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H2O2作为信号分子广泛参与植物应答胁迫反应,它的产生和灭活信号途径的特异性问题引起了广泛关注。已证明许多胁迫因素可以诱导植物细胞脱落酸(abscisic acid,ABA)和水杨酸(salicylic acid,SA)浓度升高,两个胁迫信使通过诱导H2O2而促进气孔关闭。另外,植物细胞内存在许多促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK),这些激酶在植物各种胁迫反应的信号转导过程中起着重要作用。 本实验在表皮生物分析的基础上,主要利用显微注射技术、膜片钳技术和激光共聚焦显微技术,运用专一性蛋白激酶抑制剂处理,探索蛋白激酶对蚕豆(Vicia faba L.)气孔保卫细胞中ABA和SA诱导的H2O2产生及其信号转导影响机理,结果如下: 1.PD98059通过专一性地抑制ABA诱导的H2O2的产生、或者清除已产生的H2O2积累,可逆性地阻断了ABA诱导的气孔关闭用ABA和H2O2处理表皮条时,气孔开度显著下降,而PD98059处理不影响气孔关闭;使用PD98059分别和ABA、H2O2共同诱导时,气孔开度没有下降;如果先分别使用ABA和H2O2诱导气孔关闭,再使用PD98059处理,气孔关闭被逆转。 在对照实验中,ABA诱导荧光迅速增高;单独的PD98059、PD98059和ABA共同处理气孔时,保卫细胞内H2O2探针荧光强度没有增高;将PD98059注射进入其中的一个保卫细胞,再以ABA处理,使得两个有同样荧光基础的保卫细胞荧光强度对比强烈;将PD98059显微注射进入已被ABA诱导DCF(dichlorofluorescin)荧光强度升高的气孔保卫细胞,荧光强度下降,而没有被注射一边的保卫细胞中的DCF荧光强度不变。 与ABA一样SA诱导了保卫细胞中DCF荧光强度迅速升高。但是,PD98059和sA共同处理,HZoZ探针荧光强度升高;SA诱导DCF荧光强度升高后,以PD98059处理,对DCF荧光强度无影响;将PD98059注射进入其中的一个保卫细胞,以SA处理,结果显示两个细胞内的荧光强度一样。 ABA诱导了内向K+电流显著减小;使用PD98059处理、PD98059和eaZ+络合剂B好认(bis(o一amnophenoxy)、thane一N,N对,付一tetraaeeticacid)共同处理,K十电流没有减小;PD98059可以逆转ABA诱导的内向K+电流减小,BAPTA处理对此过程没有影响。 2.10一6 mol·L怕勺sBZo358o阻断7 ABA和HZo:诱导的气孔关闭和内向K十电流的变化 从10一”mol·L一’到10一4 mol·L一’的各种浓度级别的SBZo358o和HZOZ处理表皮条,气孔开度变化不一样:抑制剂浓度在10--9 mol.L一’到10一7mol·L一’时,气孔开度减小,抑制剂浓度为1丁“mol·L一,以上时,气孔开度由降低到恢复,证明10一“mol.L一’是此过程浓度的转折点。 上述各种浓度的SB203580和ABA共同处理时,气孔开度均表现为降低,但是幅度不同,当SB203580的浓度为10一6 mol·L一,时,与ABA单独处理相比,气孔开度仅仅降低了一部分。而各浓度级别的、无活性的 SB202474分别和ABA、执O:共同处理,不影响气孔关闭。 与表皮条分析结果一致的是:SBZo358O处理HZO:诱导的内向K+电流有一个变化过程,即在15min之内经历一个由减小到回升的过程,回升后的电流值与下降前相当;而巧min内,SBZO358O使得ABA诱导的内向K+电流减小部分地回升,并趋于稳定。 3.SB203580、SBZOZ190分别以不同方式阻断了ABA和SA诱导的HZO:产生 SBZO358o和ABA共同处理时,保卫细胞中的DCF荧光强度没有升高,而且BAPTA处理不影响SB203580的这一作用;SB203580注射进入保卫细胞后,胞外ABA处理,两个具有同样荧光基础的保卫细胞,荧光强度对比强烈;将SB203580和H20:一起注射进入保卫细胞,再以ABA处理,经过注射的保卫细胞DCF荧光强度低于没有注射的一方;SB203580和SA共同处理时,DCF荧光仍能升高。 SB202190和SA处理气孔、或者将SB202190注射进入保卫细胞,以SA胞外处理,HZO:荧光强度没有升高;如果前两者的处理液中再加入BAPTA时,玫O:荧光反而能升高。可见,SBZO358O和SBZOZ19O以不同的方式分别抑制了保卫细胞中ABA、SA诱导的HZO:产生。 综上所述,PD98059对ABA诱导的HZO:产生、ABA和HZO:诱导的内向K+电流减小的阻断作用,说明MEKI/2(mitogen一activated proteinkinase kinasel&2)正调节ABA诱导玫O:产生,同时pD98059对HZOZ清除作用可能是由于激活了眺O:清除系统酶活性;P38蛋白激酶探针SBZO358O、SB20219O在ABA和SA下游信号的不同结果说明:不同的P38同源激酶在不同的玩。:产生的信号途径中起作用,对c扩+依赖性也不同,更显示了HZO:信号特异性。所以,蛋白激酶不仅参与胁迫信号转导,而且特异性地调节H20:信号途径。MAPK的激活在保卫细胞HZOZ信号的产生、放大及其专一性应答信号刺激的反应中有着重要的调节作用。