能显现出来。 综上所述,在03的胁迫下,气孔的运动行为发生了很大的变化,03不仅能够促进开放的植物气孔关闭,而且能够抑制关闭的气孔开放,并且抑制关闭气孔开放的O3浓度阈值(150 nL L-1)要比促进气孔关闭的阈值(450 nL L-1)要低;植物在受到03胁迫时,其细胞内的ROS是由03诱导而产生,并非是03裂解转变的结果;ROS是介导03所诱导的气孔运动行为发生变化的重要的信号分子;在03激发下,植物叶绿体是ROS爆发的主要结构成分,同时其也控制着细胞内其它结构的ROS产生。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S643.6

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 赵世领;孙立荣;张换;陆宝石;马丽娅;郝福顺;;外源NO诱导的拟南芥保卫细胞胞质pH升高先于气孔关闭[J];自然科学进展;2009年10期
2 王恒彬,王学臣,娄成后;乙酰胆碱与蚕豆气孔运动的关系[J];植物学报;1999年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王志勇;;外源NO对高温强光胁迫下小麦叶片光合机构的保护作用[J];安徽农学通报(上半月刊);2009年05期
2 秦毓茜;李延红;;一氧化氮在植物中的生理作用[J];安徽农业科学;2006年09期
3 杨亚军;李利红;赵会杰;马培芳;张超男;;外源NO对高温强光胁迫下小麦叶片膜脂过氧化和叶绿素荧光的影响[J];安徽农业科学;2008年29期
4 曲小菲;吕淑敏;王林华;梁书荣;刘魏魏;赵会杰;;不同抗旱性小麦品种对干旱胁迫的响应及NO的调节作用[J];安徽农业科学;2010年19期
5 张媛华;;GA对元胡萌发的影响及NO对元胡不定根的作用[J];安徽农业科学;2011年16期
6 夏金婵;何奕昆;;低温条件下一氧化氮参与了水杨酸对拟南芥生长的抑制作用[J];安徽农业科学;2011年29期
7 张媛华;;一氧化氮(NO)——植物生长发育的新型调控剂[J];安康学院学报;2007年01期
8 陈银萍;张满效;陈拓;张有福;安黎哲;;NO在两种圆柏属植物叶片抗冻过程中的信号功能研究[J];冰川冻土;2006年02期
9 葛文志;;外源一氧化氮供体对几种植物种子的萌发和幼苗生长的影响[J];北方园艺;2009年01期
10 张菊平;孟静静;张焕丽;王巧珍;;外源NO对辣椒种子萌发的影响[J];北方园艺;2010年10期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 徐茂军;董菊芳;苏虎;王秀莲;张进杰;叶小颍;;外界因子影响药用植物细胞药效物质合成积累的分子机制研究进展[A];药用植物化学与中药有效成分分析研讨会论文集(上)[C];2008年
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1 崔金霞;一氧化氮和MAPK在油菜素内酯诱导黄瓜抗氧化防御中的作用[D];浙江大学;2010年
2 甘毅;微生物—叶际微环境共同调控下的气孔集群振荡时空动态规律及机制研究[D];浙江大学;2010年
3 张丽丽;苹果和桃果实内一氧化氮代谢及其对香气合成的影响[D];山东农业大学;2011年
4 姜倩倩;镉胁迫下平邑甜茶根系细胞死亡及其中介因素研究[D];山东农业大学;2011年
5 孟艳艳;一氧化氮对棉花叶片衰老过程中抗氧化物酶及叶片蛋白质组的影响[D];中国农业科学院;2011年
6 单长卷;干旱胁迫下冰草AsA、GSH代谢及茉莉酸的信号调控作用[D];西北农林科技大学;2010年
7 龙书生;活性氧、一氧化氮、细胞质游离钙离子和G蛋白在小麦对条锈菌过敏性坏死反应中的作用[D];西北农林科技大学;2011年
8 方策;伏马菌素诱导拟南芥程序性细胞死亡的细胞生物学研究[D];中山大学;2011年
9 邵瑞鑫;长期施氮对小麦光合特性及土壤呼吸的调控机制[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2011年
10 孙枫;核黄素受体蛋白(RIR)与RIR类似蛋白(AtRIR)以及转录因子RAP2.6L在拟南芥防卫反应中的功能研究[D];南京农业大学;2009年
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1 徐磊;纳米氧化锌颗粒诱导BEAS-2B细胞IL-8基因表达的机制[D];郑州大学;2010年
2 强丽;辣根过氧化物酶与一氧化氮作用机理及其在一氧化氮测定中的应用[D];山东农业大学;2010年
