β-氨基丁酸对吊竹梅的气孔运动影响机制初探

2019-05-13刘阿萍关思静胡本祥颜永刚

陕西农业科学 2019年4期

高静,王楠，刘阿萍，陈莹，关思静，胡本祥，颜永刚，张岗

(1.陕西中医药大学药学院，陕西西安 712046；2.陕西中医药大学陕西省中药资源产业化协同创新中心，陕西咸阳 712000)

吊竹梅(TradescantiazebrinaBosse)是园林重要观赏植物，同时亦可作药用，有清热凉血、解毒、利尿的功能[1]，现在大多采用扦插繁殖，但在扦插繁殖中易发生蒸腾失水，导致植物萎蔫。气孔是蒸腾失水的重要通道，湿度、温度、CO2浓度、光照、微生物等许多因素都可影响气孔运动，NO、活性氧(ROS)和Ca2+等信号分子参与气孔运动的调节[2]。

β-氨基丁酸(BABA)是一种极具潜力的广谱性植物化学诱抗剂，不仅可以增强植物的抗病性，还可以提高植物抵抗干旱、高温、高盐和重金属等非生物胁迫的能力[3]。最新的研究显示BABA可增强酵母诱导的气孔关闭现象[4]。笔者研究探索BABA对吊竹梅气孔运动的影响，为后续BABA作为气孔抑制剂适度提高水分利用率，促进扦插苗的成活率提供一定参考价值。

1 材料与方法

1.1 实验材料

将吊竹梅种植在培养土(营养土、蛭石、珍珠岩1：1：1混合配置)中，温室培养，适当浇水，保持土壤湿润即可[5]。

1.2 实验试剂

BABA、KCl、2-(N-吗啉代)乙磺酸(MES)、L-抗坏血酸(AsA)、Ca2+螯合剂(EGTA)、Ca2+通道抑制剂(LaCl3)、还原型谷胱甘肽(GSH)、细胞壁过氧化物酶抑制剂(SHAM)、NO清除剂(c-PTIO)和NO合成酶抑制剂(L-NAME)均购自上海源叶生物技术有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 撕取表皮条取长势良好的吊竹梅植株，并取顶端的第二片完全展开的叶片，用镊子轻轻撕取下表皮，放入MES-KCl(MES 10 mM，KCl 50 mM，CaCl2100μM pH 6.15)缓冲液中。

1.3.2 气孔试验主要有:

(1)诱导气孔关闭：用镊子轻轻撕取待测叶片的下表皮条，将其转移至MES-KCl缓冲液中，并在光(400μmol·m-2·s-1)下处理 2 h，使其气孔完全打开。然后将部分表皮条转入不同浓度(10 μM、100 μM、250 μM)BABA处理液中，并继续在光下照射。1 h 后于显微镜下观察，并拍照记录。

(2)抑制剂处理的表皮条实验：撕取待测植株的表皮条，将其转移至将MES-KCl缓冲液中，并在光(400μmoll·m-2·s-1)下处理 2 h。然后将部分表皮条转入含有信号抑制剂AsA、EGTA、LaCl3、GSH、SHAM、c-PTIO、NaN3和L-NAME的MES-KCl缓冲液中，并在光下继续照射0.5 h。再将抑制剂处理过的表皮条移入BABA溶液中光照1 h 后于显微镜下观察，拍照记录。

1.4 气孔开度测量

每个实验处理至少选取120个气孔进行测销量。用Image-Pro Plus 6.0(Media Cybernetics, Silver Springs, MD)测定线段的方法测量气孔开度。

1.5 数据统计

使用 Spss 20.0 软件进行数据分析，所有数据图均由 Origin 8.0 完成。

2 结果

2.1 BABA诱导吊竹梅下表皮气孔关闭

由图1看出在经过充分的光照后，吊竹梅的下表皮气孔完全打开，对照组的气孔开度达到了10.42μm。在用BABA处理1 h后，气孔开度明显下降，10 μM、100 μM、250 μM分别使气孔开度与对照相比分别下降了26.3%、35.3%和30.5%。100 μM BABA处理过的吊竹梅气孔开度最小，随着BABA浓度增加到250 μM，减小的趋势减弱。

图1 不同浓度BABA诱导的气孔关闭

图2 活性氧参与BABA诱导的气孔关闭

2.2 ROS在BABA对吊竹梅叶片气孔开度影响中的作用

如图2所示，AsA、GSH和SHAM都逆转了BABA诱导的气孔关闭，经过AsA、GSH和SHAM处理后，BABA处理的表皮条气孔开度分别恢复到对照组的97.8%、94.0%和103.7%。

2.3 NO和Ca2+在BABA对吊竹梅叶片气孔开度影响中的作用

由图3和4所示，经过NO 清除剂(c-PTIO)、NR抑制剂(NaN3)和NOS抑制剂(L-NAME)预处理后，BABA导致的气孔关闭分别恢复到对照的99.5%、107.4%和106.3%。此外，经过钙离子螯合剂(EGTA)和钙离子拮抗剂(LaCl3)处理后，BABA处理的表皮条气孔开度分别恢复到对照组的100.3%和105.7%。

图3 NO参与BABA诱导的气孔关闭

图4 Ca2+参与BABA诱导的气孔关闭

3 讨论

气孔是植物体上控制CO2的吸收和水分的散失的重要通道，其开闭运动受到诸多因素影响。许多信号物质在气孔开闭信号传递中发挥重要作用，包括产生H2O2的积累、肌动蛋白的重组、[Ca2+〗cyt的增加、pH值的改变等[2-4]。本论文的研究表明BABA可以诱导吊竹梅表皮气孔关闭。

笔者实验中的过AsA、SHAM和GSH完全抑制了BABA诱导的气孔关闭，这说明ROS参与了BABA诱导的气孔关闭，其中SHAM是细胞壁中的过氧化物酶抑制剂[6]。先前的研究表明，ROS (H2O2、O2-等)在气孔运动中发挥着重要作用。在笔者实验中，BABA诱导的气孔关闭被SHAM有效逆转，这说明细胞壁过氧化物酶可能参与了BABA诱发的吊竹梅保卫细胞ROS爆发过程。对SHAM敏感的过氧化物酶也是SA、UV-A和几丁质诱导的气孔关闭中H2O2的重要来源[3-7]。在保卫细胞中，ROS的生成与许多机制有关。因此，可以推测BABA诱导H2O2可能主要由细胞壁中的过氧化物酶产生。

现已证明，NO可以和ROS相互作用，通过调节细胞质膜Cl-通道、K+通道、Ca2+和MAPK的活性等控制气孔运动[7]，本研究中，NOS抑制剂(L-NAME)、NO清除剂(c-PTIO)、NR抑制剂(NaN3)、钙离子螯合剂(EGTA)、钙离子拮抗剂(LaCl3)均扭转了BABA诱导的气孔关闭，推测NO和Ca2+介导了BABA诱导的气孔关闭。