已知气孔可以灵敏的感受外界环境信号的刺激,使之处于合适的开闭状态。逆境胁迫可以引起植物体内活性氧的产生和积累,活性氧可作为信号分子调节基因表达和多种生理反应,例如活性氧可以诱导气孔关闭和减少植物水分散失。探讨活性氧在植物气孔运动调节中的作用一直备受人们关注。本文采用远红外成像技术,筛选和鉴定了与气孔调节相关的、对H₂O₂和高温双重胁迫不敏感拟南芥突变体;并从植物整体水平上分析了H₂O₂介导的气孔运动调节的蚕豆抗盐反应的生理机制。首先,我们利用远红外成像技术,在H₂O₂胁迫条件下,筛选得到了两株叶片温度较低的拟南芥突变体roi30和roi45:遗传学分析表明,roi30和roi45是等位基因隐性突变体,我们将其命名为roi1-1和roi1-2。生理学分析表明,在H₂O₂和45℃高温胁迫条件下,roi1-1和roi1-2突变体的气孔开度较大,离体叶片失水率在80 min时达到65%和45%,而野生型的失水率仅有15%左右;延长高温处理的时间到20 h,roi1-1和roi1-2突变体的死亡率可高达60%和50%左右,而野生型的死亡率只有5%。因此,roi1-1和roi1-2是在H₂O₂和高温胁迫条件下气孔调节反应缺失的拟南芥突变体。图位克隆分析表明,突变基因ROI1编码一个蛋白激酶,ROI1基因主要在拟南芥叶片保卫细胞和维管系统中表达,定位在保卫细胞的细胞核内。ROI1蛋白和拟南芥热激转录因子HSF3存在直接相互作用,HSF3可抑制ROI1的磷酸化和自身磷酸化水平。ROI1基因突变抑制热激反应蛋白Gols1基因的转录,而HSF3基因突变不抑制GOLs1的转录。通过分析hsf3、gols1、roi1-1和roi1-1/hsf3突变体的表型发现,gols1和roi1-1突变体类似,缺乏对高温胁迫的抗性,而hsf3突变体反而提高了植株的抗高温胁迫能力,roi1-1/hsf3双突变体对高温胁迫的抗性和roi1-1突变体类似。因此,拟南芥ROI1定位在气孔保卫细胞内,参与调节植物体内H₂O₂产生和气孔运动,协调拟南芥抗高温反应。其次,为了探讨根部细胞如何感受和传递刺激信号,协调地上部分的反应,实验用盐胁迫作为刺激条件,分析根部胁迫和气孔反应的关系,结果表明,盐胁迫可引起叶片温度升高和气孔关闭,促进根、蒸腾流和气孔保卫细胞中H₂O₂含量增加,而且蒸腾流中的H₂O₂含量与土壤中的NaCl浓度相关;蒸腾流可以诱导蚕豆表皮条气孔的关闭,该作用可被10 mmmol/L的AsA抑制;推测,H₂O₂可被根部NaCl胁迫诱导产生,并通过蒸腾流运输到叶片调节气孔的运动。另外,Na⁺可能通过质膜K⁺通道进入保卫细胞;H₂O₂可抑制保卫细胞质膜K⁺通道开放和减少Na⁺进入。喷施适当浓度H₂O₂可以促进蚕豆叶片气孔关闭,抑制土壤中NaCl胁迫引起的蚕豆体内Na⁺离子的过多积累,降低蚕豆叶片的Na⁺/K⁺比。因此,气孔可以作为盐胁迫信号的感应子,协调整株植物对盐胁迫的抗性。总之,盐胁迫条件下,H₂O₂诱导气孔关闭的机理为人们了解植物“top-down”调节机制和植物控制盐在叶片和茎部过度积累提供了新的依据。当过量的盐分进入叶片和茎部并超出植物液泡区域化能力时,这种“top-down”调节显得尤为重要。