外源H₂O₂诱导野豌豆族植物初生根的水平弯曲研究

【作者】 蒋景龙； 王崇英； 李丽； 赵桦； 苏淼； 孙政玺；

【机构】 生物科学与工程学院； 陕西理工学院； 细胞活动与逆境适应教育部重点实验室,兰州大学；

【摘要】 H2O2作为一种信号分子在植物体内发挥了许多重要功能。最近,我们发现:外源施加H2O2处理萌发期野豌豆族(Vicia L.)植物种子能抑制初生根的向地性生长并诱导初生根在水平方向发生弯曲。本研究以野豌豆族代表植物山黧豆(Lathyrus sativus L.)为实验材料,采用H2O2组织染色、石蜡切片与高效液相色谱(HPLC)等各种技术手段对此现象进行了比较全面的研究,结果显示:1)这一现象仅仅在野豌豆族植物如兵豆属(Lens M.)、山黧豆属(LathyrusL.)、豌豆属(Pisum L.)、野豌豆属(Vicia L.)中发现,而在大豆、绿豆、玉米、水稻、小麦、拟南芥、烟草等植物中未发现,表明野豌豆族植物中可能存在某些特殊的生理机制,值得进一步研究。2)外源H2O2诱导初生根的弯曲作用在胚根突破种皮之前的时期最强。相反,胚根突破种皮后施加外源H2O2处理则不能诱导初生根水平弯曲。当外源H2O2去除以后,水平弯曲的初生根在48小时内均能恢复向地性生长。3)石蜡切片结果表明,水平弯曲的初生根在伸长区发生了不对称地细胞伸长,即弯曲根的外侧细胞长度明显大于内侧的细胞长度。4)外源H2O2处理降低了初生根内源的H2O2水平,提高了过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和过氧化物酶(POD)等H2O2清除酶的活性及抗坏血酸(ASC)的含量。5)外源施加吲哚-3-丁酸(IBA)、2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)和萘乙酸(NAA)能够完全抑制由外源H2O2引起的初生根弯曲,表明根的水平弯曲与生长素(IAA)水平有关。HPLC检测结果表明,外源H2O2处理导致了内源IAA水平的下降,这可能有利于IAA的不对称性分布的形成。6)同时施加H2O2和H2O2的清除剂二甲基硫脲(DMTU),发现初生根的弯曲可以被部分或完全抑制,但同时施加H2O2和细胞内H2O2的产生抑制剂二联苯碘(DPI)或吡啶,发现初生根仍然发生水平弯曲。这表明,初生根的水平弯曲是由外源H2O2的作用引起而不是根细胞内产生过多H2O2引起。7)H2O2组织定位结果表明,在对照组的初生根中,H2O2主要定位在中柱鞘、维管组织、皮层和表皮组织,而在H2O2处理组中,H2O2主要定位在皮层和表皮组织,并且处理组的表皮组织DAB染色比对照组深。这些结果表明,外源H2O2只进入到了根的表皮组织并没有进入到根的内部组织。这些研究揭示了外源H2O2与细胞内产生的H2O2、抗氧化系统、内源IAA之间的关系,对进一步阐明H2O2信号分子在植物生长发育中的作用机理及一些根的弯曲机制有着非常重要的意义。更多还原