植物中NO的研究进展
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河北科技师范学院学报 第22卷第3期,2008年9月Journal of Hebei Nor mal University of Science&Technol ogy Vol.22No.3Sep te mber2008一氧化氮在植物体内的生理作用研究进展(综述)齐 秀 东(河北科技师范学院继续教育学院,河北秦皇岛,066004)摘要:从一氧化氮在植物体内的生物合成,在植物体中的分布,对植物生长发育的作用以及与植物激素的关系等方面综述了一氧化氮在植物体内的生理作用研究进展,并对今后的研究方向进行了展望。
关键词:一氧化氮;植物;生理作用;研究进展中图分类号:Q945.3 文献标志码:A 文章编号:167227983(2008)0320017206一氧化氮(nitric oxide,NO)是一种广泛存在于生物体内的活性分子。
20世纪90年代,NO被确认参与调控动物的生理过程,曾经成为当时国际生物学和医学界的一项令人瞩目的发现。
此后,NO在植物体内生理作用的研究,越来越多地引起植物学界的重视。
但NO在植物上的研究与在动物上的研究相比差距很大,大多数领域的研究还处于起步阶段,很多问题诸如NO在植物生长发育中的作用,NO与植物的抗逆性以及NO与植物激素的关系等,都有待于进一步研究。
1 植物体内NO的生物合成植物体内的NO是一种具有水溶性和脂溶性的小分子,具有自由基性质,容易得到或失去一个电子,能以一氧化氮自由基(NO.)、亚硝基阳离子(NO+)和硝酰阴离子(NO-)三种形式存在。
不仅NO.具有生活活性,NO+和NO-也具有生物学效应[1]。
无论是在细胞的水溶性原生质还是在脂溶性的膜系统,NO都能扩散移动。
因此,NO一旦合成,就容易在细胞内和细胞间扩散,其作用范围主要是产生NO的细胞和邻近的细胞[2]。
有资料表明,在甘蔗、玉米、向日葵、油菜、云杉和烟草等许多植物中都检测到NO的存在[3]。
植物体内至少有三条途径产生NO,即硝酸还原酶(nitrate reductase, NR)途径、一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)途径和非酶促途径。
2021年第10期现代园艺一氧化氮对园艺植物的生理作用及其应用前景胡书明,吴春燕*,冉胜祥,王洪伟(吉林农业大学园艺学院,吉林长春130118)摘要:综述了植物NO的来源、NO对园艺植物的生理作用和外源NO对缓解蔬菜作物低温胁迫的研究,并对今后的研究利用外源NO气体缓解蔬菜作物冷害和冻害,提高蔬菜作物产量做出了展望。
关键词:外源NO;低温胁迫;抗逆性;园艺植物;缓解效应一氧化氮是一种气体小分子,在动植物体内常常作为信号分子参与到许多重要的生理过程中,广泛参与植物的生长发育、抗逆、信号转导及抗病防御反应等生理过程中。
近年来,由于分子生物学的发展,NO作为调节植物生命活动和信号转导的重要元素成为生物学领域的研究热点之一。
有研究表明,NO与园艺作物生长发育过程中的种子萌发、根系发育、气孔运动、果实的成熟等生理过程具有显著影响,以及在生理指标中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)的活性以及叶绿素[1]的合成也发挥着积极作用。
园艺作物在极端温度、盐害、干旱、重金属和弱光等非生物胁迫的作用下,NO作为作物体内的内源信号分子,进行调节与反馈,发挥着信号分子的作用。
1植物NO的来源NO在植物体内的合成是一个复杂的生理生化的变化。
