过氧化氢参与了脱落酸调控的拟南芥根形态发育
H2O2介导的H2S产生参与干旱诱导的拟南芥气孔关闭
植物学报Chinese Bulletin of Botan ydoi：10．37241SP．J．1259．2012．00217·研究报告·H202介导的H2S产生参与干旱诱导的拟南芥气孔关闭王兰香，侯智慧，侯丽霞，赵方贵，刘新。
青岛农业大学生命科学学院，山东省高校植物生物技术重点实验室。
青岛266109摘要以野生型拟南芥(Arabidopsis tha／iana)及其突变体(a trbo hD、at rbohF、atr bohD IF、at／-cdes、atd-cd es)和过表达株系(O EL．C De s、O ED．CO e s)材料，利用药理学实验，结合分光光度法和激光共聚焦显微技术，探讨硫化氢(h yd ro g en sulfide，H2S)在干旱诱导的拟南芥气孔关闭中的作用及其与过氧化氢(hydrogen peroxide，H202)雕]关系。
结果表明，H2S清除剂次牛磺酸(hypotaurine，HT)及合成抑制剂氨氧基乙酸(aminooxy acetic acid，AOA)、羟胺(hydroxylamine。
NH20H)和丙酮酸钾(potasium pyruvate，C3H3K03)+氨水(ammonia，NH3)均可不同程度抑制干旱诱导的气孔关闭；干旱对OEL-CDes和0ED．cDes植株气孔关闭的诱导作用明显．而atl-cdes和atd-cdes叶片气孔对干旱胁迫反应的敏感性下降：干旱胁迫能明显增加拟南芥保卫细胞CH202水平及叶片dPH2S含量，提高D-／L-半胱氨酸脱巯基酶活性及基因表达量，而对突变体atrbohD、 atrbohF和atrbohD，F没有显著影响。
清除H202可减弱干旱胁迫对H2S含量和D-／L一半胱氨酸脱巯基酶活性的诱导效应。
研究结果表MR2S位于H202下游参与干旱诱导拟南芥气孔关闭的信号转导过程。
关键词拟南芥，干旱胁迫，过氧化氢。
WRKY 转录因子在植物生长发育中的调控作用
WRKY 转录因子在植物生长发育中的调控作用张婷婷;田云;卢向阳【摘要】In the process of plant growth and development,a series of transcription factor playing an impor-tant regulation role are formed.The WRKY family as the unique transcription factor in plants has been widely studied in recent years.WRKY Transcription factor has an important regulation role in the process of breeding and seed germination,plant morphological construction,reproduction,and aging.In this paper,the structures of WRKY transcription factors and their regulation role in the process of plant growth and development are re-viewed.%植物在生长发育过程中，形成了一系列具有调控作用的转录因子。
其中，WRKY 家族是近年来研究较为广泛的植物所特有的转录因子。
WRKY 转录因子具有多种生理功能，在植物种子萌发、形态建设、繁殖和衰老等过程中具有重要调控作用。
对 WRKY 转录因子的结构及其在植物生长发育过程中的调控作用进行了综述。
【期刊名称】《化学与生物工程》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】5页(P1-5)【关键词】转录因子;WRKY;植物生长发育;调控作用【作者】张婷婷;田云;卢向阳【作者单位】湖南农业大学生物科学技术学院，湖南长沙 410128; 湖南省农业生物工程研究所，湖南长沙 410128;湖南农业大学生物科学技术学院，湖南长沙410128; 湖南省农业生物工程研究所，湖南长沙 410128;湖南农业大学生物科学技术学院，湖南长沙 410128; 湖南省农业生物工程研究所，湖南长沙 410128【正文语种】中文【中图分类】Q78;Q945.8WRKY转录因子是近年来在植物中发现的新的转录调控因子，因其N端含有由WRKYGQK组成的保守氨基酸序列而得名。
过氧化氢与硫化氢在乙烯调控拟南芥气孔关闭过程中的相互关系
青岛农业大学毕业论文（设计）题目：H2O2与H2S在乙烯调控拟南芥气孔关闭过程中的相互关系姓名：王文杰学院：生命科学学院专业：生物技术班级：200704学号：20072861指导教师：刘新教授2011 年6月21日目录中文摘要 (1)Abstract (2)引言 (4)1 材料与方法 (7)1.1 材料 (7)1.2 方法 (7)1.2.1 气孔开度的测定 (7)1.2.2 保卫细胞胞内H2O2的检测 (7)1.2.3 拟南芥叶片H2S含量的测定 (7)1.2.4拟南芥叶片L/D-半胱氨酸脱巯基酶活性的测定 (8)2 结果与分析 (9)2.1 H2O2参与乙烯对气孔运动的调控 (9)2.1.1 乙烯诱导气孔关闭 (9)2.1.2 H2O2清除剂和合成抑制剂对乙烯诱导气孔关闭的影响 (9)2.2 H2S参与乙烯诱导气孔关闭过程 (10)2.3 H2O2与H2S在乙烯诱导气孔关闭过程中的相互关系 (10)2.3.1 H2O2位于H2S上游参与乙烯诱导气孔关闭的可能性 (10)2.3.1.1 H2O2清除剂及合成酶抑制剂对乙烯调控的拟南芥叶片H2S含量的影响 (10)2.3.1.2 H2O2清除剂及合成酶抑制剂对乙烯调控的拟南芥叶片H2S合成酶活性的影响..11 2.3.1.3乙烯对拟南芥H2O2合成突变体叶片H2S含量的影响 (12)2.3.1.4乙烯对拟南芥H2O2合成突变体叶片H2S合成酶活性的影响 (12)2.3.2 H2O2位于H2S下游参与乙烯诱导气孔关闭的可能性 (13)2.3.2.1 H2S清除剂及合成酶抑制剂对乙烯调控的拟南芥保卫细胞H2O2含量的影响 (13)2.3.2.2乙烯对拟南芥野生型及H2S突变体保卫细胞H2O2含量的影响 (14)3 讨论 (15)致谢 (16)参考文献 (17)H2O2与H2S在乙烯调控拟南芥气孔关闭过程中的相互关系生物技术专业王文杰指导教师刘新教授摘要：以拟南芥野生型、H2S合成突变体（Atl-cdes和Atd-cdes）和H2O2合成突变体（Atpao2, Atpao4, AtrbohF, AtrbohD）为材料，综合应用植物生理学和激光共聚焦显微技术，结合药理学实验观测乙烯对气孔运动的影响，检测处理前后气孔保卫细胞H2O2和叶片H2S含量及其相关酶的变化，从组织水平、细胞水平和遗传水平为H2S和H2O2参与乙烯调控气孔运动的信号转导过程提供实验证据，并探讨二者的相互关系。
Ca 2+参与异三聚体G蛋白调控的拟南芥侧根生长发育过程
摘
要 以拟 南芥 的 野 生 型 （ ） 异 三 聚 体 Ｇ 蛋 白 ａ亚 基 基 因 Ｇ Ａ１缺 失 突 变体 （ｐ ｌｌ ｇ ａ 一） 超 表 达 突 变 ｗｓ 、 Ｐ ｇ ａ— 、 ｐ ｌ２ 和
体 （ Ｇ 、Ｇ ） 材料 ， 含 有 不 同质 量浓 度 （ ～Ｏ ２ ／ ） ｗ ｃ 为 在 Ｏ ． ｍｇ Ｌ ＮＡＡ 的培 养基 内 ， 加 常 用 的钙 通 道 抑 制 剂 ， 拟 南芥 添 对 侧 根 生 长发 育 的 形 态进 行 了观 测 。 结 果 表 明 ：） 不合 ｃ 的 培 养 基 内 ， 基 因 型 侧 根 生 长 发 育 的 差 异 显 著 性 １在 ａ ５种 明 显 降低 。２ 在 含 有 电压 依 赖 型钙 通 道 有 机 抑 制 剂 （ 搏 定 和 地 而 流 卓 ） 培 养 基 内 ， 基 因型 侧 根 的 生 长 发 育 ） 异 的 ５种 与 未施 加 抑 制 剂 的 差异 显 著性 一 致 。 ３ 在 含 有 不 同浓 度 的 ３价 无 机 离子 的 培 养 基 内， 基 因型 侧 根 的 生 长 发 育 ） ５种
周 索 杜 丽 赵 松 峰 尚 忠林。
（ ． 阳师 范 学 院 生 物 系 ， 南 南 阳 ４ ３ ６ ； ．河 南 省 烟 草 技 工 学 校 ， 南 许 昌 １南 河 ７０１ ２ 河 ３ 河 北 师 范 大 学 生 命 科 学 学 院 ， 家 庄 ０ ０ １） ． 石 ５ ０ ６ ４ １０ ； ６ ０ ０
人参幼苗中在脱落酸诱导的抗氧化防御下钙调蛋白和过氧化氢间的相互关系
人参幼苗中在脱落酸诱导的抗氧化防御下钙调蛋白和过氧化氢间的相互关系摘要：钙调蛋白（CaM）,主要的Ca+受体，是所有真核生物体内Ca+传感器中性能最好之一。
此项研究中钙调蛋白的角色和在脱落酸诱导的抗氧化防御下钙调蛋白与过氧化氢间的可能性联系正在人参幼苗中被调查。
脱落酸和过氧化氢的治疗提升了人身钙调蛋白基因的表达并显著增强了抗氧化剂标记基因的表达，例如，超氧化物歧化酶，抗坏血酸过氧化物，谷胱甘肽还原酶以及叶绿体和细胞质抗氧化酶活性。
用两份钙调蛋白拮抗剂，三氟拉嗪，N-5-氯-萘磺酰胺盐酸盐和抑制剂或清除剂，二苯基碘，活性氧物种几乎完全抑制上调的抗氧化和PgCaM基因。
而且，过氧化氢产物和钙调蛋白含量几乎全部被两份钙调蛋白拮抗剂的预处理抑制。
此外，还分析了不同的时间间隔中在不同生物胁迫下PgCaM基因的表达。
因此它表明了钙调蛋白参与脱落酸诱导，并通过启动跨质膜NADPH酶来提升触发过氧化氢产物PgCaM基因的表达，上调了相关抗氧化基因的防御同时也在对病原体的防御反应中起关键作用。
引言：钙离子是第二普及的在植物中的信号转导网络。
细胞间的钙离子在响应非生物（脱落酸、光、冷、热、移动、氧化应激、缺氧，缺水）多种细胞功能的调节介导的刺激-反应耦合和生物胁迫（植物激素、病原激发子，共生与互动），以及气孔开度，在受精过程中的自交不亲和性，花粉管、根毛【1-3】等尖种植结构的发展中起到重要的作用。
因此，钙离子会引发许多在允许植物适应环境变化条件下影响植物生长、发展和生理的细胞过程。
通常，钙离子通过多个传感器或细胞内能调节细胞内生理反应的钙离子结合蛋白如钙调蛋白、钙依赖性蛋白激酶、钙调磷酸酶B-样蛋白。
【3,4】钙调蛋白是目前所有真核生物钟表达度最高，分布广泛的钙离子结合蛋白。
它的特点是由四个螺旋-环-螺旋的结构基序，简称EF手。
EF手被配对在由中央螺旋连接的两个球形结构域中。
钙调蛋白没有任何催化活性。
此外，近期研究清晰地表明不同的亚型钙调蛋白与靶蛋白的相互作用存在差异。
过氧化氢对拟南芥生长素信号转导相关蛋白的影响
