H2O2是一种重要的信号分子,在植物调控气孔开关的过程中起到重要作用。有研究发现,H2O2可以引起胞质碱化,胞质中的Ca2+浓度升高可激活胞内蛋白激酶/蛋白磷酸酶系统,并使细胞质膜去极化,从而活化了质膜上的K+外流通道,钝化了K+内流通道,最终促使保卫细胞水势升高、失水萎缩,诱导气孔关闭。但是到目前,相关研究只局限于保卫细胞在气孔运动中的作用,而有关副卫细胞在此过程中的作用的相关报道很少。而我们在前期的实验中发现,在气孔开关过程中副卫细胞中的H2O2分布是有变化的,而且分布和气孔开度有很大关系。为了进一步验证该实验,我们选用了气孔同样由保卫和副卫两种细胞组成的小麦做为研究材料,重点研究了由水分胁迫诱导形成的不同气孔开度状态下,保卫细胞和副卫细胞中H2O2的分布变化,以及对整个叶片光合特性和ROS代谢的影响。除此之外,本论文还对保卫细胞和副卫细胞间H2O2的转运途径进行了分析。H2O2和H2O的性质相似,理论上可以自由通过细胞膜。但是结合前期实验观察到的现象,即H2O2在玉米保卫细胞、副卫细胞和相临表皮细胞中的浓度有显著差异,且随着气孔的开关呈周期性变化,用自由扩散解释不通。现在研究发现,在拟南芥响应胁迫气孔关闭的过程中,保卫细胞中急剧上升的H2O2是由周围细胞级联激活,胞间隙放大进入保卫细胞的。另有研究表明一些水孔蛋白能促进H2O2的跨膜转运,据此,我们设想可能有水孔蛋白在控制保卫细胞和副卫细胞间H2O2的流动。为了探索这一研究,第二部分通过水孔蛋白抑制剂在确定水孔蛋白在保卫和副卫两种细胞间H2O2的转运中有作用的基础上,对ZmPIP2;4、ZmPIP2;5和ZmPIP2;6三种水孔蛋白基因做了荧光定量PCR分析。其结果如下:在实验的第一部分中,通过盆栽控水方式,以冬小麦小偃22叶片为实验对象,利用生理指标测定,光合测定和H2DCFDA荧光标记等实验手段相结合的方法,研究了四个水分处理下(正常供水CK;轻度亏水LS;中度亏水MS;重度亏水SS)冬小麦叶片中ROS含量、丙二醛(MDA)含量、ROS清除系统的相关保护酶活性及不同水分胁迫处理对小麦气孔的密度及气体交换参数的影响。同时,还观察了光照黑暗处理和PEG模拟干旱处理对小麦表皮中H2O2分布的影响。结果表明,随着水分胁迫程度的加剧,小麦叶片内H2O2、MDA含量逐渐增加;叶片的气孔密度增加,而气体交换参数(蒸腾速率,光合速率,气孔导度和叶肉胞间CO2浓度)随水分胁迫的加剧呈下降的趋势。PEG模拟干旱处理的小麦表皮中,对照组的H2O2分布在保卫细胞中,胁迫处理组的H2O2分布在副卫细胞中,且随PEG浓度增加而含量上升。在实验第二部分中,通过药理学实验、荧光染色法以及荧光定量PCR技术,对玉米表皮副卫细胞中的H2O2的来源和清除机制进行了研究。通过外加H2O2处理以及添加水孔蛋白抑制剂处理后,对H2O2染色发现,H2O2的在保卫和副卫细胞中的转运是和水孔蛋白有关的。在黑暗转光照处理过程中,添加适当浓度的AgNO3并处理适当时间,就可以阻断副卫细胞中的H2O2的向外运输。反过来,在光照转黑暗处理过程中,添加适量AgNO3并处理适当时间,可以阻断H2O2向副卫细胞内的运输。实验证明了两个理论,一是副卫细胞中的H2O2是外源的,并通过向外运输的方式清除;二是证明了运输副卫细胞中H2O2的通道是水孔蛋白。通过进一步的荧光定量PCR对潜在的可能运输H2O2的水孔蛋白进行研究发现,ZmPIP2;5很有可能参与了副卫细胞中H2O2的转运过程。本实验通过多重实验方法的结合,探究了玉米表皮中H2O2在保卫和副卫细胞中的转运方式,为说明含有副卫细胞的植物中副卫细胞在气孔开关中起到的作用提供了一定的实验证据。