活性氧和Ca2+在脫落酸和水楊酸誘導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)育生物學的重要模式。水楊酸(salicylicacid，SA)和脫落酸(abscisicacid，ABA)是植物體內重要的信號分子，參與調控植物體內許多的代謝過程，尤其是介導調節(jié)植物在逆境環(huán)境下的防御反應。最近研究表明，ABA和SA在逆境脅迫下都可以誘導活性氧(reactiveoxygenspecies，ROS)的積累，以及細胞內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+介導的SA和ABA所誘導的不定根的形成（adventitiousrootformation，ARF）過程中的信號轉導機制仍有待闡明。本文以綠豆（PhaseolusradiatusL）下胚軸切段為實驗材料，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+之間的相互關系。
　　ABA可以顯著促進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，ABA有可能處于IBA信號途徑的上游或者是作為一個輔因子來介導IBA誘導的不定根的發(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誘導的不定根的發(fā)生，暗示了在ABA誘導的不定根發(fā)生的途徑中，ROS起著關鍵作用。生物化學方法測定得出，ABA誘導了植物體內兩種重要的ROS（H2O2和O2-）的積累，而組織化學方法印證了ABA處理所誘導的H2O2積累。對抗氧化防護酶活性的測定結果來看，ABA不但提高了質膜上NADPH-oxidase的酶活，促進了O2-的產生，而且可以提高SOD的活性，從而引起ROS的積累

5、。表明ABA參與調節(jié)了細胞內的抗氧化防御系統(tǒng)。
　　通過藥理學試驗證明，一定濃度的SA可以誘導不定根的大量產生，并且該誘導作用存在著明顯的劑量效應。通過對幼苗基部切段進行組織化學染色，我們得出SA誘導不定根更多發(fā)生的原因有兩個，一是誘導了更多的胚軸薄壁細胞轉化為生根細胞，二是擴大了生根區(qū)域。研究還發(fā)現SA在誘導下胚軸不定根發(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，H2O2和SA互作在低濃度下可以顯著提高彼此對下胚軸的促根作用，但是在高濃度時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，SA誘導不定根發(fā)生的促進作用可以被DMTU和DPI所抑制，結果暗示ROS可能介導了SA誘導的不定根的發(fā)生。通過生化方法檢測了SA對綠豆下胚軸切段內ROS含量的影響，結果顯示SA處理提高了下胚軸內H2O2的含量，這和組織化學染色法結果相吻合。進而通過對抗

7、氧化防御系統(tǒng)的測定結果來看，SA處理可以提高植物下胚軸內SOD的活性，并且抑制了CAT的活性。結果表明了SA誘導下胚軸內H2O2的積累歸因于對抗氧化防御系統(tǒng)的調控。
　　然而，SA和ABA對抗氧化防御系統(tǒng)的調控機制并不相同，ABA可以提高下胚軸切段內NADPH-oxidas的活性，而SA對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，結果暗示了SA和ABA有可能通過兩個

8、不同的代謝途徑來調控ROS含量的積累，進而發(fā)揮調節(jié)不定根發(fā)生的作用。
　　鈣離子(Ca2+)是植物體內重要的次級信號分子。從我們的實驗結果來看，外源添加Ca2+并不能促進不定根的更多發(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對不定根發(fā)生的促進作用，結果表明了胞外Ca2+濃度的變化對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誘導的不定根的發(fā)生，表明了IBA、ABA、SA和ROS誘導的不定根的發(fā)生是通過調節(jié)細胞內Ca2+的濃度改變所引起的。此外，研究還發(fā)現液泡膜Ca2+通道抑制劑氯化鋰（lithiumchloride，LiCl）可以完全