过氧化氢对拟南芥生长素信号转导相关蛋白的影响刘梦灵;陈颖华;张盛春【摘要】通过添加外源过氧化氢来探究其对植物生长素信号的影响.以GUS基因作为报告基因,研究拟南芥中各生长素相关蛋白(生长素含量标志蛋白DR5、输入蛋白AUX1、输出蛋白PIN1和PIN2)对过氧化氢的响应.结果表明过氧化氢处理后拟南芥呈植株变小、根变短和不定根数目增多的表型;与对照相比,GUS染色后各生长素相关蛋白的表达下降,表明过氧化氢对植物生长素的合成与运输起一定的抑制作用.在过氧化氢处理的基础上,添加抗氧化物质后发现植株表型有明显恢复,GUS染色也表明相关蛋白的表达量均增加;另外,0.1 nmol/L的外源IAA能恢复过氧化氢处理后拟南芥的表型和生长素相关蛋白的表达.综上所述,过氧化氢主要通过抑制植物体内的生长素信号来调控植物的生长发育.%The effect of exogenous hydrogen peroxide on the auxin signal is studied.The GUS was used as the reporter gene to investigate the responses of auxin signaling proteins,including DR5 (a maker of auxin level),AUX1 (auxin input protein),PIN1 and PIN2 (auxin output proteins) to hydrogen peroxide.The results showed that Arabidopsis thalianas displayed smaller size,shorter root and increased adventitious root number after hydrogen peroxide treatment.The GUS staining results showed that the expression of auxin-related proteins decreased,and suggested that hydrogen peroxide can inhibit the auxin synthesis and transport.The effects of hydrogen peroxide on the phenotype and the expression of auxin-related proteins inA.thaliana can be restored by some antioxidants,as well as 0.1 nmol/LIAA.The results suggest that the hydrogen peroxide can regulate the plant growth and development by inhibiting the auxin signal.【期刊名称】《华南师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(049)005【总页数】8页(P64-71)【关键词】拟南芥;生长素信号;过氧化氢;生长发育【作者】刘梦灵;陈颖华;张盛春【作者单位】华南师范大学生命科学学院,广东省植物发育生物工程重点实验室,广州510631;华南师范大学生命科学学院,广东省植物发育生物工程重点实验室,广州510631;华南师范大学生命科学学院,广东省植物发育生物工程重点实验室,广州510631【正文语种】中文【中图分类】Q945.3Key words： Arabidopsis thaliana; auxin signal; hydrogen peroxide; growth and development植物在生长过程中会进行光合作用、呼吸作用以及光呼吸等有氧代谢，这些生理过程均会产生活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)，包括超氧阴离子、羟自由基、过氧化氢和单线态氧等[1].活跃生长组织的质外体专一产生的活性氧可使细胞壁松弛并可代替生长素诱导细胞生长[2]. 叶绿体和线粒体是ROS的主要来源[3]. 植物自身可维持ROS的动态平衡以避免遭受氧化胁迫[4]. 植物在其生长发育过程中，常会经受各种胁迫，植物应对所有这些胁迫的共同特征是产生所谓的活性氧[5-6]. 近年来，ROS特别是H2O2，被认为是重要的信号分子，参与调控一系列重要的植物生理生化过程.植物激素生长素(Auxin)主要集中在植物幼嫩部位[7]，目前认为各种氧化胁迫影响植物生长发育的原因之一是改变植物体内的生长素含量. 植物拥有精细的机制以控制局部生长素稳态，包括控制生长素代谢，亚细胞区室化以及由浆膜驻留转运蛋白介导的定向生长素转运 [8-12]. 植物体内生长素在运输过程中需要输入和输出蛋白完成，目前报道得较多的是生长素输入蛋白AUX1[7]、生长素输出蛋白PIN1和PIN2[13-14]，PIN蛋白由于其不对称的亚细胞定位而直接限制极性生长素转运[15-17]；生长素运输到相应的部位后必须先和靶细胞中的受体结合，再由受体感知激素信号后，把激素信号转导下去，最后引起基因表达，导致一系列的生理生化反应.对于植物体内H2O2与生长素的相互关系，传统观点认为生长素IAA能够自发地被H2O2所降解. 后期在玉米的研究[18]中发现生长素能够诱导活性氧(ROS)的产生，生长素和重力刺激后玉米根中H2O2含量升高. 近年的研究[19-20]发现氧化还原系统中的某些组分在调控生长素依赖的生物过程中具有主导地位，生长素诱导的反应往往被氧化胁迫所加强. 另外，拟南芥MAPK激酶ANP1抑制生长素响应的过程依赖于H2O2信号[21]，并且许多生长素响应基因的表达随着H2O2含量的提高而降低[22-23]，为H2O2和生长素信号之间的关系提供了初步的分子证据. 目前对于H2O2是否是通过影响生长素的含量与运输来调控生长素信号进而调控植物生长发育的研究还未见报道. 本论文主要利用模式植物拟南芥研究外源H2O2对生长素含量及运输的影响，以期阐明H2O2调控生长素信号的具体作用机制.本实验采用的5种拟南芥株系包括野生型(WT)、DR5-GUS、AUX1-GUS、PIN1-GUS、PIN2-GUS. 种子洗净后，将其铺于MS板上，4 ℃冰箱放置2 d后，转移至植物培养室培养.将培养好的各类拟南芥幼苗分别移植到含0.5 mmol/L H2O2(处理2)的MS培养基中去，每一培养基中移入15株幼苗；移植拟南芥至普通MS培养基中作为对照组(处理1). 对每株拟南芥的原始根长进行标记，放置光下垂直培养，观察拟南芥根的生长情况. 培养5 d后，记下每株幼苗根的总伸长量及不定根的数目，计算经H2O2处理之后每种拟南芥每株幼苗根的日平均伸长量和不定根的平均数目，3次生物学重复.配置GUS染色液，配方为：50 mmol/L磷酸缓冲液(pH为7.0)，1mmol/LEDTA，0.1% Triton X-100，100 mg/L氯霉素，2 mmol/L铁氰化钾，2 mmol/L亚铁氰化钾，加入100 g/L X-Glue母液使其终质量浓度为1 g/L. 取若干支1.5 mL离心管，做好标记，各加入适量的1 mol/L GUS染色液；用镊子夹取各处理条件下培养的拟南芥幼苗若干株分别置于上述离心管中，37 ℃温育3～4 h，期间摇动数次使材料均匀，(如果有GUS基因表达产物，则出现蓝色，肉眼下可以观察染色情况).显微观察：将染好色的拟南芥在70%酒精下脱色；在玻片上滴加适量的透明液，将拟南芥的根泡在透明液中，盖上盖玻片，显微镜下观察，并分“深色、中间色、浅色、无色”4层次统计好每种拟南芥根的染色情况，并拍照(放大倍数为20倍). 实验进行3次生物学重复.将培养好的各类拟南芥幼苗分别移植到含1.25 mg/L Vc(处理3)、1.25 mg/LVc+0.5 mmol/L H2O2(处理4)、1.25 mg/L GSH(处理5)、1.25 mg/L GSH+0.5 mmol/L H2O2(处理6)的MS培养基中进行培养，统计拍照，GUS染色及显微观察，实验进行3次生物学重复.将培养好的各类拟南芥幼苗分别移植到含0.1 nmol/L IAA(处理7)、0.1 nmol/L IAA+0.5 mmol/L H2O2(处理8)、0.5 nmol/L IAA(处理9)、0.5 nmol/LIAA+0.5 mmol/L H2O2(处理10)、1.0 nmol/L(处理11)、1.0 nmol/L IAA+0.5mmol/L H2O2(处理12)的MS培养基中进行培养，统计拍照，GUS染色及显微观察，3次生物学重复.经0.5 mmol/L H2O2处理5 d后，各种拟南芥与对照组都表现出相似的氧化胁迫表型(图1)：根的生长受到明显的抑制，主根变短，不定根数目增多.与对照组相比，H2O2处理后拟南芥根的生长速度明显减慢(表1)，同时，H2O2处理会使各种拟南芥的根(包括主根、不定根)的总数目明显增多，对照组的拟南芥根的数目约2条，但H2O2处理后拟南芥的平均根数达到4条以上.为了探究H2O2处理后拟南芥根的生长受到的抑制作用是否是由生长素信号受到破坏而引起的，研究了生长素相关蛋白在H2O2处理后的表达情况. 选用生长素含量标记蛋白DR5、生长素运输输入蛋白AUX1、生长素运输输出蛋白PIN1和PIN2进行GUS染色. 经过GUS染色后(图2)，以上4种蛋白的GUS显色均呈现出深色、中间色、浅色和无色等不同程度的颜色.H2O2的处理后，蛋白GUS显色中深色所占的比例下降，而且有无色情况的出现，即H2O2处理后，生长素含量标记蛋白DR5、生长素输出蛋白AUX1、生长素输出蛋白PIN1和PIN2的表达量都受到了抑制(表2)，从而使得生长素不能正常地起生理效应，最终表现在表型上的变化.综上所述，H2O2对于各种拟南芥根的生长都表现出较明显的抑制作用，并且根中生长素相关蛋白在H2O2处理后表达明显下降. 所以，H2O2处理可能通过影响植物体内生长素的合成和运输来调控拟南芥根的生长.H2O2是具有氧化性的物质，理论上添加抗氧化物质可以对H2O2起清除作用，从而减低对植物的危害. 为了研究外源抗氧化剂能够恢复H2O2对植物生长的抑制作用，在H2O2处理的基础上对植物进行了抗氧化剂维生素C(Vc)和还原型谷胱甘肽(GSH)的处理. 结果发现，1.25 mg/L Vc可以促进植物根的生长，表明外源Vc处理可部分恢复H2O2对拟南芥根的抑制(图3).同样，添加1.25 mg/L GSH处理也可以在一定程度上恢复H2O2处理对拟南芥根生长的抑制作用 (图4).对根的具体生长情况进行分析，发现与对照组比较，Vc和GSH处理后能够增加H2O2处理拟南芥根的日伸长量，减少其不定根数(表3)，说明Vc或者GSH的添加可以缓解外源H2O2对拟南芥根的胁迫作用，使生长素的合成和运输情况得到了一定的恢复.结果表明，外源抗氧化剂能够在一定程度上恢复H2O2对根生长的抑制作用，因此进一步研究了外源抗氧化剂对生长素相关蛋白的表达影响. 在添加H2O2处理的基础上，再添加GSH处理后，GUS蛋白均能着色，且深色的比例与H2O2处理相比大大增加. 在添加H2O2处理的基础上，再添加GSH处理也出现类似结果(表4)，表明外源抗氧化剂由于还原性可对H2O2起一定的清除作用，从而降低其的抑制作用，使得拟南芥表型和各种生长素相关蛋白表达相对H2O2处理组均有所恢复.从以上结果可知，外源H2O2主要是通过抑制生长素合成和运输来调控植物根的生长发育，那么外源添加生长素能否起一定的恢复作用呢？因此，添加IAA来研究外源生长素IAA能否恢复H2O2处理后拟南芥根的生长及相关蛋白的表达.