【摘要】：氣孔是由一對保衛(wèi)細(xì)胞圍合而成的功能特異的微孔。保衛(wèi)細(xì)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(yùn)動調(diào)控植物蒸騰作用和光合作用的進(jìn)行,平衡水分的散失和二氧化碳的固定。因此,氣孔運(yùn)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(yùn)動的決定性因素是保衛(wèi)細(xì)胞的滲透勢,而有機(jī)酸也在其中扮演了重要角色。隨著蘋果酸在調(diào)控氣孔運(yùn)動中的功能發(fā)現(xiàn),關(guān)于有機(jī)酸調(diào)控氣孔運(yùn)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(xì)胞的膨壓,從而調(diào)控氣孔運(yùn)動�；谥暗难芯�(Dong et al.,2018),本實(shí)驗探究了有機(jī)酸在調(diào)控氣孔運(yùn)動中所發(fā)揮的功能。通過用不同的有機(jī)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(jìn)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(jìn)氣孔的開放。基于乙醛酸代謝的獨(dú)特性,我們猜測過氧化物酶體可能參與了氣孔運(yùn)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(jìn)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(shí)驗結(jié)果證明了我們的猜想。利用abcb14突變體進(jìn)一步證明了在抑制劑和乙酸共同使用的條件下促進(jìn)氣孔開放的蘋果酸是由保衛(wèi)細(xì)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(dá)量進(jìn)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(qiáng)。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(jìn)一步的實(shí)驗又發(fā)現(xiàn),當(dāng)保衛(wèi)細(xì)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(fù)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(jìn)一步探索了有機(jī)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(dá)量進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)過氧化物酶體活性增強(qiáng)。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(qiáng),特別是由乙酸生成蘋果酸這條代謝通路活性的增強(qiáng)。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(xì)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(yùn)動的代謝通路,也為傳統(tǒng)的氣孔運(yùn)動調(diào)節(jié)機(jī)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(xì)胞開閉調(diào)節(jié)機(jī)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(xiàn)】

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(yùn)動的分子機(jī)制[D];河南大學(xué);2016年

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本文編號：2655181