论文摘要：不同剂量UV-B辐射诱导拟南芥气孔关闭过程中胞质碱化、过氧化氢和一氧化氮的作用及其相互关系

紫外线B(UV-B) 辐射作为一种重要的环境信号对气孔运动的调控已有大量报道，但关于其机制却并不清楚。胞质pH变化是植物细胞响应多种刺激的一种重要的信号转导组分，在气孔运动中研究已表明胞质碱化参与植物激素ABA、MJ和乙烯以及暗和CO2浓度升高等多种刺激诱导气孔关闭的信号转导过程。然而，胞质碱化是否参与UV-B诱导气孔关闭的信号转导过程却并不清楚。其次，在气孔运动的研究中，一方面有证据表明胞质碱化通过调控信号分子过氧化氢(H2O2)和一氧化氮(NO)的产生而诱导气孔关闭，而另一方面也有证据表明外源H2O2和NO诱导气孔关闭也依赖于胞质碱化。说明在气孔运动的信号转导途径中目前关于胞质碱化与H2O2和NO之间的关系仍不完全清楚。在UV-B诱导气孔关闭的研究中，以前的研究表明H2O2和NO参与了该信号转导过程，但关于不同剂量UV-B诱导气孔关闭过程中H2O2和NO的来源途径是否相同并不明确。另外，如果胞质碱化参与该信号转导过程，它与H2O2和NO之间的相互关系如何也有待探明。因此，本文以拟南芥野生型和突变体为材料，结合药理学和遗传学的研究方法，探讨了不同剂量UV-B辐射诱导气孔关闭过程中胞质碱化、H2O2和NO的作用及其相互关系，旨在完善植物细胞相应UV-B辐射的信号转导网络，也为探明胞质碱化、H2O2和NO间的相互关系提供实验依据。
本实验得到以下主要实验结果和结论：
1. UV-B辐射诱导拟南芥叶片和表皮条气孔关闭的适宜剂量分别是0.5和0.7 W·m-2。
2. 不同剂量（0.5 W·m-2与0.7 W·m-2）UV-B辐射均能诱导保卫细胞胞质碱化，而弱酸丁酸不仅能减弱UV-B诱导的胞质碱化程度，也能抑制不同剂量UV-B诱导的气孔关闭；弱碱甲胺也能诱导可见光下拟南芥叶片和表皮条的气孔关闭。说明胞质碱化参与了不同剂量UV-B分别诱导拟南芥叶片和离体表皮条气孔关闭的信号转导过程。
3. 0.7 W·m-2 UV-B辐射诱导的野生型拟南芥保卫细胞H2O2产生和气孔关闭均能被H2O2清除剂抗坏血酸和过氧化氢酶以及细胞壁过氧化物酶抑制剂水杨苷异羟肟酸(SHAM)显著抑制，而不能被NADPH氧化酶抑制剂二苯基碘(DPI)抑制；同时，该剂量UV-B也能诱导NADPH氧化酶功能缺失突变体AtrbohD，AtrbohF和AtrbohD/F的气孔关闭和保卫细胞内H2O2的生成，且该效应能被SHAM显著抑制。结合本试验室以前关于0.5 W·m-2 UV-B辐射诱导拟南芥叶片气孔关闭中H2O2来源途径的结论，说明H2O2参与了不同剂量UV-B诱导气孔关闭的信号转导过程，但低剂量UV-B下H2O2来源于NADPH氧化酶途径，而高剂量UV-B下H2O2主要来源于细胞壁过氧化物酶。
4. 0.7 W·m-2 UV-B辐射诱导的野生型拟南芥保卫细胞NO产生和气孔关闭均能被NO清除剂c-PTIO、硝酸还原酶（NR）抑制剂钨酸钠和一氧化氮合酶（NOS）抑制剂L-NAME显著抑制；同时，该剂量UV-B不能诱导NR功能缺失单突变体nia1和NOS相关突变体noa1的保卫细胞NO产生和气孔关闭,但能诱导NR功能缺失突变体nia2的保卫细胞NO产生和气孔关闭。该结果与本试验室以前对0.5 W·m-2 UV-B诱导拟南芥叶片气孔关闭中NO来源途径的结论相同，说明NO参与了不同剂量UV-B诱导气孔关闭的信号转导过程，且其来源于Nia1和NOS两条途径。
5. 两种剂量的UV-B辐射下保卫细胞内胞质碱化的起始均先于H2O2和NO的形成，且丁酸能显著抑制不同剂量UV-B诱导的H2O2和NO形成，而甲胺也能诱导可见光下保卫细胞H2O2和NO的产生。说明不同剂量UV-B辐射下H2O2和NO的形成均依赖于胞质碱化。
6. 两种剂量UV-B辐射下拟南芥野生型(对照)保卫细胞胞质碱化随UV-B辐射时间的延长不断加剧，但两种剂量的UV-B辐射下NO形成功能缺失突变体nia1/nia2、低剂量 UV-B辐射下H2O2形成功能缺失突变体AtrbohD/F和高剂量UV-B辐射下用SHAM抑制野生型拟南芥H2O2形成后的保卫细胞胞质碱化的起始时间虽然与野生型对照相比没有明显改变，且在UV-B辐射的60min内随着辐射时间的延长胞质碱化进一步增强，但UV-B辐射60min后胞质碱化达到了最大，不再随UV-B辐射时间的延长而加剧；外源H2O2和NO处理也能诱导胞质碱化。说明不同剂量UV-B辐射下H2O2和NO形成后会反馈诱导胞质碱化导致其进一步加剧。
总之，本文表明不同剂量UV-B诱导气孔关闭的信号转导过程中胞质碱化、H2O2和NO三者的关系是：UV-B辐射首先诱导胞质碱化，胞质碱化诱导H2O2和NO的产生，产生的H2O2和NO一方面诱导气孔关闭，另一方面反馈诱导胞质碱化的加剧。该结论不仅有助于丰富和完善UV-B诱导气孔关闭的信号转导网络，也有助于人们深入理解各种刺激下胞质碱化与H2O2和NO之间的相互关系。

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