选用了0.1、0.5、1.0 nmol/L的IAA进行实验，结果发现外源IAA可对H2O2处理过的拟南芥根生长起到一定的恢复作用，且不同浓度起到的效果不同，其中0.1 nmol/L的IAA效果最为显著(图5).另外，外源生长素可激发细胞分裂和根原基发生，促进了不定根的形，使拟南芥不定根的数目增加(表5).在H2O2处理的基础上，再添加不同浓度IAA处理，结果发现GUS蛋白染色显深色比例上升，并且0.1 nmol/L的IAA的恢复作用最明显(表6)，表明添加外源IAA能够恢复生长素相关蛋白的表达.激素从产生到发挥作用都有一个既复杂又完善的过程，生长素也不例外. 在生长素的极性运输中，生长素只能从植物体形态学上端向下端运输[15]，原因是携带生长素的载体蛋白位于细胞底部的细胞膜上，顶部则没有，这就促使IAA分子(生长素分子)在薄壁组织中(或韧皮部中)顺序穿过一个个细胞向植株下部运行，不断从细胞底部由载体带出再进入下一个细胞. 植物体内的生长素经过极性运输到达植物体各组织器官起作用的过程中需要各种载体蛋白[11]，包括生长素的输入和输出载体，目前发现的输入载体是AUX1膜蛋白，输出载体有PIN和PGP蛋白[18]. 在运输过程中，存在于细胞壁空间的生长素通过扩散作用或输入载体AUX1蛋白的协助作用，从细胞的顶端流入到胞质溶胶；而存在胞质溶胶的生长素又在细胞基部质膜的输出载体PIN和PGP蛋白的协助下进一步输出细胞. 本论文以GUS蛋白作为标记，发现H2O2处理后各种拟南芥中GUS蛋白的显色都相对变浅或是消失，表明输入载体AUX1蛋白与输出载体有PIN蛋白的含量均下降了，植物体内生长素的运输过程受到了抑制. 另外，标志生长素合成量的蛋白DR5的含量也明显减少，表明外源H2O2处理还抑制了植物体内生长素含量. 因此，外源H2O2主要通过抑制生长素的合成和运输来抑制植物体内的生长素信号，最终导致到达作用部位的生长素量较正常时的低，从而影响植物的生长发育.外源抗氧化物质清除H2O2的抑制作用主要是针对H2O2的氧化性来设计的，已有的研究结果已验证了添加抗氧化剂确实能够降低H2O2的氧化作用. 还原型谷胱甘肽和维生素C都具有还原性，其中还原性谷胱甘肽由于含有巯基(—SH)，巯基可与自由基结合，加速自由基的转化，从而起到抗氧化作用；而维生素C的作用机制主要是利用本身的化学特性促使双硫键(—S—S)还原为—SH，从而也有抗氧化作用. 所以添加这2种物质可以对植物体内的H2O2起一定的清除作用，抑制了H2O2对生长素信号的破坏作用，从而使得植物生长受到的影响相对减小. 对于这2种物质起清除、解毒及细胞保护功能作用的内在原因归纳为3种机制: (1)亲核进攻——结合反应；(2)抑制脂质过氧化；(3)清除自由基. 在植物生理、生化过程中，还原性谷胱甘肽和维生素C两者可以运用以上一种或多种机制来对抗有氧化性的物质，从而保护细胞，维持植物的生长.外源IAA能够在不同程度上抑制外源H2O2对植物生长的抑制作用，主要是因为外源H2O2影响了植物体内生长素的合成和运输，使植物体内的生长素含量和生长素信号不足以维持植物的生长发育，外源IAA则能够弥补植物体内生长素的缺陷，从而恢复植物的生长发育表型.外源H2O2对植物生长发育起调控作用主要是通过调控生长素相关蛋白的表达来起作用，经过H2O2处理后，各生长素相关蛋白包括生长素含量标志蛋白DR5、生长素输入蛋白AUX1、生长素输出蛋白PIN1和PIN2的表达量都下降，这表明H2O2能抑制生长素的合成和运输，这种抑制作用综合表现在植物的表型和相关蛋白表达量的变化；外源抗氧化剂能够抑制H2O2的作用，并且外源生长素能够恢复H2O2处理后植物的生长发育. 但是H2O2影响植物生长素信号的深层分子机制，还有待进一步探究，如如何抑制各种生长素相关蛋白的表达？生长素响应基因如何响应H2O2信号？生长素信号转导能否直接和H2O2信号发生相互作用调控植物的生长发育等等. 这些问题的解决可以为农业、林业生产提供很好的理论依据和应用基础.【相关文献】[1] RACHANA S,SAMIKSHA S,PARUL P,et al. 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拟南芥侧根——精选推荐
拟南芥侧根的形成和生长受细胞分裂素代谢和信号基因的调控摘要植物根系吸收水分和养分和植物在土壤中的锚定是十分重要的。
横向根(LRs) 在根系统中相当重要。
他们胚胎后期的形成是受激素和环境因素的调控。
拟南芥中细胞分裂素在不同层面上通过干扰细胞分裂和模式形成来影响侧根的形成和生长。
这包括抑制中柱鞘细胞第一分裂和抑制幼小侧根的分支。
突变体分析揭示了细胞分裂素的合成基因IPT3和IPT5和所有的三个细胞分裂素受体基因(AHK3 AHK2,,CRE1 / AHK4)在侧根萌生中是多余的（无用的）。
AHK3 AHK2的突变增加了侧根形成中对生长素的敏感性，证实了生长素、细胞分裂素在侧根形成中的功能相关性。
相反,细胞分裂素受体突变体在侧根生长中对其他激素的应答类似于野生型,它是符合独立应答通路的。
一个显著的例外就是ahk2 ahk3突变体在侧根伸长中对油菜素内酯很敏感，表明细胞分裂素和油菜素内酯的拮抗作用。
调控侧根形成中多级丰余的细胞分裂素系统反映出它在调控环境因素中的作用。
介绍双子叶开花植物的根系统包括主根和侧根(LRs)。
侧根在根系统发展中起到相当大的作用，在锚定植物和摄取微量和大量元素过程中的作用更加大。
与起源于胚胎的主根不同，侧根的形成贯穿于植物的一生。
他们是由毗邻木质部顶端的中柱鞘细胞形成,称为拟南芥中柱鞘细胞。
这些细胞经历了一个清晰的过程，导向细胞分裂和长大形成一个侧根原基。
LRPs通过细胞分裂和生长,然后通过细胞扩张在老根上显现出来。
一旦出现, 侧根原基就会经历了一个激活过程形成一个功能完整的侧根分生组织来指导侧根的生长。
侧根的生长由植物激素和环境信号同时调控。
大量研究表明,生长素在侧根生长中起着主要的作用。
生长素调节侧根生长的几个阶段,最初是使中柱鞘细胞快速分裂建立起庞大的数量，然后使侧根生成。
据报道，为适应侧根的萌发于侧根原基的生长，在最大值处建立了生长素梯度。
在侧根的萌发中，分生细胞中生长素的积累激活了生长素受体SOLITARY ROOT (SLR)/ INDOLE-3-ACETIC ACID (IAA)14, AUXIN RESPONSE FACTOR (ARF)7–ARF19, and BODENLOS/IAA12–MONOPTEROS/ARF5，开始细胞分裂，引发器官形成。
拟南芥的发育生物学研究进展
拟南芥的发育生物学研究进展拟南芥（Arabidopsis thaliana）作为一种十分常见的模式植物，在发育生物学领域中扮演着非常重要的角色。
通过对拟南芥的研究，科学家们可以更深入地理解植物生长发育的机理，为改良农作物、保护生态环境等方面的研究提供支持。
本文将对拟南芥的发育生物学研究进展进行探讨，探讨其对人类社会的意义。
1. 拟南芥的基本生态特征拟南芥是一种生长迅速的一年生草本植物，极其适应不同的环境条件。
其基因组规模较小，大约有1.15亿个碱基对（bp），其中包括了大约2.5万个基因，大多数这些基因都与许多其他植物种类共有。
这使得拟南芥成为了一种理想的实验植物，为分子化学家和基因工程师们提供了便捷的实验条件。
2. 拟南芥在发育生物学中的应用由于拟南芥具有简单高效的基因转化实验体系，使得其成为植物分子生物学的典型研究模式。
在发育生物学领域，拟南芥提供了一种可靠的实验方法，能够帮助科学家们了解植物生长发育的基本机制。
例如，在拟南芥种子萌芽过程中，激素参与了许多与生长发育、开花等有关的信号传导路径，而拟南芥正是通过），使得科学家能够利用其样本数数据进行高通量分析，从而寻找与植物发育相关的基因。
拟南芥在现代与植物的互补合成研究和基因高通量分析领域中起着至关重要的作用。
3. 拟南芥发育生物学的研究进展3.1 拟南芥的花发育拟南芥的花是其生命周期中的一个重要发育阶段，而花的形态和结构又与各种功能密切相关。
因此，研究拟南芥花的发育过程，不仅可以深入了解植物发育过程中的细节，更为重要的是，能为研究剧烈环境变化对植物生长和开花的影响提供有力支持。
3.2 拟南芥根发育植物的根系是其生长发育过程中不可缺少的一部分，是植物获取水分和营养物质的首要途径。
拟南芥的根系由根毛、根冠、根尖等组成，在不同的生理环境条件下会表现出不同的生长形态。
因此，研究拟南芥根系的发育过程，能够更好地了解植物的根发育机理以及不同生态环境中根系的适应性。
植物生长调节剂的研究及应用进展
doi: 10.7541/2021.2019.035植物生长调节剂的研究及应用进展张 义1*刘云利1, 2*刘子森1, 2 韩 帆3 严 攀1, 2 贺 锋1 吴振斌1(1. 中国科学院水生生物研究所淡水生态和生物技术国家重点实验室, 武汉 430072; 2. 中国科学院大学, 北京 100049;3. 武汉理工大学资源与环境工程学院, 武汉 430070)摘要: 植物生长调节剂是合成植物激素, 其可以调节植物的代谢和生理功能, 并且已广泛用于农业、林业和其他领域。
而植物生长调节剂本身存在的毒副作用所引起的安全问题也不容忽视, 在使用调节剂时应保证其安全性和有效性。
文章概述了植物生长调节剂的种类、作用功效、国内外植物生长剂的研究和应用情况及在使用中存在的问题, 分析了调节剂药效的影响因素, 就植物生长调节剂的进一步应用提出了建议, 进行了展望, 并对其应用于生态修复领域的可行性进行了分析。
植物生长调节剂在使用时应注意: (1)适时适量; (2)多种药型谨慎搭配, 科学调控植物生长剂的使用; (3)植物生长调节剂不能随意与农药搭配以避免不良反应的发生。
关键词: 植物生长调节剂; 作用功效; 影响因素; 生态修复中图分类号: Q178.1 文献标识码: A 文章编号: 1000-3207(2021)03-0700-09植物激素亦称为植物天然激素或植物内源激素, 是由植物自身产生并直接或间接作用于靶器官或靶组织以调控植物生长的一类有机物质, 植物激素的生理作用非常复杂, 可以影响植物根系的分裂、生长和分化、植物发芽、开花、结果和性别分化等[1]。
这种自然合成的植物激素含量甚微, 因而, 要大量提取植物激素来提升作物产量成本较高,于是科学家们通过大量研究, 最终发现采取化学合成法可以合成与天然植物激素拥有类似结构和作用功效的有机化合物, 即植物生长调节剂。
植物生长调节剂被吸收后可促使植物体内的各类活性酶类物质联合作用, 从而影响植物的理化进程[2]。
拟南芥的形态和生长调控研究
拟南芥的形态和生长调控研究拟南芥，又称油菜花或阿拉伯芥，是一种小型的观赏和科学研究常用的植物。
由于它的基因组已经被精细地注解和广泛地研究，成为了分子生物学和植物生物学的理想模型生物。
拟南芥的形态和生长调控机制是研究的重要方向之一。
本文将从形态特征、发育周期以及生长素、赤霉素、脱落酸等激素调控拟南芥生长入手，探讨拟南芥的形态和生长调控研究现状及其意义。
一、形态特征拟南芥是矮生二年生草本植物，可以生长于世界各地的温带地区，其植株高度不超过40厘米，有很多分枝，呈圆锥形，并且有很深的绿色，亮油菜黄或白色花朵。
拟南芥是十字花科植物，有四个萼片和四个花瓣，其花的生殖器官位于花的中央。
拟南芥有两种植株类型，即野生型和自交不亲和型（Col-0），野生型的茎和叶都有毛，而自交不亲和型则不具备毛。