3 于肇端;外源NO缓解黄瓜、油菜幼苗镉胁迫的生理效应[D];山东农业大学;2010年
4 焦娟;外源NO对NO_3~-胁迫下黄瓜幼苗生长及生理特性的影响[D];山东农业大学;2010年
5 史兴征;平邑甜茶GLB1基因的克隆、表达及其功能的研究[D];山东农业大学;2010年
6 侯方杰;一氧化氮调节金黄色葡萄球菌生物被膜形成的作用机制探讨[D];中国海洋大学;2010年
7 杨金华;转基因毛白杨试管苗气孔运动调控的研究[D];河北农业大学;2011年
8 姚婷婷;一氧化氮对桃果实ETR1蛋白原核表达及李果实线粒体膜氧化损伤的影响[D];山东农业大学;2011年
9 林燕;外源NO对黄瓜盐碱胁迫的缓解效应及其GSH合成相关酶基因的克隆和表达研究[D];山东农业大学;2011年
10 郭春晓;菊花对盐胁迫的响应及外源SA的缓解效应研究[D];山东农业大学;2011年
【二级参考文献】
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1 ;Involvement of nitric oxide in the signal transduction of salicylic acid regulating stomatal movement[J];Chinese Science Bulletin;2003年05期
2 ;Nitric oxide involved in signal transduction of Jasmonic acid-induced stomatal closure of Vicia faba L.[J];Chinese Science Bulletin;2005年06期
3 ;Hydrogen peroxide-induced changes in intracellular pH of guard cells precede stomatal closure[J];Cell Research;2001年01期
4 刘维仲;张润杰;裴真明;何奕昆;;一氧化氮在植物中的信号分子功能研究:进展和展望[J];自然科学进展;2008年01期
5 吕东,张骁,江静,安国勇,张玲瑞,宋纯鹏;NO可能作为H_2O_2的下游信号介导ABA诱导的蚕豆气孔关闭[J];植物生理与分子生物学学报;2005年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄荣峰,王学臣;细胞松弛素B对蚕豆气孔运动的影响[J];植物生理学报;1996年04期
2 丁雷,王学臣;干旱胁迫下ABA对气孔运动的作用机制[J];干旱地区农业研究;1993年02期
3 黄荣峰,王学臣;微管在气孔运动中的作用[J];Acta Botanica Sinica;1997年03期
4 陈玉玲,张学琴,陈珈,王学臣;蚕豆下表皮细胞外钙调素的存在及其对气孔运动的调节(英文)[J];Acta Botanica Sinica;2003年01期
5 刘新,张蜀秋;水杨酸、茉莉酸和乙烯在调控蚕豆气孔运动中的相互关系[J];植物生理学报;2000年06期
6 王恒彬,王学臣,张蜀秋,娄成后;乙酰胆碱酯酶在蚕豆保卫细胞中集中分布[J];植物学报;1999年04期
7 王恒彬,王学臣,娄成后;乙酰胆碱与蚕豆气孔运动的关系[J];植物学报;1999年02期
8 刘新,孟繁霞,张蜀秋,娄成后;Ca~(2+)参与水杨酸诱导蚕豆气孔运动时的信号转导[J];植物生理与分子生物学学报;2003年01期
9 许旭旦,诸涵素;Tween-80对玉米苗气孔运动和蒸腾作用的影响[J];植物生理与分子生物学学报;1981年02期
10 张永平;;东方百合“索邦”叶片气孔运动机理研究[J];北方园艺;2010年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 巩志忠;;脱落酸调控气孔运动和根的生长[A];2011全国植物生物学研讨会论文集[C];2011年
2 安国勇;宋纯鹏;阳冬梅;黄美娟;周培爱;吴才宏;;O_2~-对蚕豆气孔运动和质膜K~+通道的影响[A];中国细胞生物学学会第七次会议论文摘要汇编[C];1999年
3 斯琴巴特尔;郝玉兰;;气孔运动影响因子的实验探讨[A];2005'海峡两岸植物生理与分子生物学教学研讨会论文集[C];2005年
4 安国勇;宋纯鹏;张霖;周云;董发才;;H_2O_2参与ABA对蚕豆气孔运动及质膜K~+通道的调节过程[A];中国细胞生物学学会第七次会议论文摘要汇编[C];1999年
5 高新起;任飞;肖玉梅;陈静;王学臣;;气孔运动过程中保卫细胞液泡的动态及其与微丝骨架的关系[A];2009中国植物学会植物细胞生物学学术年会论文摘要集[C];2009年
