牛蒡低聚果糖诱导豌豆叶片气孔关闭的研究
作者单位：山东大学生命科学学院和国家糖工程技术研究中心 德州学院农学系
会议名称：《山东植物生理学会第七次代表大会暨植物生物学与现代农业研...》
会议日期：2012年
学科分类：0710[理学-生物学] 071001[理学-植物学] 07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境]
摘 要：气孔位于植物叶面表皮,是植物与外界环境进行气体交换的重要通道。最近的研究发现植物可以通过气孔作为植物先天免疫的重要环节,在感应叶面微生物时能够主动的关闭气孔以限制病原微生物的入侵,壳寡糖等激发子也可以诱导气孔关闭。牛蒡低聚果糖(Burdockfiuctooligosaccharide,BFO)是本课题组从牛蒡根中分离得到的一种聚合度为13的果糖低聚糖。前期研究表明,BFO具有潜在的激发子活性,可以诱导植物对多种病害的抗性,其作用机制可能在于BFO诱导了抗病相关基因在植株体内的表达,诱导植物发生系统获得抗性(systemicacquiredresistane,SAR)。本试验以豌豆为材料研究了BFO对植物气孔运动的影响,并且探讨了其可能的作用机制。研究发现,1mg/mLBFO处理豌豆叶片下表皮3h后,能够降低豌豆气孔开度的54.0%,诱导效果稍低于10μM脱落酸(Abscisicacid,ABA),其降低豌豆气孔开度的67.3%。BFO诱导豌豆气孔关闭的作用效果,在50～200μg/mL范围内呈剂量依赖效应:50μg/mL的BFO即能降低豌豆气孔开度的17.5%,100μg/mL的BFO降低气孔开度的51.4%,200μg/mLBFO降低气孔开度的54.5%,作用效果最佳;200μg/mL～1mg/mL,BFO对豌豆气孔开度的作用效应保持稳定。试验同时观察了BFO处理对豌豆气孔开度影响的时间效应,结果表明:200μg/mLBFO处理30min后豌豆气孔开始关闭,之后,气孔开度持续下降;处理2h后,气孔开度降到最小,并在之后的1h内保持稳定。植物气孔运动由保卫细胞调节,为探讨BFO诱导气孔关闭的作用机制,试验研究了BFO处理对豌豆保卫细胞活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)和一氧化氮(nitricoxide,NO)含量的影响,ROS和NO含量分别用荧光指示剂2’T-dichlorofluoresceindiaeetate(DCFH-DA)和3-Amino,4-aminomethyl-2’,7’-difluorescein,diacetate(DAF-FMDA)检测。研究结果显示,200μg/mLBFO处理豌豆叶片下表皮5min即可以诱导保卫细胞HO含量显著升高,在BFO处理前30min添加过氧化氢酶(catalase)能够抑制BFO引起的ROS积累,而且抑制BFO诱导的气孔关闭;200μg/mLBFO处理豌豆叶片下表皮10min,保卫细胞NO含量显著升高,一氧化氮合酶抑制剂N-Nitro-L-argininemethylester,hydrochloride(L-NAME)能够抑制BFO引起的NO积累,同样抑制了BFO诱导的气孔关闭;这表明BFO诱导的气孔关闭需要ROS和NO的共同参与。过氧化氢酶能够完全抑制BFO引起的NO积累,而L-NAME不能阻断ROS积累,暗示在BFO诱导气孔关闭过程中,NO的积累可能依赖ROS的参与。这些研究结果表明,BFO可以诱导豌豆气孔关闭,这一过程依赖ROS和NO的参与,并且ROS可能是NO的上游信号。本试验从植物气孔的角度证明BFO可以诱导植物的免疫反应,对最终揭示BFO诱导植物抗性的作用机制具有一定意义。