植物体内NO的来源途径多样,目前已知的NO 在植物体内的合成途径主要包含酶促反应(enzymatic reaction)和非酶促反应(no-enzymatic reaction)2种途径,其中酶促反应途径主要包含一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)途径、硝酸还原酶(nitrate reductase,NR)途径,以及近年来发现的黄腺嘌呤氧化还原酶(XOR)途径和亚硝酸还原酶(NiR)途径。
由NOS介导的NO合成途径,最早在动物细胞内发现,近年来,在植物中也证实了NOS的存在,有研究发现,利用动物NOS 抑制剂能够显著抑制植物细胞质中的NO的产生[2]。
NO信号途径在植物生理过程中的作用氮氧化物(NO)信号途径是一种重要的信号途径,在植物生理过程中起着重要的作用。
NO信号途径可以参与调节植物生长和发育、环境适应性和植物互作等多个方面。
本文将介绍NO信号途径在植物生理过程中的作用。
1. NO信号途径在植物生长和发育中的作用NO运用肌动蛋白、酶、离子通道、蛋白激酶等多种机制参与植物生长和发育。
NO在调控植物芯片分化发育、坐果进程、生殖生长等范畴中发挥关键性作用。
方案表明NO信号途径参与了植物胚胎发育、生长、分化、形态建树、株高调理等多个生长调理进程。
2. NO信号途径在植物环境适应性中的作用植物在不同的环境压力下能够开展相应的适应性。
NO作为植物对外界压力适应机制之一的重要信号分子,参与了植物受胁迫压力的应答和适应。
近年来的研究表明,NO对植物耐盐、耐热等逆境压力的调节起着重要的作用。
NO参与了植物在不良环境中的胁迫应答和耐受力量增强,并且NO参与的调节进程涉及气孔运动、膜防御、激素代谢等。
例如,NO能够通过激发植物内源赤霉素含量以提升植物对干旱、盐碱、低温等多种环境胁迫的适应性。
3. NO信号途径在植物互作中的作用NO信号途径对植物互作有着重要的调节作用。
NO分别在植物之间的共生、拮抗、竞争的互作关系中发挥重要作用。
研究表明,NO在调控植物根际微生物活跃度和筛选优劣菌株的进程中发挥着重要的作用。
例如,NO能够调控植物根际微生物共生进程以增强植物对病害的防御。
结论:NO信号途径在植物生理过程中的作用十分重要,它可以参与调节植物生长和发育、环境适应性和植物互作等多个方面。
通过NO信号途径的研究,对于植物的生长机理和适应性改良都具有重大的研究价值。
浅谈一氧化氮及其应用前景作者:范为群来源:《硅谷》2009年第08期[摘要]一氧化氮(NO)是生物体内一种作用广泛而性质独特的信号分子,它不仅对动物的神经系统、循环系统、消化系统等有着重要的调节作用,而且也参与植物生长发育的许多过程,如种子萌发、下胚轴伸长、根生长、细胞凋亡以及植物抗逆反应等。
[关键词]一氧化氮(NO) 信使分子调节中图分类号:TQ17文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0420004-01一、NO的最初发现、制取及特性NO系无色有毒气体,由氮气和氧气在电火花或高温作用下形成,更便利的方法是由稀硝酸与铜或汞反应制取。
约在1620年,比利时科学家J.B.Van海尔蒙特首次制出一氧化氮。
1772年,英国化学家J.普利斯特利对其进行了研究,并称之为“亚硝气”。
一氧化氮在-151.8℃液化,-163.6℃固化。
固态和液态NO均为蓝色。
此气体几乎不溶于水。
一氧化氮是少数几个含有奇数电子的稳定化合物之一,它可获得或失去一个电子形成离子NO-或NO+,这些离子存在于亚硝酰基中,亚硝酰化合物有点类似于一氧化碳和过渡金属形成的羰基化合物。
工业上,NO的主要用途是制造硝酸。
二、NO的生物学特性一氧化氮具有易扩散、反应性强、性质活泼而很不稳定,生物半衰期很短(约2~3s)等特性,广泛存在于生物体内各组织器官,由血管内皮细胞产生并释放,参与机体内多种生理及病理过程。
