植物鞘氨醇-1-磷酸对暗诱导蚕豆气孔关闭及保卫细胞胞质pH和NO的影响

【目的】了解植物鞘氨醇-1-磷酸(Phyto-S1P)在暗诱导蚕豆气孔关闭中的作用及信号转导过程,为进一步阐明暗调控植物气孔运动的信号转导机制提供依据。【方法】以蚕豆(Vicia faba)为材料,借助药理学试验,基于一氧化氮(NO)特异荧光探针(DAF-2DA)和pH特异荧光探针(BCECF-AM)的激光共聚焦显微技术,通过测定气孔开度和保卫细胞NO和pH水平的变化,确定Phyto-S1P在暗诱导蚕豆气孔关闭中的作用机制。【结果】暗处理能显著诱导蚕豆气孔关闭且可引起NO水平升高,这种效应可被长链碱基激酶抑制剂DL-threo-二氢鞘氨醇(DL-threoDHS)和N,N-二甲基鞘氨醇(DMS)显著抑制;外源Phyto-S1P可明显诱导蚕豆气孔关闭,且可以提高NO水平,但NO特异清除剂cPTIO和NOS抑制剂L-NAME可明显抑制Phyto-S1P的这些效应,表明Phyto-S1P通过诱导NO的产生介导暗诱导气孔关闭。此外,暗诱导胞质pH升高和气孔关闭可被DL-threo-DHS和DMS显著抑制,外源Phyto-S1P可以明显诱导胞质pH升高和气孔关闭,且Phyto-S1P的这种效应可被丁酸显著抑制,该结果提示PhytoS1P通过诱导胞质碱化参与暗诱导气孔关闭。外源Phyto-S1P处理引起的保卫细胞胞质pH升高较NO水平升高滞后期短,达到峰值更早,且Phyto-S1P引起的NO水平升高可被丁酸显著抑制,这进一步证实Phyto-S1P诱导保卫细胞胞质碱化是NO产生的先决条件。【结论】Phyto-S1P通过诱导保卫细胞胞质碱化和NO产生介导暗诱导蚕豆气孔关闭,胞质碱化是NO产生的诱导因素。

鞘氨醇-1-磷酸通过提高蚕豆保卫细胞胞质pH和H_2O_2含量调节黑暗诱导气孔关闭

对鞘氨醇-1-磷酸在黑暗诱导蚕豆气孔关闭中的作用及信号转导过程进行了研究.结果显示,黑暗明显诱导鞘氨醇-1-磷酸和H2O2水平提高且引起气孔关闭,长链碱基激酶抑制剂DL-threo-二氢鞘氨醇和N,N-二甲基鞘氨醇显著抑制暗诱导的这些效应.外源鞘氨醇-1-磷酸明显诱导气孔关闭和H2O2产生,H2O2清除剂抗坏血酸、H2O2清除酶过氧化氢酶和H2O2产生酶NADPH氧化酶抑制剂二苯基碘明显抑制鞘氨醇-1-磷酸的这些效应.上述结果表明,鞘氨醇-1-磷酸通过提高H2O2含量来调节黑暗诱导气孔关闭.另外,DL-threo-二氢鞘氨醇和N,N-二甲基鞘氨醇显著抑制黑暗诱导保卫细胞胞质碱化和气孔关闭,外源鞘氨醇-1-磷酸明显诱导保卫细胞胞质碱化和气孔关闭,而且丁酸明显降低外源鞘氨醇-1-磷酸的这些效应.这些结果提示,黑暗诱导气孔关闭中鞘氨醇-1-磷酸合成为保卫细胞胞质碱化所必需.此外,丁酸明显抑制黑暗诱导H2O2产生.如将丁酸抑制黑暗诱导H2O2产生的结果与前述鞘氨醇-1-磷酸通过诱导保卫细胞胞质碱化和H2O2产生调节黑暗诱导气孔关闭的结果结合起来考虑,能够得出鞘氨醇-1-磷酸引起的胞质碱化是H2O2产生的先决条件的结论,外源鞘氨醇-1-磷酸处理后保卫细胞胞质pH升高较H2O2增加滞后期短且更早达到峰值以及丁酸显著抑制外源鞘氨醇-1-磷酸诱导H2O2产生也支持这一结论.本研究表明,黑暗通过诱导鞘氨醇-1-磷酸合成引起保卫细胞胞质碱化,进而引起H2O2产生,最终导致气孔关闭.

胞质pH参与5–氨基乙酰丙酸诱导的苹果叶片气孔开放

为了揭示5-氨基乙酰丙酸(ALA)调控气孔运动的机制,以‘富士’苹果试管苗叶片下表皮为材料,研究了ALA调节气孔运动与胞质pH的关系,发现脱落酸(ABA)和苄胺(弱碱)可以诱导气孔关闭,并引起胞质pH和活性氧(ROS)显著上升;ALA和丁酸(弱酸)可以抑制ABA诱导的气孔关闭,同时抑制胞质pH和ROS上升。苄胺能减弱ALA对ABA诱导气孔关闭的抑制效应,而ALA和丁酸则抑制外源H2O2和Ca^2+诱导的气孔关闭。这些结果表明,胞质pH处在ALA调节气孔运动信号途径的上游参与气孔调节。qRT-PCR分析结果显示,ABA诱导苹果叶片下表皮细胞液泡膜H^+-ATPase编码基因Mdvha-c2和Mdvha-c3上调表达,而ALA则抑制这种效应,说明ALA可能通过抑制液泡膜离子泵活性,减少胞质H^+向液泡内运输,导致胞质酸化,从而促进气孔开放。因此,ALA对苹果叶片气孔运动的调节效应可能经由胞质pH途径实现。