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气孔是植物进行气体交换的门户,其启闭程度对植物光合作用具有重要的调控作用,直接关系到植物的产量或生产力的形成。增大气孔开度,提高CO2的吸收与固定对于提高植物生产力具有决定性作用。诸多研究表明卟啉类物质合成前体5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)能够作为潜在植物生长调节物质可提高植物生物量积累,增强抗逆性。初步机理探究表明5-ALA能够通过清除保卫细胞内ROS含量,促进黑暗条件下植物气孔开放,以及抑制ABA或H2O2诱导的气孔关闭。但有关5-ALA降低保卫细胞内ROS含量的机制尚不明确。黄酮醇是植物体内一类重要的次生代谢抗氧化物质,因5-ALA能够诱导植物苯丙烷代谢上调,促进果实黄酮和花青素等次生代谢物质积累,我们利用黄酮醇染料DPBA研究发现黄酮醇能够特异性地积累于气孔保卫细胞,其含量增加可以减少ROS积累,而后抑制ABA诱导气孔关闭。因而在保卫细胞这样的微小模型中探究5-ALA与黄酮醇代谢关系和机制以及5-ALA调节气孔运动与诱导黄酮醇在保卫细胞中特异积累之间的关系具有重要的理论意义。其主要研究结果如下:1.外源5-ALA预处理可降低苹果叶片保卫细胞ROS含量进而抑制ABA诱导的气孔关闭。使用DPBA对黄酮醇进行标记后,发现在其他表皮细胞中无荧光出现,黄酮醇只特异性地在保卫细胞中累积。外源5-ALA预处理使苹果叶片保卫细胞内黄酮醇含量显著升高,而利用外源槲皮素及山奈酚等黄酮醇预处理苹果叶片后,它们在增强保卫细胞内黄酮醇荧光强度的同时,降低保卫细胞ROS含量,并最终抑制了 ABA诱导的气孔关闭。此外,槲皮素和山奈酚可以抑制外源H2O2诱导的苹果叶片气孔关闭。以上结果喻示,5-ALA诱导苹果叶片气孔开放可能与其上调保卫细胞中黄酮醇含量而后降低活性氧含量有关,为了验证这个结果,下文我们利用遗传资源丰富的模式植物拟南芥进一步展开研究。2.以野生型、转YHem1和tt4突变体拟南芥为实验材料,研究了 5-ALA预处理抑制ABA诱导气孔关闭效应及机制。使用外源5-ALA预处理及YHem1均能够抑制ABA诱导的气孔关闭;而使用ABA处理tt4,观察发现气孔开度甚至低于单独ABA处理;使用DCF对保卫细胞ROS进行可视化后,发现外源5-ALA预处理及YHem1可降低野生型拟南芥中ABA诱导的保卫细胞ROS含量,而在tt4突变体中外源5-ALA对ABA诱导的气孔关闭抑制作用被大幅度削弱。这说明,5-ALA清除保卫细胞ROS含量从而调节植物气孔运动的过程的确与苯丙烷代谢途径相关。3.以野生型、转YHem1和tt4突变体拟南芥子叶为材料,研究内外源5-ALA对保卫细胞中黄酮醇含量影响效应及其机制。与在苹果叶片上的结果一致,以DPBA对黄酮醇进行标记,发现黄酮醇只特异性地在保卫细胞中累积。5-ALA预处理野生型拟南芥2 h和4 h能够诱导子叶保卫细胞内黄酮醇含量显著增加,转YHem1拟南芥黄酮醇含量为野生型4-5倍,但在tt4突变体中无黄酮醇积累。分子水平研究发现,内外源5-ALA预处理后可诱导黄酮醇合成相关基因的表达增强,促进黄酮醇的合成。因而,5-ALA可以通过上调拟南芥叶片黄酮醇代谢相关基因表达,增加保卫细胞内黄酮醇含量。4.使用黄酮醇主要组分榭皮素及山奈酚分别进行外源处理,发现黄酮醇可抑制ABA诱导的气孔关闭,并在一定程度恢复tt4对ABA诱导气孔关闭的抑制作用,且能够降低ABA诱导的ROS含量积累;在H202诱导的气孔关闭中,槲皮素和山奈酚处理野生型及tt4后均产生一定抑制气孔关闭的能力。这些结果表明,黄酮醇可通过清除ROS参与气孔运动调节。综上所述,利用苹果和模式植物拟南芥,我们证明了 5-ALA诱导的黄酮醇积累参与其降低ABA诱导的ROS积累的作用,进而参与其对ABA诱导的气孔关闭的抑制作用。