二、发育周期拟南芥的发育周期是从被子植物中最为短暂的，仅需6-8周就可以完成一生。
然而，与发育周期短暂相对应，其发育过程中的各个阶段是极其复杂和严格的。
拟南芥的生长和发育过程可以分为生长期、花分化期和成熟期三个阶段。
其中花分化期则可以分为先后四个阶段：传导界限阶段、生殖起源阶段、生殖分化阶段和胚胎发育阶段。
三、激素调控生长素、赤霉素和脱落酸是拟南芥中非常重要的植物激素，它们分别参与拟南芥的生长、开花及果实成熟过程。
生长素可以抑制分化和促进生长，而赤霉素则具有促进分化的作用。
拟南芥在花分化阶段的形态发生变化与植物激素水平有关。
赤霉素与生长素的协同作用促进拟南芥花的生长发育，而生长素重点参与叶的增大和发芽速度。
另外，拟南芥中的一些基因可以通过激素信号途径调控植株高度、叶表观中嵌入物、花和果实的发育等生物学过程。
四、研究意义拟南芥的形态和生长调控机制的研究对植物发育生物学的发展起到了重要的推动作用，它有助于我们更好地了解植物生长发育过程中的分子机制和信号通路。
此外，拟南芥也是研究基因突变体、抗性和逆境响应等植物特性的理想材料。
植物激素脱落酸通过诱导乙烯的生物合成抑制拟南芥主根生长共3篇
植物激素脱落酸通过诱导乙烯的生物合成抑制拟南芥主根生长共3篇植物激素脱落酸通过诱导乙烯的生物合成抑制拟南芥主根生长1植物激素脱落酸通过诱导乙烯的生物合成抑制拟南芥主根生长植物激素是调节植物生长发育的重要分子，在植物生长发育过程中发挥着重要作用。
其中脱落酸（ABA）作为植物生长过程中十分重要的激素，在植物干旱胁迫、低温胁迫等环境压力下能够促进拟南芥的生长发育。
然而，过高过低的ABA浓度都会对植物生长发育产生不利影响。
乙烯是另一种重要的植物激素，能够调节植物生长发育、形态建成、细胞分裂等重要生理过程。
而ABA和乙烯在调节植物生长发育中存在着相互作用和制约的关系。
近期的研究表明，ABA能够通过诱导乙烯的生物合成，从而抑制拟南芥主根的生长。
在ABA诱导下，拟南芥的乙烯合成能力得到了显著提高。
与此同时，ABA还能够抑制拟南芥中基因表达水平，从而影响植物发育。
研究发现，ABA通过调节DELLA蛋白的表达，进而调控拟南芥的生长发育。
DELLA蛋白是GA（赤霉素）信号途径中的一个关键组分，能够调节植物对GA的响应。
ABA通过抑制DELLA蛋白的表达，抑制了GA的生物合成，最终影响了拟南芥的生长发育。
此外，由于ABA和乙烯在调节植物生长发育中存在着相互制约的关系，过高过低的ABA浓度会对乙烯的生物合成产生不利影响。
研究表明，ABA诱导的主根生长抑制作用是由于ABA通过抑制乙烯的生物合成来实现的。
总而言之，植物激素脱落酸通过诱导乙烯的生物合成抑制拟南芥主根生长。
研究这种相互作用对于理解植物生长发育调控机制具有重要的意义。
这也为今后利用植物激素来调控植物的生长、开发新型植物生长调节剂提供了一定的理论依据综上所述，ABA通过诱导乙烯合成抑制植物主根的生长，这一发现揭示了ABA和乙烯在植物生长发育中的相互作用及其调控机制。
这对于我们深入了解植物生长发育的调控机制具有重要意义，也为利用植物激素调节植物生长提供了一定的指导和理论基础。
拟南芥模型植物在植物生殖和发育中的应用
拟南芥模型植物在植物生殖和发育中的应用拟南芥（Arabidopsis thaliana）是一种小型的模型植物，因其体型小、繁殖力强、基因组简单等特点，已经成为了植物学及遗传学研究的重要模型。
在过去的二十年里，利用拟南芥进行基因功能研究已经成为了植物科学领域中的一项基础工作，并且为相关领域的科学家提供了无限可能的探究机会。
本文将就拟南芥模型植物在植物生殖和发育中的应用进行探讨。
1. 模型植物：拟南芥拟南芥是一种十字花科植物，被广泛地应用于分子生物学、遗传学、发育生物学、生物信息学等领域。
拟南芥是一种小型、快速生长、简单形态、低倍性、且容易繁殖的植物。
这些特点使其成为了功能基因组学以及分子遗传学等领域常用的模型植物。
2. 植物生殖研究中的应用拟南芥的花既罕见又独特，它具有较为简单和规律的花器官结构和开花时间序列。
这使得拟南芥成为了决定植物生殖器官发育分子机制的模型。
因此，在植物生殖研究中，拟南芥已成为了不可缺少的资源。
例如，在拟南芥花部发育中，基因bHLH、AP2、AP1、AG和SEP在孢子壁和花器官的发育中均发挥了至关重要的作用。
通过对研究发现这些基因及其调控网络以及功能机制，拟南芥为我们深入探讨植物生殖发育的分子机制提供了强有力的工具。
3. 植物发育研究中的应用除了在植物生殖研究中的应用，拟南芥在植物发育方面的研究也是不可或缺的。
在植物的发育研究中，拟南芥的小型、快速生长和可控的环境都为研究者提供了重要的便利。
拟南芥可以在短的时间内完成许多植物发育研究，尤其是在研究植物器官的配位、细胞极性、生长因子、光合合成和干旱适应等领域。
例如，一个叫做SHORTROOT的拟南芥基因，在不同植物器官中表达不同。
SHORTROOT基因主要在根和幼苗的处于快速生长阶段的部位高表达。
有研究证明，SHORTROOT是控制拟南芥根组织形态发育的关键gene。
这些研究结果表明，在植物发育中，拟南芥的应用是必不可少的。
4. 基因组学的研究拟南芥基因组是已知的最小的造物基因组之一。
第二信使cGMP参与生长素调节拟南芥根生长发育的作用及机理研究
第二信使cGMP参与生长素调节拟南芥根生长发育的作用及机理研究第二信使cGMP参与生长素调节拟南芥根生长发育的作用及机理研究引言：植物生长发育是一个复杂的过程，受到多种内外环境因素的调控。
植物激素生长素作为一种重要的内源信号分子，在植物的生长发育中起着关键作用。
早期研究发现，生长素信号转导路径中存在着多种信号分子的参与，其中包括第二信使cGMP。
然而，对于cGMP参与生长素调节植物生长发育的具体作用及机理尚不清楚。
本文将从分子水平阐述cGMP参与调节拟南芥根生长发育的作用及机理研究。
一、cGMP的生物合成及生物学功能cGMP（cyclic guanosine monophosphate）是一种广泛存在于生物体内的第二信使分子，由GTP（guanosine triphosphate）通过可溶性鸟苷酸环化酶（GC）合成。
cGMP在调控生长发育过程中发挥重要作用，包括细胞增殖、分化、形态建成等方面。
二、cGMP与生长素信号通路的关系1. cGMP与生长素信号通路的交叉反应多项研究表明，生长素可以影响cGMP的水平，同时cGMP也能影响生长素信号的传导通路。
例如，生长素能够通过调节GC活性进而影响cGMP水平，从而影响下游基因表达。
而cGMP则能够通过调节生长素信号通路的分子组分，如蛋白激酶C和蛋白激酶A等，干扰生长素信号的传递。
2. cGMP调节生长素合成和转运研究发现，cGMP不仅可以调节生长素合成和转运的过程，还能够介导生长素受体激活的信号转导。
例如，cGMP可以增强生长素合成途径的酶活性，促进生长素的合成。
同时，cGMP还可以通过调节生长素转运蛋白的活性，影响生长素在植物体内的分布和转运。
三、cGMP调节拟南芥根生长发育的机制1. cGMP调节鞘膜细胞枪管形成枪管是拟南芥根的延伸器官，其形成受到cGMP的调节。
研究发现，cGMP能够促进鞘膜细胞枪管形成所需的蛋白酶体的聚集，并通过调节细胞骨架的重构，使细胞向前扩展，最终形成枪管。
《NIK1抑制低钙诱导拟南芥H2O2产生的机制研究》范文
《NIK1抑制低钙诱导拟南芥H2O2产生的机制研究》篇一一、引言近年来，植物生物学领域对植物应对环境压力的机制研究日益深入。
其中，钙离子在植物应对环境胁迫中扮演着重要角色。
特别是在低钙环境下，植物如何通过调控H2O2的产生来维持其生理平衡，已成为研究的热点。
本研究以拟南芥为研究对象，关注于NIK1（一种植物激酶）如何抑制低钙诱导的H2O2产生机制，以揭示其生理功能与作用机制。
二、材料与方法1. 材料：本实验采用拟南芥作为实验材料，通过基因编辑技术获得NIK1基因敲除的拟南芥植株。
2. 方法：（1）低钙处理：将拟南芥置于不同浓度的钙离子缺乏环境中，观察其生长状况及H2O2产生情况。
（2）基因表达分析：通过实时荧光定量PCR技术，分析NIK1基因在低钙环境下的表达情况。
（3）酶活性检测：测定NIK1在低钙环境下的活性变化以及其相关酶（如抗氧化酶等）的活性。
（4）数据处理：对实验数据进行统计分析，并利用相关软件进行图表绘制。
三、结果与分析1. NIK1基因表达与低钙环境的关系实验结果显示，在低钙环境下，NIK1基因的表达量显著增加。
这表明NIK1基因可能参与了拟南芥对低钙环境的响应过程。
2. NIK1对H2O2产生的影响通过H2O2含量测定发现，在低钙环境下，NIK1基因的表达增加能够显著抑制H2O2的产生。
这一结果表明NIK1具有调控H2O2产生的功能。
3. NIK1的生理功能与作用机制通过分析NIK1相关酶的活性变化，发现NIK1可能通过调控抗氧化酶的活性来降低H2O2的产生。
在低钙环境下，NIK1通过激活抗氧化酶，促进过氧化氢的分解和清除，从而维持细胞内H2O2的平衡。
此外，NIK1还可能参与其他信号传导途径，协同调节植物对低钙环境的适应。
4. 数据分析与讨论通过对比不同处理条件下的数据，发现NIK1在低钙环境下的表达量与H2O2的产生量呈负相关。
这进一步证实了NIK1在抑制H2O2产生中的重要作用。
《NIK1抑制低钙诱导拟南芥H2O2产生的机制研究》范文
《NIK1抑制低钙诱导拟南芥H2O2产生的机制研究》篇一一、引言近年来，植物对环境压力的响应机制研究逐渐成为生物学领域的热点。
其中，低钙环境对植物生长和生理活动的影响日益受到关注。
在众多植物中，拟南芥因其基因组较小且研究较为深入，成为研究低钙响应机制的优良模型。
本文重点探讨了NIK1（一种NADPH氧化酶基因）在低钙环境下如何影响拟南芥H2O2的产生及其机制。
二、研究背景与意义在植物中，H2O2是一种重要的信号分子，在植物应对各种环境压力中发挥重要作用。
低钙环境会对植物生长产生不利影响，但具体机制尚不完全清楚。
NIK1作为一种NADPH氧化酶基因，其表达水平与H2O2的产生密切相关。
因此，研究NIK1如何抑制低钙诱导的H2O2产生对于深入了解植物应对低钙环境的生理机制具有重要意义。
三、材料与方法3.1 材料本研究采用拟南芥作为实验材料。
选择具有良好生长条件的拟南芥种子进行培养，以确保实验的准确性。
3.2 方法（1）建立实验模型：在控制环境下培养拟南芥，模拟低钙环境条件，并进行处理组与对照组的实验设计。
（2）基因表达分析：通过实时荧光定量PCR技术，检测NIK1基因在不同处理条件下的表达水平。
（3）H2O2含量测定：采用化学发光法测定拟南芥中H2O2的含量。
（4）统计分析：使用统计软件对实验数据进行处理和分析。
四、实验结果与分析4.1 NIK1基因表达与H2O2产生的关系在低钙环境下，NIK1基因的表达水平明显升高，同时H2O2的产生也显著增加。
通过实时荧光定量PCR技术，我们发现这一现象在处理组中尤为明显。
这表明NIK1基因可能与H2O2的产生有关。
4.2 NIK1对H2O2产生的抑制作用为了进一步研究NIK1如何影响H2O2的产生，我们进行了基因敲除实验。
结果显示，在敲除NIK1基因后，低钙环境下H2O2的产生显著增加。
这表明NIK1具有抑制H2O2产生的作用。
4.3 NIK1抑制H2O2产生的机制为了探究NIK1抑制H2O2产生的具体机制，我们进行了进一步的实验。
