论文部分内容阅读
二氧化硫(Sulfur dioxide, SO2)是一种常见的室外空气污染物。低浓度时能影响植物气孔运动,导致气孔开度减小,影响植物的正常生理活动；高浓度时可引起植物叶片失绿或坏死,导致部分细胞死亡。但是,SO2是如何调节气孔运动和诱导细胞死亡的,哪些信号分子参与了SO2的效应过程,目前尚不明确。植物叶表面的气孔保卫细胞是研究信号转导的模式实验系统,对环境变化反应灵敏而准确。本文采用拟南芥和蚕豆叶面表皮条,研究SO2衍生物(Na2SO3-NaHSO3混合液,3:1,mmol·L-1)对植物气孔运动和保卫细胞活性的影响。研究发现,低浓度的SO2可导致气孔关闭,NO、活性氧、Ca2+、MAPK和cGMP参与了SO2诱导的气孔关闭；高浓度的SO2可导致保卫细胞活性降低或死亡,NO、活性氧、Ca2+、cGMP及类Caspase蛋白酶参与了SO2诱导的细胞死亡。主要实验结果如下：在浓度为7.5～150μmol·L-1内,SO2衍生物处理表皮条可使气孔开度明显减小。200U.mL-1的过氧化氢酶CAT、0.2mmol·L-1的NO清除剂c-PTIO、0.1mmol·L-1的硝酸还原酶(NR)抑制剂NaN3、25μmol·L-1的一氧化氮合酶(NOS)抑制剂L-NAME、1mmol·L-1的Ca2+螯合剂EGTA、0.1mmol·L-1的MAPK激酶抑制剂PD98059和2μmol·L-1的cGMP合成抑制剂ODQ均能显著缓解由7.5μmol·L-1SO2诱导的蚕豆和拟南芥气孔关闭。拟南芥中编码NR的基因是nial和nia2,以单突变(nia2缺失)和双突变(nial和nia2同时缺失)拟南芥为材料；采用25μmol·L-1的L-NAME、2μmol·L-1的ODQ和0.1mmol·L-1的Ca2+通道抑制剂LaCl3,均能够显著抑制由7.5μmol·L-1SO2诱导的突变体nia2和nialnia2气孔关闭。用0.1mmol·L-1的NaN3能够显著抑制由SO2诱导的突变体nia2气孔关闭,却不能抑制突变体nialnia2气孔关闭。利用ROS荧光指示剂DCFH-DA和NO荧光指示剂DAF-FM DA检测胞内ROS和NO水平发现,随着7.5μmol·L-1SO2处理时间的延长,拟南芥保卫细胞内ROS和NO水平升高,在15mmin达到峰值,与SO2诱导的气孔开度时间效应趋势一致。在浓度2～10mmol·L-1内,SO2衍生物处理表皮条3h可使蚕豆表皮保卫细胞活性降低,部分细胞死亡；随着处理浓度的提高细胞死亡率增高。0.5μmol·L-1的泛Caspasee抑制剂Z-Asp-CH2-DCB和0.1μmol·L-1勺半胱氨酸蛋白酶抑制剂TLCK能够阻止由SO2诱导的保卫细胞死亡。0.2mmol·L-1的c-PTIO,25μmol·L-1的L-NAME,0.1μmol·L-1的NaN3,抗坏血酸(AsA,1mmol·L-1)和Ca2+通道抑制剂(LaCl3,0.1mmol·L-1)能够抑制SO2诱导的细胞死亡。NaN3能够降低由SO2诱导的胞内ROS和Ca2+水平的升高。然而,LaCl3和AsA无法抑制SO2诱导的细胞内NO水平升高。cGMP合成抑制剂ODQ能够抑制SO2引起的细胞死亡,而MAPK激酶抑制PD98059不能够抑制由SO2诱导的细胞死亡。研究表明,低浓度的SO2可诱导蚕豆和拟南芥气孔关闭,胁迫期间胞内ROS和NO水平的升高在气孔运动调节中发挥了重要作用,并且MAPK cGMP都参与了这一过程。其中,SO2胁迫期间产生的NO主要来源是NR途径和NOS途径。高浓度的SO2能够诱导蚕豆保卫细胞死亡,并且部分细胞死亡为程序性细胞死亡。SO2通过NO的介导造成胞内ROS的积累和Ca2+水平的升高,激活Ca2+依赖的cGMP途径,最终导致细胞死亡。