6 Disna Ratnaseketra;邹俊杰;张文正;宋莲芬;武维华;;一种钙依赖型蛋白激酶通过调控过氧化氢水解及气孔运动而影响拟南芥对干旱胁迫的响应[A];2006年拟南芥研究学术研讨会论文集[C];2006年
7 周云;宋纯鹏;安国勇;张震;董发才;;IP3参与H_2O_2调节蚕豆气孔运动及质膜K~+通道的证据[A];中国细胞生物学学会第七次会议论文摘要汇编[C];1999年
8 周玉萍;陈羽中;程惠贞;田长恩;;拟南芥IQM1基因的功能分析[A];中国植物生理学会第十次会员代表大会暨全国学术年会论文摘要汇编[C];2009年
9 刘菁;刘国华;王学臣;刘新;;乙烯依赖于胞质pH变化诱导拟南芥NO产生和气孔关闭[A];2009中国植物学会植物细胞生物学学术年会论文摘要集[C];2009年
10 李军;陈珈中国农业大学生物学院植物生理生化国家重点实验室;王学臣;;诱导型保卫细胞特异性启动子的构建与功能分析[A];2004中国植物生理生态学学术研讨会论文摘要汇编[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 张可喜;日本开发臭氧处理废水技术[N];人民日报;2002年
2 记者 张可喜;日本:臭氧处理废水效率高[N];新华每日电讯;2002年
3 ;日本开发臭氧处理废水技术[N];中国机电日报;2002年
4 杨木;日本开发臭氧处理废水技术[N];大众科技报;2002年
5 记者 刘垠 特约记者 唐笑;臭氧水处理技术将污水变废为宝[N];大众科技报;2007年
6 韩岗;墨西哥利用臭氧净化污水[N];中国社会报;2007年
7 杨浩;墨西哥利用臭氧净化污水经济高效[N];中华建筑报;2007年
8 方留民;抗旱植物[N];山东科技报;2001年
9 关名堂;水产养殖应用臭氧杀菌技术大幅提升[N];中国渔业报;2006年
10 赵用金新安 陈星芬;吸入臭氧鱼虾变肥[N];温州日报;2007年
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1 余泽龙;臭氧诱导的蚕豆气孔运动及其信号调控机制的研究[D];兰州大学;2010年
2 崔香环;蚕豆类水孔蛋白基因的克隆、表达分析及其在气孔运动中的作用[D];中国农业大学;2005年
3 石武良;酪氨酸蛋白磷酸酶调节蚕豆气孔运动的证据及其机制[D];中国农业大学;2005年
4 高新起;气孔运动过程中保卫细胞液泡的动态及其与微丝骨架的关系[D];中国农业大学;2005年
5 孙梅好;植物水孔蛋白的功能研究[D];中国科学院研究生院(上海生命科学研究院);2004年
6 李军;诱导型保卫细胞特异性启动子的构建及Atdof1.7基因超表达对气孔运动的影响[D];中国农业大学;2004年
7 宋喜贵;Cytokinin/auxin、MEK/CDPK和CO在蚕豆气孔运动中的作用及其与H_2O_2和NO的关系研究[D];陕西师范大学;2008年
8 张媛华;G蛋白、PTKs和PLC/PLD通过调节保卫细胞H_2O_2、NO水平介导光/暗调控的气孔运动[D];陕西师范大学;2010年
9 甘毅;微生物—叶际微环境共同调控下的气孔集群振荡时空动态规律及机制研究[D];浙江大学;2010年
10 黄爱霞;蚕豆保卫细胞PEG6000胁迫信号转导研究[D];陕西师范大学;2007年
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1 尹晶晶;SO_2诱导蚕豆气孔运动与保卫细胞死亡效应研究[D];山西大学;2010年
2 蒋燕;微管和蛋白磷酸酶AtPP2CA在调节拟南芥气孔运动中的作用[D];南京农业大学;2011年
3 王伟霞;异三聚体G蛋白调控的离子流动参与了细胞外ATP调控的拟南芥气孔运动[D];河北师范大学;2010年
4 王芳;ROS和离子通道在eATP调控蚕豆气孔运动过程中的作用[D];河北师范大学;2010年
5 陈海旺;冷胁迫下不结球白菜气孔运动相关基因的克隆及表达[D];南京农业大学;2011年
6 姜兆玉;外源NO、H_2O_2和ABA对葱莲花冠、鳞片和叶片上气孔运动的影响[D];暨南大学;2011年
7 李艳霞;蚕豆保卫细胞和和表皮细胞液泡内含颗粒物性质比较与分析[D];中国农业大学;2005年
8 高春娟;油菜素内酯(BR)对番茄叶片气孔运动的影响及其调控机制[D];浙江大学;2012年
9 张蓓;光/暗条件下蚕豆上下表皮气孔运动比较研究[D];陕西师范大学;2008年
10 黄聪聪;微管骨架参与蛋白可逆磷酸化对气孔运动的调节作用[D];首都师范大学;2009年
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