过氧化氢参与拟南芥根部避盐调控
㊀第４２卷第８期㊀２０１９年８月合肥工业大学学报(自然科学版)J O U R N A LO F H E F E IU N I V E R S I T Y O FT E C H N O L O G Y (N A T U R A LS C I E N C E )V o l ．４２N o ．８㊀A u g．２０１９㊀㊀㊀收稿日期:２０１８Ｇ０１Ｇ０５;修回日期:２０１８Ｇ０２Ｇ１２基金项目:国家自然科学基金资助项目(３１３００２２５)作者简介:张天茹(１９９２－),女,安徽亳州人,合肥工业大学硕士生;韩㊀毅(１９８２－),男,安徽马鞍山人,博士,合肥工业大学教授,硕士生导师．D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００３Ｇ５０６０．２０１９．０８．０２２过氧化氢参与拟南芥根部避盐调控张天茹,㊀韩㊀毅(合肥工业大学食品与生物工程学院,安徽合肥㊀２３０００９)摘㊀要:已有研究发现植物通过调整根部向地性避开高浓度盐离子富集的区域,进而提高植物耐盐性(H a l o t Ｇr o p i s m ),然而调控植物H a l o t r o p i s m 机制尚不清楚.H ２O ２被认为是植物响应盐胁迫的关键信号分子,为探索H ２O ２在H a l o t r o p i s m 中的潜在调控作用,文章采用２个H ２O ２水平增强突变体c a t ２和a p x １作为遗传材料进行相关分析.发现与野生型相比,c a t ２和a p x １突变体加速H a l o t r o p i s m 现象的出现,暗示H ２O ２有利于根部避盐.进一步观察发现c a t ２体内的生长素信号明显低于C o l Ｇ０水平,进一步证实H ２O ２可能是连接植物盐信号与H a l o t r o p i s m 现象的中间介导子,并且可能与调控生长素信号有关.此外,文章还分析了重金属离子胁迫(汞和镉)对拟南芥根部向地性的影响,发现拟南芥在汞或镉处理的条件下不会发生像N a C l 胁迫诱导的H a l o t r o pi s m 现象.关键词:过氧化氢;H a l o t r o pi s m 现象;胁迫;生长素;拟南芥中图分类号:Q ９４５㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:１００３Ｇ５０６０(２０１９)０８Ｇ１１３７Ｇ０５H y d r o g e n p e r o x i d e i s i n v o l v e d i n t h e r e gu l a t i o n o f r o o tH a l o t r o pi s mi n A r a b i d o p s i s t h a l i a n a Z H A N G T i a n r u ,㊀H A N Y i(S c h o o l o f F o o da n dB i o l o g i c a l E n g i n e e r i n g ,H e f e iU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,H e f e i ２３０００９,C h i n a )A b s t r a c t :I t i s r e p o r t e d t h a t p l a n t r o o t s a r e a b l e t om o d i f y t h e i r d i r e c t i o no f g r o w t h t o e s c a p e t h e h i g h s a l t Ｇc o n t a i n i n g m e d i a ,a n d s u b s e q u e n t l y i m p r o v e t h e i r s a l t t o l e r a n c e (n a m e d a sH a l o t r o p i s m )．H o w e v Ｇe r ,t h e r e g u l a t o r y m e c h a n i s mi s s t i l l u n c l e a r ．H ２O ２i s b e l i e v e d t o a c t a s a k e y s i g n a lm o l e c u l e t om e d i Ｇa t e t h e r e s p o n s e o f t h e p l a n t t o s a l t s t r e s s ．T o e x p l o r e t h e p o t e n t i a l r o l e o fH ２O ２in t h e r e g u l a t i o no f H a l o t r o p i s m ,t w o g e n e t i cm u t a n t s c a t ２a n d a px １w h e r e H ２O ２l e v e l a c c u m u l a t e d m o r et h a nt h a to f C o l Ｇ０w e r eu t i l i z e d ．I tw a s s h o w n t h a t b o t hm u t a n t s t r i g g e r e dH a l o t r o p i s mf a s t e r c o m pa r e dw i t h t h e w i l d t y p e ．T h i s s u g g e s t e d t h a tH ２O ２w a s a c o m p o n e n t t o i n v o l v eH a l o t r o p i s m．F u r t h e r m o r e ,i tw a s f o u n d t h a t t h e l e v e l o f a u x i n i n c a t ２w a s s i g n i f i c a n t l y l o w e r t h a n t h eC o l Ｇ０l e v e lb yc o n f o c a l a n a l y s i s ．T h e r e s u l t f u r t h e r r e v e a l ed t h a tH ２O ２wa s a l i n k e rb e t w e e n s a l t s i g n a l a n dH a l o t r o p i s m i n a n a u x i n Ｇa s Ｇs oc i a t e dm a n n e r ．I nad d i t i o n ,t he ef f e c t o f h e a v y m e t a l s t r e s s (m e r c u r y a n dc a d m i u m )o n t h eg e o t r o Ｇp i s mi n A r a b i d o ps i s t h a l i a n a w a s a n a l y z e d ,a n d i tw a s f o u n d t h a tu n l i k e s a l t i n d u c e d H a l o t r o p i s m ,s u c he f f e c t d i dn o t o c c u r i n t h e p r e s e n c e o f e i t h e rm e r c u r y or c a d m i u m．K e y w o r d s :h y d r o g e n p e r o x i d e ;H a l o t r o p i s m ;s t r e s s ;a u x i n ;A r a b i d o p s i s t h a l i a n a ㊀㊀土壤盐渍化是最具毁灭性的非生物胁迫之一,极大地影响了全世界范围内农作物产量和质量,近年来,土壤盐渍化对于农业用地的影响呈显著上升的趋势[１Ｇ２].因此,解析并揭示植物响应和应对盐胁迫的作用机制始终是生物学家们研究的重要方向.最新的研究发现植物通过调整根部的向地性,改变了根部延伸方向,成功地避开高浓度盐离子富集的区域,最终使植物根尖位于盐浓度较低的区域生长,这一现象被称为H a l o t r oＧp i s m[３Ｇ５].这是一种全新的植物耐盐的新机制,对于了解植物应对盐害的作用机理提供了新的思考途径,然而植物H a l o t r o p i s m中的调控网络并不清楚.因此,寻找该网络调控途径的关键成分将极大地丰富植物耐盐性的调控机制.如其他非生物胁迫一样,盐胁迫能显著诱导体内活性氧的过度积累.近些年的研究表明活性氧是一种重要的逆境信号分子,对于感知逆境信号,激活植物下游防御体系来应对环境胁迫发挥着至关重要的作用.而不是简单地被认为是一种造成植物体内蛋白质和脂类氧化损伤的毒性分子[６Ｇ８].其中,与其他活性氧分子相比,H２O２是一种相对稳定的活性氧分子,而且目前被普遍地认为是植物体内介导盐耐受性的信号分子[９Ｇ１１].然而,H２O２是否通过调控植物H a l o t r o p i s m来介导植物的抗盐性有待深入研究.因此本研究采用代谢H２O２的２个关键酶(过氧化氢酶(c a t a l aＧs e s,C A T)和抗坏血酸过氧化物酶(a s c o r b a t e p e rＧo x i d a s e,A P X))的拟南芥突变体,通过放大H２O２信号,来探讨盐胁迫条件下H２O２信号和H a l o tＧr o p i s m之间的相关性.同时,本研究也分析了拟南芥在汞和镉等重金属离子的诱导下是否也具有类似避盐的现象.１㊀材料与方法１．１㊀材料１．１．１㊀实验材料实验室所用野生型和突变体均来自美国拟南芥种子中心,拟南芥(A r a b i d o p s i s t h a l i a n a)哥伦比亚野生型(C o lＧ０),过氧化氢酶缺失突变体(c a t２),抗坏血酸过氧化物酶缺失突变体(a p x１),转基因株系C o lＧ０D R５ʒʒN７ＧV E N U S㊁c a t２D R５ʒʒN７ＧV E N U S[５].１．１．２㊀实验试剂与仪器试剂有１/２M S培养基㊁蔗糖㊁２Ｇ(NＧ吗啉基)乙磺酸(M E S)㊁琼脂粉,氯化钠(N a C l)㊁氯化汞(H g C l２)㊁氯化镉(C d C l２)㊁无水乙醇㊁高乐氏(主要成分是次氯酸钠)等.主要仪器有高温高压灭菌锅㊁激光共聚焦显微镜㊁扫描仪㊁超净工作台㊁一次性培养板等.１．２㊀方法１．２．１㊀拟南芥植株种子消毒在超净台中操作,将适量拟南芥种子置于１．５m L的无菌离心管中,先用７０％乙醇消毒２m i n,然后用２５％高乐氏消毒１０m i n,最后用无菌水清洗３~４遍.用枪头将种子点到１/２M S 固体培养基上.１．２．２㊀拟南芥植株培养点种后于４ħ冰箱破休眠２~３d,再置于人工气候室中培养,培养板垂直放置,苗生长至５d 移苗,挑选长势相似的苗,移到加相应胁迫浓度的培养基上.拟南芥种植在长日照(８h光照,１６h 黑暗)㊁温度２０ħ(白天)/１８ħ(夜晚)㊁湿度６５％.