【摘要】：氣孔是由一對保衛(wèi)細胞圍合而成的功能特異的微孔。保衛(wèi)細胞可以持續(xù)的感知葉片所處的環(huán)境變化,并通過自身的舒張或者收縮,控制著氣孔的開放與關(guān)閉。氣孔運動調(diào)控植物蒸騰作用和光合作用的進行,平衡水分的散失和二氧化碳的固定。因此,氣孔運動與農(nóng)作物的生長發(fā)育、抗性以及農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)密切相關(guān)。調(diào)控氣孔運動的決定性因素是保衛(wèi)細胞的滲透勢,而有機酸也在其中扮演了重要角色。隨著蘋果酸在調(diào)控氣孔運動中的功能發(fā)現(xiàn),關(guān)于有機酸調(diào)控氣孔運動的其他證據(jù)也逐漸被揭示出來。植物體在受到干旱脅迫時會產(chǎn)生乙酸,而擬南芥中定位于過氧化物酶體的基因At BZU1/At ACN1(acetate non-utilizing 1,ACN1)可以利用游離的乙酸生成乙酰輔酶A,并最終產(chǎn)生蘋果酸(malate2-),平衡胞內(nèi)的K+,調(diào)節(jié)細胞的膨壓,從而調(diào)控氣孔運動。基于之前的研究(Dong et al.,2018),本實驗探究了有機酸在調(diào)控氣孔運動中所發(fā)揮的功能。通過用不同的有機酸處理葉片后發(fā)現(xiàn),正常條件下蘋果酸、草酰乙酸和乙醛酸可以促進氣孔開放,而包括乙酸在內(nèi)的丙酮酸、延胡索酸、異檸檬酸鈉、檸檬酸、琥珀酸和α-酮戊二酸都不能促進氣孔的開放。基于乙醛酸代謝的獨特性,我們猜測過氧化物酶體可能參與了氣孔運動的調(diào)控。利用線粒體特異性抑制劑魚藤酮使線粒體的活性受到抑制之后,去探究過氧化物酶體的功能。結(jié)果表明,在魚藤酮處理的條件下乙酸促進了氣孔的開放。我們推測原因是過氧化物酶體利用乙酸生成了蘋果酸。突變體bzu1的實驗結(jié)果證明了我們的猜想。利用abcb14突變體進一步證明了在抑制劑和乙酸共同使用的條件下促進氣孔開放的蘋果酸是由保衛(wèi)細胞自身合成的。對處理后的葉片內(nèi)參與三羧酸循環(huán)和乙醛酸循環(huán)的酶基因的表達量進行分析后發(fā)現(xiàn),處理后的葉片內(nèi)線粒體活性降低而過氧化物酶體活性增強。這些結(jié)果綜合證明,在抑制劑和乙酸共同處理的條件下,氣孔開度增加的原因是過氧化物酶體利用乙酸生成了蘋果酸。通過進一步的實驗又發(fā)現(xiàn),當(dāng)保衛(wèi)細胞中蘋果酸的濃度過高時,琥珀酸對氣孔的開放具有一定的抑制效應(yīng),并且琥珀酸和蘋果酸可以協(xié)同調(diào)控氣孔的開度。據(jù)報道,丙酮酸對于ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉具有負調(diào)控作用,而乙酸正是由丙酮酸轉(zhuǎn)化而來的。因此,我們進一步探索了有機酸在ABA處理的條件下對氣孔開度的調(diào)控作用。結(jié)果表明,ABA可以誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉,而乙酸和丙酮酸可以抑制ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉,而在突變體bzu1中沒有這樣的效應(yīng)。對處理后葉片內(nèi)參與三羧酸循環(huán)和乙醛酸循環(huán)的酶基因的表達量進行分析后發(fā)現(xiàn)過氧化物酶體活性增強。代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),處理后葉片中的乙酸、蘋果酸和乙醛酸有明顯的積累,并且根據(jù)蘋果酸含量上升的趨勢來判斷,其濃度的增加正是由于乙酸造成的。這些結(jié)果綜合證明,處理后的葉片內(nèi)過氧化物酶體活性增強,特別是由乙酸生成蘋果酸這條代謝通路活性的增強。至此,我們在過氧化物酶體中發(fā)現(xiàn)了一種新的由At BZU1基因介導(dǎo)的乙酸鹽-蘋果酸分流,它可以調(diào)節(jié)保衛(wèi)細胞的膨壓,從而提高擬南芥植株的抗旱性。這不僅在過氧化物酶體中發(fā)現(xiàn)了一條可以調(diào)控氣孔運動的代謝通路,也為傳統(tǒng)的氣孔運動調(diào)節(jié)機制“蘋果酸生成學(xué)說”提供了有力證據(jù),而且在提高擬南芥對干旱脅迫的抗性方面還具有重要的應(yīng)用價值。
【圖文】：

保衛(wèi)細胞開閉調(diào)節(jié)機制（Dalosoetal.,2017）

AtBZU1介導(dǎo)的乙酸-蘋果酸分流（Dongetal.,2018）
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q945

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 董寰;擬南芥AtRSA1調(diào)節(jié)植物側(cè)根生長和氣孔運動的分子機制[D];河南大學(xué);2016年

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本文編號：2655181