蚕豆保卫细胞中脱落酸诱导过氧化氢产生的亚细胞定位

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H2O2作为第二信使参与了ABA的信号转导过程,但是,有关保卫细胞内ABA诱导H2O2产生的亚细胞定位至今未见报道,而这恰恰是理解气孔反应中氧化信号作用的关键问题。本实验以模式植物蚕豆(Vicia faba L)为材料,主要利用激光共聚焦显微技术(LSCM)和透射电子显微镜技术(TEM)对蚕豆保卫细胞内ABA诱导的H2O2的产生进行亚细胞定位。选择ABA处理的不同时间点检测气孔保卫细胞内H2O2产生的位点。其中ABA处理10min、15min、20min和30min时,累积位点主要是保卫细胞细胞壁的背壁,腹壁上有少量的电子密集沉积物产生;在ABA处理60min、90min和120min时,电子密集沉积物累积位点由保卫细胞的背壁转至腹壁及叶绿体的基质,线粒体和质膜基本没有。用H2O2处理蚕豆叶片,得出与ABA处理60min相同的结果。Diphenylene iodonium (DPI )能显著抑制细胞壁上电子密集沉积物的累积,而catalase (CAT)减少细胞壁上的电子密集沉积物的累积。由细胞壁上电子密集沉积物的来源看,可能是质膜上NADPH氧化酶将O2 转变成O2。-, O2。-在细胞壁内或细胞壁上形成H2O2;亦可能是质膜上产生的H2O2扩散至细胞壁上。因此认为,细胞壁上的电子密集沉积物可能是质膜上H2O2产生后扩散至细胞壁上形成的。AsA除了能减少细胞壁上的电子密集沉积物累积外,还能减少叶绿体上电子密集沉积物的累积,这可能与ascorbic acid (AsA)参与了叶绿体内H2O2的清除系统有关。叶绿体内的抗坏血酸-谷胱甘肽循环能有效清除体内产生的H2O2。从以上的实验结果推知:ABA诱导蚕豆保卫细胞中H2O2的产生位点是质膜和叶绿体基质。另外,在亚细胞分析的实验过程中,以蚕豆叶片的表皮细胞和叶肉细胞(部分图片未列出)作为与保卫细胞内H2O2产生的对比,发现在ABA处理的短时间内(20 min),表皮细胞内有电子密集沉积物的累积,而叶肉细胞内则没有电子密集沉积物的累积。随处理时间的延长(到1 h左右),表皮细胞内电子密集沉积物累积的量逐渐降低,叶肉细胞内开始有微量的电子密集沉积物累积。DPI、AsA、CAT对叶肉细胞的处理结果与保卫细胞一致。以蚕豆叶片下表皮为材料,将H2O2的荧光探针2,7-二氯氢化荧光素二乙酸酯<WP=6>(2,7-dichlorofluorescin diacetate, H2DCFH)导入蚕豆气孔保卫细胞内,利用激光共聚焦显微镜技术,检测ABA诱导气孔关闭过程中H2O2的产生,结果表明,外源ABA能诱导蚕豆保卫细胞内H2O2的产生,其H2O2产生的主要位点是叶绿体部位和质膜。用AsA处理并结合张骁等(2001)人的光学显微镜结果(CAT和DPI处理)可知,CAT、DPI和AsA在一定程度上可减少ABA所诱导的保卫细胞内H2O2的产生。
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