１．２．３㊀胁迫处理培养基的配制待１/２M S培养基凝固后,用无菌刀片将黑线以下的培养基切掉,然后倒入含有相应胁迫浓度的新鲜培养基,静置１５m i n左右待胶凝固.然后用无菌镊子,将５d的苗移到胁迫培养基中,移苗后,使苗根尖的位置在红线上,２条线的距离为１c m[５].１．２．４㊀杂交获得c a t２D R５ʒʒN７ＧV E N U S 以c a t２和C o lＧ０D R５ʒʒN７ＧV E N U S为母本/父本,获得杂合的双突变体F１代,后种植F１代,让其自交产生F２代纯合的c a t２D R５ʒʒN７ＧV E N U S.１．２．５㊀激光共聚焦显微镜观察荧光信号用激光共聚焦显微镜观察C o lＧ０D R５ʒʒN７ＧV E N U S和c a t２D R５ʒʒN７ＧV E N U S植物根尖荧光信号,激发波长为５１４n m,检测波长为５２５~５５５n m[５].２㊀结果与分析２．１㊀培养模式图构建拟南芥植物培养选择模式图[５]如图１所示.图１㊀胁迫处理拟南芥培养板模式图８３１１㊀㊀㊀合肥工业大学学报(自然科学版)第４２卷㊀图１中,粗线以下的培养基为含有相应胁迫浓度的培养基,生长至５d 的C o l Ｇ０移苗,使根尖的位置在细线上.N a C l 胁迫处理C o l Ｇ０７２h 的表型图及模式图如图２所示.图２㊀N a C l 胁迫处理C o l Ｇ０７２h 的表型及模式图垂直培养７２h 后,发现在１/２M S 培养基上生长的的苗根继续向下生长,而在２５０m m o l /LN a C l 的培养基上生长的苗的根出现避开N a C l 生长现象,如图２a 所示.将苗根尖的弯曲角度分级(根尖垂直于平板定义为０ʎ),每１０ʎ为一级对根部弯曲角度定量化,白色条形代表偏离N a C l 培养基方向生长的角度,黑色条形代表偏向N a C l 培养基生长的角度.图２b 圆圈中的数字代表每次实验中统计的苗数量.该实验中,０m m o l /LN a C l 处理的２０颗苗有１０颗根尖弯曲角度在－５ʎ~５ʎ范围内,５颗根尖弯曲角度在－５ʎ~－１５ʎ范围内,１颗根尖弯曲角度在－１５ʎ~－２５ʎ范围内,４颗根尖弯曲角度在５ʎ~１５ʎ范围内.２５０m m o l /L N a C l 处理的２０颗苗有３颗根尖弯曲角度在２５ʎ~３５ʎ范围内,１０颗根尖弯曲角度在３５ʎ~４５ʎ范围内,６颗根尖弯曲角度在４５ʎ~５５ʎ范围内.后续实验均用该模式图表示.２．２㊀不同盐浓度处理C o l Ｇ０㊁a p x １和c a t ２研究植物在受到盐胁迫时,体内会产生大量H ２O ２[７],因此本文研究H ２O ２与拟南芥根部避盐性的关系,采用２个体内H ２O ２水平升高突变体株系,即a p x １和c a t ２.选取不同浓度的N a C l (０㊁１００㊁１５０m m o l /L ),按照图１所示的模式进行相应的胁迫处理,结果如图３㊁图４所示.图３㊀N a C l 处理C o l Ｇ０㊁a px １７２h的模式图图４㊀N a C l 处理C o l Ｇ０㊁c a t ２７２h 的模式图９３１１㊀第８期张天茹,等:过氧化氢参与拟南芥根部避盐调控观察发现,在１/２M S 培养基上生长的苗的根部,突变体与C o l Ｇ０没有显著差异,均为偏向向地方向生长.在１００m m o l /L 和１５０m m o l /LN a C l 处理条件下,与C o l Ｇ０株系相比,c a t ２和a px １突变体的根部均出现更明显的避开N a C l 生长的现象,加速H a l o t r o pi s m 现象的出现.图３㊁图４分别进行了３次独立的实验,根部均出现相似的避盐生长趋势.２．３㊀检测C o l Ｇ０㊁c a t ２中的生长素信号研究发现生长素调节植物根部向地性[１２].为了进一步确定H ２O ２在拟南芥根部避盐生长和向地性中的作用,用生长素诱导的转录合成的标志基因D R ５ʒʒN ７ＧV E N U S [１３]检测生长素信号的强弱.激光共聚焦显微镜检测C o l Ｇ０D R ５ʒʒN ７ＧV E N U S ㊁c a t ２D R ５ʒʒN ７ＧV E N U S 的荧光信号如图５所示,发现c a t ２中,根尖生长素荧光信号强度明显弱于C o l Ｇ０.图５㊀C o l Ｇ０㊁c a t ２根尖生长素荧光信号２．４㊀金属胁迫处理拟南芥以上研究发现拟南芥根部在盐胁迫条件下根部出现避盐生长现象,本文又进一步探索了重金属胁迫(汞或镉)是否也会出现盐胁迫条件下H a l o t r o pi s m 的现象.为此,本文选取了不同浓度的C d C l ２(０㊁５０㊁１００㊁１５０μm o l /L )[１４]对根部进行处理.按照图１所示的模式进行胁迫处理C o l Ｇ０,垂直培养７２h后根部弯曲角度的量化统计,如图６a 所示.由图６a 发现C d C l ２抑制拟南芥根部生长,并且具有浓度依赖性.且与对照相比,几乎所有根部垂直于地面进行生长,没有明显避开含有C d C l ２培养基区域弯曲生长.不同浓度H g C l ２(０㊁５０㊁２５０μm o l /L )[１５]对根部进行处理,结果如图６b 所示,由图６b 可知.H g C l ２抑制拟南芥根部生长,并且具有浓度依赖性,且与对照相比,根部也没有明显避开H g C l ２培养基生长的现象.图６㊀重金属胁迫处理C o l Ｇ０７２h 的模式图３㊀讨㊀㊀论研究表明植物在遇到盐胁迫时,根部会避开盐偏离向地方向生长(H a l o t r o pi s m 现象)[５].H ２O ２是一种重要的植物内源信号分子,参与调控包括盐在内的多种非生物胁迫及生物胁迫[１６Ｇ１８].然而H ２O ２是否调控根部Ha l o t r o p i s m 尚不清楚.过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶是植物体内代谢H ２O ２的关键酶[１９Ｇ２０],因此他们的缺失突变体是研究H ２O ２与Ha l o t r o p i s m 相关性的重要遗传工具.本文发现,与野生型相比,c a t ２和a p x １突变体加速H a l o t r o p i s m 现象的出现,暗示H ２O ２有利于根部避盐生长.进一步观察发现c a t ２体内的生长素信号明显低于C o l Ｇ０水平,这０４１１㊀㊀㊀合肥工业大学学报(自然科学版)第４２卷㊀一结果表明H２O２可能是连接植物盐信号与H a l o t r o p i s m现象的中间介导子,并且可能与调控生长素信号有关.本文还发现拟南芥在重金属离子胁迫条件下(汞和镉)不会发生像N a C l胁迫诱导的H a l o t r oＧp i s m现象.此外,前人的研究发现,渗透胁迫(高浓度甘露醇和氯化钾)也未引起拟南芥根部向地性方向的改变.这些结果表明,拟南芥根部H a l o t r o p i s m现象仅出现在盐胁迫的条件下,但是p H值的变化,其他重要离子(如氮㊁磷酸根)过量时是否具有类似的现象有待进一步研究.[参㊀考㊀文㊀献][１]㊀L IQ F,X I M,WA N G Q G,e ta l．C h a r a c t e r i z a t i o no f s o i l s a l i n i z a t i o n i nt y p i c a le s t u a r i n ea r e ao f t h eJ i a o z h o u B a y,C h i n a[J]．P h y s i c s&C h e m i s t r y o f t h eE a r t h,P a r t 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y s t e m s a n dO２－/H２O２p r o d u c t i o n i n t h e a pＧo p l a s t o f p e a l e a v e s．I t s r e l a t i o nw i t hs a l tＧi n d u c e dn e c r o t i cl e s i o n s i nm i n o r v e i n s[J]．P l a n t P h y s i o l o g y,２００１,１２７(３):８１７Ｇ８３１．[１８]㊀高永生,陈集双．盐胁迫下镧对小麦幼苗叶片抗氧化系统活性的影响[J]．中国稀土学报,２００５,２３(４):４９０Ｇ４９５．[１９]㊀S M I T H A G,C R O F T M T,MO U L I N M,e ta l．P l a n t s n e e d t h e i r v i t a m i n s t o o[J]．C u r r e n tO p i n i o n i nP l a n t B i o l oＧg y,２００７,１０(３):２６６Ｇ２７５．[２０]㊀Z AMO C K Y M U㊆,F U R T MU L L E RPG,O B I N G E R C．EＧv o l u t i o no f c a t a l a s e s f r o mb a c t e r i a t oh u m a n s[J]．A n t i o x iＧd a n t s&Re d o xS i g n a l i n g,２００８,１０(９):１５２７Ｇ１５４８．(责任编辑㊀闫杏丽)１４１１㊀第８期张天茹,等:过氧化氢参与拟南芥根部避盐调控。
过氧化氢参与干旱条件下脱落酸诱导黄瓜不定根形成
过氧化氢参与干旱条件下脱落酸诱导黄瓜不定根形成李雪萍;金鑫;廖伟彪;胡琳莉【摘要】Cucumber(Cucumis sativus.L)was used as a test material and we used polyethylene glycol to sim-ulate drought stress to cucumber.The effect of H2O2and ABA on adventitious root development ofcucumber(Cuc-umis sativus.L)under drought stress and their interrelationship were studied.The results indicated that 0.3％PEG could simulate moderate drought stress.Exogenous H2O2and ABA had significant positive effect on adventitious root development of cucumber explants under drought stress and the effect was dose-dependent with a maximal biological response at 800 μmol·L-1H2O2and 0.5 μmol·L-1ABA treatment.The root number developed in H2O2+ABA treatment was 19.3％and 31.3％higher than that in H2O2or ABA singletreatment,pared with ABA