论文部分内容阅读
不定根是植物根系的重要组成部分,不定根的发育过程是研究植物发育生物学的重要模式。水杨酸(salicylic acid, SA)和脱落酸(abscisic acid, ABA)是植物体内重要的信号分子,参与调控植物体内许多的代谢过程,尤其是介导调节植物在逆境环境下的防御反应。最近研究表明, ABA和SA在逆境胁迫下都可以诱导活性氧(reactive oxygen species, ROS)的积累,以及细胞内Ca2+含量的增加。然而ABA和SA在不定根发育过程中具体作用,以及由ROS和Ca2+介导的SA和ABA所诱导的不定根的形成(adventitious root formation, ARF)过程中的信号转导机制仍有待阐明。本文以绿豆(Phaseolus radiatus L)下胚轴切段为实验材料,研究了SA和ABA在绿豆下胚轴不定根发生过程中的作用以及与ROS和Ca2+之间的相互关系。ABA可以显著促进绿豆下胚轴切段不定根的发生,并且ABA和低浓度的IBA(indole-3-butyric acid)互作有着明显的增效作用。我们的研究还发现,ABA有可能处于IBA信号途径的上游或者是作为一个辅因子来介导IBA诱导的不定根的发生。过氧化氢(hydrogen peroxide, H2O2)已被证明是绿豆下胚轴不定根发生过程中的信号分子。添加活性氧(reactive oxygen species, ROS)的清除剂二甲基硫脲(dimethylthio urea,DMTU)和NADPH-oxidase抑制剂二苯基碘(diphenyleneiodonium chloride,DPI),都可以抑制ABA诱导的不定根的发生,暗示了在ABA诱导的不定根发生的途径中,ROS起着关键作用。生物化学方法测定得出,ABA诱导了植物体内两种重要的ROS(H2O2和O2-)的积累,而组织化学方法印证了ABA处理所诱导的H2O2积累。对抗氧化防护酶活性的测定结果来看,ABA不但提高了质膜上NADPH-oxidase的酶活,促进了O2-的产生,而且可以提高SOD的活性,从而引起ROS的积累。表明ABA参与调节了细胞内的抗氧化防御系统。通过药理学试验证明,一定浓度的SA可以诱导不定根的大量产生,并且该诱导作用存在着明显的剂量效应。通过对幼苗基部切段进行组织化学染色,我们得出SA诱导不定根更多发生的原因有两个,一是诱导了更多的胚轴薄壁细胞转化为生根细胞,二是扩大了生根区域。研究还发现SA在诱导下胚轴不定根发生过程中和茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate,MeJA)存在着拮抗作用。用不同浓度的H202和SA互作我们发现,H202和SA互作在低浓度下可以显著提高彼此对下胚轴的促根作用,但是在高浓度时可以抑制不定根的发生,其原因有可能是由于浓度过大所弓1起的氧化胁迫造成的。并且我们发现,SA诱导不定根发生的促进作用可以被DMTU和DPI所抑制,结果暗示ROS可能介导了SA诱导的不定根的发生。通过生化方法检测了SA对绿豆下胚轴切段内ROS含量的影响,结果显示SA处理提高了下胚轴内H202的含量,这和组织化学染色法结果相吻合。进而通过对抗氧化防御系统的测定结果来看,SA处理可以提高植物下胚轴内SOD的活性,并且抑制了CAT的活性。结果表明了SA诱导下胚轴内H202的积累归因于对抗氧化防御系统的调控。然而,SA和ABA对抗氧化防御系统的调控机制并不相同,ABA可以提高下胚轴切段内NADPH-oxidas的活性,而SA对NADPH-oxidas活性并没有显著的影响,ABA可以提高CAT的活性,但是SA却是可以抑制CAT的活性,结果暗示了SA和ABA有可能通过两个不同的代谢途径来调控ROS含量的积累,进而发挥调节不定根发生的作用。钙离子(Ca2+)是植物体内重要的次级信号分子。从我们的实验结果来看,外源添加Ca2+并不能促进不定根的更多发生,但是外源施用高浓度的Ca2+却可以抑制不定根的发生,有可能是由于外源高浓度的Ca2+对下胚轴的浓度胁迫造成的。而添加胞外Ca2+螯合剂乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA),在正常情况下并不能抑制不定根的发生,而且也不能抑制IBA、ABA、SA和ROS对不定根发生的促进作用,结果表明了胞外Ca2+浓度的变化对绿豆下胚轴不定根的发生并没有显著的影响。但是施用胞内Ca2+螯合剂BAPTA,在一定浓度下几乎完全可以抑制不定根的发生,并可以极大的抑制由IBA、ABA、SA和ROS诱导的不定根的发生,表明了IBA、ABA、SA和ROS诱导的不定根的发生是通过调节细胞内Ca2+的浓度改变所引起的。此外,研究还发现液泡膜Ca2+通道抑制剂氯化锂(lithium chloride,LiCl)可以完全抑制不定根的发生,并可以完全抑制由IBA、ABA、SA和ROS引起的不定根的发生,表明了以上信号分子是通过激活液泡膜上钙离子通道来释放钙离子,从而促进不定根的发生。上述研究表明,绿豆下胚轴经过ABA或SA处理,激活了抗氧化防御系统,进而诱导了ROS含量的积累,ROS可作为信号分子激活液泡膜上钙离子通道的打开,使液泡中钙离子得以释放,增加了细胞质内钙离子[Ca2+cyt]的浓度,激活下游信号转导,从而诱导不定根的发生。