single treatment,the root numbers in ABA+H2O2scavenger(CAT)or ABA+H2O2inhibitor(DPI)treat-ment decreased by 15.2％and 30.9％,respectively under drought stress.The root length decreased by 24.1％and 26％,respectively.The results showed that PEG+ABA treatment has decreased stomatal aperture,density and rel-ative electric conductivity by 24.2％,15.4％and 14.2％compared to the PEG treatment; while it has increased the relative water content by25％.Moreover,PEG+ABA treatment has increased the content of osmotic adjustment substances(praline,water soluble carbohydrate and soluble protein)and the activity of the peroxidase,polyphenol oxidase andindoleacetate oxidase,while has decreased the content of malondialdehyde.However,CAT treatment significantly reversed the promoting function of ABA in adventitious root formation under drought stress.Therefore,endogenous H2O2might be regulating water balance,cell membrane stability,osmotic adjustment substances and rel-ative enzyme activity,involving in the signaling pathway of ABA-induced adventitious rooting under drought stress.%以黄瓜(Cucumis sativus.L)为试材,采用聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫,研究过氧化氢(H2O2)与脱落酸(ABA)在干旱胁迫下对黄瓜不定根发生的作用及其相互关系.结果表明:0.3％PEG产生了中度干旱胁迫.干旱条件下外源H2O2和ABA可以显著促进黄瓜外植体不定根的发生,且呈明显的剂量效应,800 μmol·L-1H2O2和0.5 μmol·L-1ABA促进效果最显著.干旱胁迫下H2O2和ABA共同处理的根数较H2O2或ABA单独处理分别高19.3％和31.3％.干旱胁迫下ABA与内源H2O2清除剂过氧化氢酶(CAT)或内源H2O2合成抑制剂二苯基碘(DPI)共处理较ABA单独处理,根数分别降低15.2％和30.9％,根长分别降低24.1％和26％.进一步结果表明,与PEG处理相比,PEG+ABA处理的叶片气孔开度百分比、密度和相对电导率分别降低了24.2％、15.4％和14.2％,而相对含水量增加了25％.此外,PEG+ABA处理增加了外植体的渗透调节物质(脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白)含量和过氧化物酶、多酚氧化酶和吲哚乙酸氧化酶的活性,降低了丙二醛含量.然而,内源H2O2清除剂CAT逆转了ABA的上述作用.可见,H2O2通过调节水分平衡、细胞膜稳定性、渗透调节物质含量和生根相关酶活性参与干旱条件下ABA促进不定根的发生.【期刊名称】《干旱地区农业研究》【年(卷),期】2018(036)003【总页数】8页(P194-201)【关键词】干旱胁迫;黄瓜不定根;脱落酸(ABA);过氧化氢(H2O2);水分平衡;细胞膜稳定性;渗透调节物质【作者】李雪萍;金鑫;廖伟彪;胡琳莉【作者单位】甘肃农业大学园艺学院,甘肃兰州730070;甘肃农业大学园艺学院,甘肃兰州730070;甘肃农业大学园艺学院,甘肃兰州730070;甘肃农业大学园艺学院,甘肃兰州730070【正文语种】中文【中图分类】S482.8不定根的发生对植物营养繁殖非常重要，可分为诱导、形成和表达三个连续并相互依赖的阶段，每个阶段均有各自的需要和特点[1]。
H2 O2对水稻幼苗生长和生理的调节
H2 O2对水稻幼苗生长和生理的调节蔡凤香;陈豆豆;杨飞;郑欣;张思韬;赵凤云【摘要】用水稻（Oryza sativa L．）中花11号分析了0．06％、0．006％、0．0006％ H2 O2处理5 d 对水稻幼苗生长、H2 O2产生、细胞死亡及生长素积累分布的影响。
结果表明，高浓度 H2 O2（0．06％）抑制地上部分和不定根的伸长及不定根上侧根的形成和生长，但对初生根上的侧根生长无明显影响。
低浓度（0．0006％）H2 O2促进初生根和不定根的伸长及其侧根数量增多和长度增加。
根尖 H2 O2积累和细胞死亡随着 H2 O2浓度的增大而增加。
利用 DR5－GUS 转基因水稻分析显示高浓度 H2 O2促进生长素在根尖的过量积累，本试验条件下H2 O2对生长素积累和分布的调节与其激活转录有关。
由此可见，高浓度 H2 O2对水稻幼苗生长的抑制作用与其诱导细胞死亡及生长素过度积累有密切关系。
【期刊名称】《江苏农业科学》【年(卷),期】2016(044)003【总页数】4页(P74-77)【关键词】过氧化氢(H2O2);生长素;水稻;幼苗;生理调节;侧根数量;侧根长度;根尖细胞【作者】蔡凤香;陈豆豆;杨飞;郑欣;张思韬;赵凤云【作者单位】山东理工大学生命科学学院，山东淄博 255049;山东理工大学生命科学学院，山东淄博 255049;山东理工大学生命科学学院，山东淄博 255049;山东理工大学生命科学学院，山东淄博 255049;山东理工大学生命科学学院，山东淄博 255049;山东理工大学生命科学学院，山东淄博 255049【正文语种】中文【中图分类】S511.01H2O2是植物体内重要的信号分子，参与调节众多细胞应答过程，包括生长发育、向地性生长和激素信号等[1]。
对H2O2与根系生长发育的关系研究发现，在正常和胁迫条件下H2O2都参与根系形态建成的调节。
如用不同胁迫处理拟南芥，产生的表型非常相似，暗示有共同的分子-生理系统调节胁迫下的形态应答，推测H2O2在控制形态建成变化中可能起关键作用[2]。
污染物胁迫及环境条件改变对拟南芥根系生长影响的研究进展
污染物胁迫及环境条件改变对拟南芥根系生长影响的研究进展张成丽;李小龙;张浩杰;鲍金铭;马嘉玉;闫帅腾;荆杰【期刊名称】《化学研究》【年(卷),期】2024(35)2【摘要】拟南芥生长周期短,基因组简单,对其根系的相关研究可为研究污染物和外界条件胁迫对其他植物的毒害作用及影响机制提供依据,污染物胁迫和环境条件的改变,都将会影响拟南芥根系的正常生长。
因此,拟南芥根系在胁迫环境中所作出的应激反应和响应机制是至关重要的,相关研究已经取得一系列进展。
本文分别从无机污染物、有机污染物、环境条件改变三个方面,综述了拟南芥根系发生的不同应激反应及其机制,发现拟南芥根系在面对不同胁迫环境时的响应不尽相同:1)较低浓度的金属离子会促进拟南芥根系的生长发育,反之,则会抑制根系的生长发育。
2)有机污染物对拟南芥根系的影响普遍是抑制的,致使其主根长度降低,侧根数量减少。
3)外界条件胁迫发生时则相对复杂,不同外界条件干扰拟南芥会发生不同的应激反应。
【总页数】8页(P181-188)【作者】张成丽;李小龙;张浩杰;鲍金铭;马嘉玉;闫帅腾;荆杰【作者单位】河南大学地理与环境学院;黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室;河南大学环境与规划国家级实验教学示范中心;河南省环境与健康工程技术研究中心;徂徕山林场【正文语种】中文【中图分类】X17【相关文献】1.缺磷胁迫对黑籽南瓜幼苗根系生长和根系分泌物的影响2.镨对镉胁迫下水稻幼苗根系生长和根系形态的影响3.高温胁迫对拟南芥水杨酸改变的突变体抗氧化能力的影响4.高铵胁迫对拟南芥根系向重性的影响及机制初探5.局部根系水分胁迫下氮素形态对水稻幼苗生理特性和根系生长的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第52卷 第5期 2007年3月快 讯过氧化氢参与了脱落酸调控的拟南芥根形态发育白 玲①② 周 云② 张晓然② 宋纯鹏②* 曹鸣庆①③(① 首都师范大学生命科学学院, 北京 100037; ② 河南省植物逆境生物学重点实验室, 河南大学生命科学学院, 开封 475001;③ 北京农业生物技术研究中心, 北京 100097. * 联系人, E-mail: songcp@)摘要 脱落酸(abscisic acid, ABA)可以抑制拟南芥根的伸长生长和促进根毛的发育, 但其中的信号转导机制仍不清楚. 本研究利用拟南芥野生型和突变体为实验材料, 研究发现过氧化氢(hydrogen peroxide,H 2O 2)对野生型根生长的影响与ABA 类似; 而抗坏血酸(ascorbic acid, ASA)可逆转ABA 对野生型根生长的抑制效应; 在拟南芥NADPH 氧化酶缺失突变体atrbohF 和atrbohC 中ABA 的这种作用丧失. 激光共聚焦和实时定量RT-PCR 分析表明, ABA 可以诱导拟南芥根细胞H 2O 2的产生, 并可增强H 2O 2相关基因OXI1的表达. 本研究结果初步表明, H 2O 2作为一种重要的信号分子参与了ABA 调节根生长发育的信号转导过程.关键词拟南芥 根生长 ABA H 2O 22006-12-18收稿, 2007-01-30接受国家自然科学基金(批准号: 30370765, 30530430, 30625005)资助项目植物根系不仅是植物吸收水分和矿质营养的重要器官, 而且可以感知外界各种胁迫刺激从而调控植物的生长发育. 尽管ABA 作为一种重要的根源逆境信号对根生长发育的调控已有报道[1,2], 但是ABA 调节根生长发育信号转导的确切机制仍不甚了解.已知H 2O 2参与了ABA 调节植物生长发育的许多方面, 如ABA 可以诱导植物保卫细胞H 2O 2的产生[3], 并且调节质膜Ca 2+通道的活性[4]. 同时拟南芥气孔开放基因ost1编码的激酶介导了ABA 信号转导中H 2O 2的产生[5]. 在植物根发育的研究中发现, H 2O 2通过影响K +吸收相关基因的表达从而调控植物根的生长[6]. 同时, NADPH 氧化酶缺失的拟南芥双突变体atrbohD/F 幼苗根的生长不受ABA 的抑制[7], 从而推测H 2O 2可能是ABA 调控拟南芥根发育过程中的一个重要成分[8]. 但是目前还未见H 2O 2参与ABA 调控根发育的具体报道.为了研究H 2O 2在ABA 调控根生长发育中的功能, 我们首先利用野生型拟南芥Arabidopsis Colum- bia 为材料检测了ABA 和H 2O 2对根生长的影响. 野生型拟南芥种子经表面消毒(0.1% HgCl 2)后点种在无菌MS (Murashige 和Skoog 1962)培养基上, 4℃冷处理3 d 打破休眠后转入光照培养间(22℃, 16 h/8 h 光周期)垂直生长约8 d. 然后将幼苗转入含不同浓度的ABA 和H 2O 2的MS 培养基上生长3 d, 对根弯曲生长的长度进行测量统计. 研究表明, 1~50 µmol/L ABA与0.2~1.5 mmol/L H 2O 2的作用相似, 即都抑制拟南芥根的伸长生长, 且都具有浓度依赖性(图1).图1 ABA 和H 2O 2对拟南芥根生长的影响处理3 d 后根弯曲长度. n = 60, 标准误差由3次实验得到抗坏血酸(ascorbic acid, ASA)作为植物体内重要的H 2O 2清除剂确保了植物细胞内氧化还原态的平衡[9]. 借助于抗坏血酸, 我们研究了H 2O 2在ABA 调控拟南芥根生长中的作用. 研究分析表明, 抗坏血酸可以逆转ABA 对野生型拟南芥根伸长生长的抑制效应, 在50 µmol/L ABA MS 培养基上同时施加200快 讯第52卷 第5期 2007年3月mg/L 抗坏血酸后, 野生型根生长长度由0.3 mm 增至4.5 mm, 受ABA 抑制的程度明显减弱(图2); 同样1.0 mmol/L H 2O 2处理时拟南芥的根伸长平均为1.8 mm, 而和200 mg/L 抗坏血酸共同处理时增至3.4 mm(图2), H 2O 2抑制根 生长的现象也得到明显缓解, 进一图2 抗坏血酸逆转ABA 对拟南芥根生长的抑制效应(a) 分别在MS(CK), 50 µmol/L ABA, 1.0 mmol/L H 2O 2, 50 µmol/LABA + 200 mg/L 抗坏血酸, 1.0 mmol/L H 2O 2+200 mg/L 抗坏血酸培养基上培养3 d 的幼苗; (b) 处理3 d 后根弯曲长度. n = 60, 标准误差由3次实验得到步暗示了H 2O 2参与了ABA 调控的幼苗根生长.ABA 处理保卫细胞后可以诱导产生H 2O 2从而使气孔关闭[3,4]. 与此相似, 为了获得H 2O 2参与ABA 调控抑南芥根生长发育的直接证据, 我们以2,7-di- chlorofluorescin diacetate (H2DCF-DA)作为胞内H 2O 2的荧光探针[10,11], 采用激光扫描共聚焦显微成像(laser scan confocal microscope, LSCM)技术检测根细胞内H 2O 2含量的变化. 游离出的拟南芥根原生质体[12]在加入50 µmol/L H2DCF-DA (MERCK, San Diego, CA) 孵育20~30 min 后, 在LSCM (Bio-Rad MicroRadiance)下观察, LSCM 的工作条件为: E x = 488 nm, E m = 522 nm, 激光功率3%, 连续扫描记录时间360 s. 与对照(不加ABA 处理)相比, 50 µmol/L ABA 处理后拟南芥根细胞原生质体的DCF 荧光明显增强(图3(a)), 细胞中的平均荧光强度统计结果(图3(b))也明显表明ABA 可以诱导野生型拟南芥根细胞内H 2O 2的产生.我们又利用NADPH氧化酶缺失突变体atrbohF 和atrbohC 来对拟南芥根的生长发育进行研究. atr-bohF 和atrbohC 对ABA 不敏感, 在50 µmol/L ABA 的培养基上生长3 d 后根弯曲生长分别是相应野生型图3 ABA 促进拟南芥根细胞原生质体H 2O 2的产生(a) 50 µmol/L ABA 处理H2DCF-DA 孵育的根原生质体细胞LSCM 扫描荧光图, 标尺示10 µm; (b) 荧光强度平均数据统计图, n = 6第52卷 第5期 2007年3月快 讯的7和9倍多(图4). 这一结果进一步说明, H 2O 2的产生对于ABA 调节的拟南芥根早期生长发育是必须的.图4 H 2O 2 参与ABA 调控的拟南芥根的生长(a) 50 µmol/L ABA MS 培养基上生长3 d 的WT, atrbohC 和atrbohF ; (b) CK 及50 µmol/L ABA MS 培养基上培养3 d 的atrbohC 和atrbohF相对于WT 的相对根长. n = 60, 标准误差由3次实验得到为了进一步研究H 2O 2在ABA 调节的根发育中的功能, 我们对不同处理的根尖形态也做了分析. 结果表明, 50 µmol/L ABA 和1 mmol/L H 2O 2都可以诱导野生型拟南芥根毛的形成(图5(a)). 生长在50 µmol/L ABA 条件下的atrbohC 和atrbohF 与野生型截然不同, 野生型主根根尖丛生大量根毛而突变体根尖几乎没有根毛(图5(a)). 但是当施加外源1 mmol/LH 2O 2后突变体的根毛明显增多(图5(a)), 这表明H 2O 2参与了ABA 促进根尖根毛形成的过程, 参与了ABA 调节的根形态的发育. 我们的结果还发现当50 µmol/L ABA 和200 mg/L 抗坏血酸共同处理时, 野生型根尖根毛显著少于ABA 处理, 与突变体用ABA 处理得到的结果类似(图5(b)); 而同时抗坏血酸和H 2O 2处理的根毛数相对于H 2O 2处理也明显减少. 根尖形态研究结果进一步证实了H 2O 2在ABA 调节的拟南芥根发育的信号转导途径中的作用.拟南芥氧化胁迫诱导基因1(AtOXI1)编码的蛋白激酶OXI1属于AGC 家族蛋白, 在调控根毛发育中起到重要的作用. 该基因缺失的纯合突变体与野生型相比, 根毛数量和长度都明显减少; 并且OXI1在氧化猝发信号转导途径中具有重要的作用, 其基因的表达在体内直接受H 2O 2的诱导[13,14]. 采用实时定量RT-PCR 技术我们对幼苗根部AtOXI1的转录进行了分析, 100 µmol/L ABA 或ddH 2O(CK)处理生长8 d 的野生型拟南芥幼苗5 h 后, 提取根部总RNA, 反转录后在Rotor-Gene 3000(Corbett Research, Australia)上作实时定量PCR 分析(以Actin2作内参, 对样品中目标基因进行相对定量分析. 扩增AtOXI1的专一性引物为: 5′-GATTTGAAGCCAGACAATGTGAT-3′和 5′′-ACCAGTTAGATTCGGCGGTTTAGA-3′; Actin2专一引物为: 5′-TTCCTCATGCCATCCTCCGTCTT- 3′和5′-CAGCGATACCTGAGAACATAGTGG-3′, 实验重复3次), 结果表明, ABA 处理后AtOXI1的相对转录量升高(图6), 暗示H 2O 2相关的信号转导途径参与了ABA 对根生长的调节. 同时OXI1作为调节根毛发育的基因, 其相对高的表达与ABA 诱导大量根毛的形成也是一致的.图5 H 2O 2参与ABA 调节的拟南芥根毛生长(a) CK, 50 µmol/L ABA 和 1.0 mmol/L H 2O 2培养基生长3 d 的WT, atrbohC 和atrbohF 幼苗根尖形态, 标尺示50 µm; (b) WT 在200 mg/L 抗坏血酸, 50 µmol/L ABA+200 mg/L 抗坏血酸及1.0 mmol/L H 2O 2+200 mg/L 抗坏血酸培养基上生长3 d 的根尖形态, 标尺示50 µm快讯第52卷 第5期 2007年3月图 6 ABA 上调AtOXI1的转录n = 3综上所述, 我们认为H 2O 2作为一种重要的信号分子参与了ABA 对拟南芥根生长发育的调控, ABA 通过诱导根细胞内产生更多的H 2O 2抑制根的伸长生长, 并调控OXI1的表达促进根毛的形成和发育. 我们的实验结果对于揭示和理解ABA 调控根发育的机制具有重要的理论价值, 但是中间的详细细节还有待于进一步的研究.致谢 感谢张骁教授在成文过程中提出了宝贵的修改意见和建议.参 考 文 献1 Smet I D, Zhang H M, Inze D, et al. A novel role for abscisic acidemerges from underground. Trends Plant Sci, 2006, 11: 434—439 2 Chen C W, Yang Y W, Lur H S, et al. A novel function of abscisicacid in the regulation of rice (Oryza sativa L) root growth and de-velopment. Plant Cell Physiol, 2006, 47: 1—133 Zhang X, Zhang L, Dong F C, et al. Hydrogen peroxide is involvedin abscisic acid–induced stomatal closure in Vicia faba . Plant Physiol, 2001, 126: 1438—14484 Pei Z M, Murata Y, Benning G, et al. Calcium channels activatedby hydrogen peroxide mediate abscisic acid signalling in guard cells. Nature, 2000, 406: 731—7345 Mustilli A C, Merlot S, Giraudat J, et al. Arabidopsis OST1 proteinkinase mediates the regulation of stomatal aperture by abscisic acid and acts upstream of reactive oxygen species production. Plant Cell, 2002, 14: 3089—30996 Shin R, Schachtman D P. Hydrogen peroxide mediates plant rootcell response to nutrient deprivation. Proc Natl Acad Sci USA, 2004, 101: 8827—88327 Kwak J M, Mori I C, Pei Z M, et al. 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A protein kinase targetof a PDK1 signalling pathway is involved in root hair growth in Arabidopsis . J EMBO, 2004, 23: 572—58114 Rentel M C, Lecourieux D, Ouaked F, et al. OXI1 kinase is neces-sary for oxidative burst-mediated signaling in Arabidopsis . Nature, 2004, 427: 858—861。