在哺乳动物体内NO是由一氧化氮合酶(NOS)催化底物L-精氨酸(L-Arg)经还原型尼克酰胺腺苷二核苷酸磷酸(NADPH)还原而产生的。
神经Casino等用放射标记法进行光谱分析证实NO 的氮原子来于L-精氨酸,氧原子来源于氧气。
NO极不稳定,在有氧和水的环境中仅能存在6~10s,以后很快与亚铁血红素和-SH键结合而失活,其最终代谢产物为亚硝酸盐和硝酸盐[1]。
NO与受体结合后,作用于血管平滑肌细胞可溶性鸟苷酸环化酶,生成第二信使分子(cGMP),导致细胞内钙离子浓度下,从而使血管平滑肌松弛,血管扩张,血压下降。
植物中的NO信号通路与生理功能研究植物中的一氧化氮(NO)作为一种重要的信号分子,在植物生长发育以及逆境应答中扮演着重要角色。
近年来,越来越多的研究揭示了植物中NO信号通路的复杂性以及其在多种生理功能中的作用。
本文将对植物中的NO信号通路与生理功能进行探讨。
一、植物中NO的产生与清除机制1. NO的产生机制NO在植物细胞中主要由亚硝酸还原酶(NIR)、一氧化氮合酶(NOS)以及亚硝酸羟化酶(NiR)等酶类催化产生。
其中,NIR催化亚硝酸的还原反应生成NO,而NOS则专门负责在一氧化氮信号通路中产生NO。
2. NO的清除机制植物中NO的清除主要通过二氧化氮酶(NOD)和亚硝酸还原酶进行。
NOD可以将NO氧化为无害的亚硝酸,而亚硝酸还原酶则能够将亚硝酸还原为氮气,从而进一步降低NO对植物的负面影响。
二、植物中NO信号传递通路1. 受体介导的NO信号传递植物细胞膜上存在多种NO感受器,包括膜联蛋白、离子通道和受体蛋白等。
这些NO感受器能够与NO发生结合,从而引发一系列的信号传递过程,并影响下游的生理功能。
例如,NO可以通过活化离子通道,改变细胞内离子浓度,从而参与细胞的信号转导。
2. NO作为信号分子调控蛋白质磷酸化NO可以通过与一些蛋白质发生反应,引发蛋白质磷酸化信号传递过程。
这些磷酸化事件能够调节细胞内的一系列生理过程,如细胞分裂、凋亡和逆境应答等。
三、植物中NO的生理功能1. 生长发育调控NO在植物的生长发育中起着重要作用。
研究表明,NO对植物的种子萌发、根系生长以及膨大生长等过程具有调控作用。
例如,NO可以促进种子的萌发,并在侧根的形成过程中发挥重要作用。
2. 光合作用调控NO在植物光合作用调控中发挥重要作用。
研究表明,NO可以调节叶绿素合成和光合作用速率,并影响植物中光合产物的积累和分配。
此外,NO还能够调节植物中光合酶的活性,从而调节光合作用的效率。
3. 逆境胁迫响应NO在植物的逆境胁迫响应中具有调控作用。
《NO对盐碱胁迫下盐地碱蓬、灰绿藜种子萌发以及幼苗生长的影响》篇一一、引言盐碱胁迫是影响植物生长和分布的重要环境因素之一。
盐地碱蓬和灰绿藜作为典型的盐生植物,在盐碱土壤中具有独特的生存和生长策略。
近年来,一氧化氮(NO)作为一种重要的信号分子,在植物应对逆境胁迫中发挥了重要作用。
因此,本文旨在探讨NO对盐碱胁迫下盐地碱蓬、灰绿藜种子萌发及幼苗生长的影响。
二、材料与方法1. 实验材料实验选用的植物材料为盐地碱蓬和灰绿藜的种子。
NO供体选用亚硝酸钠(SNP)。
2. 实验方法(1)种子萌发实验:将盐地碱蓬和灰绿藜的种子分别置于含有不同浓度NaCl和NaHCO3的MS培养基中,分别添加不同浓度的SNP,观察种子的萌发情况。
(2)幼苗生长实验:将萌发的幼苗转移至含有相同盐碱胁迫条件下的土壤中,继续添加SNP,观察幼苗的生长情况。
(3)生理指标测定:测定各处理组幼苗的叶绿素含量、MDA含量等生理指标。
三、结果与分析1. 对种子萌发的影响(1)盐地碱蓬在盐碱胁迫下,随着NaCl和NaHCO3浓度的增加,盐地碱蓬种子的萌发率逐渐降低。
然而,添加SNP后,萌发率得到显著提高。
其中,适宜浓度的SNP(如10-5M)对提高萌发率效果最佳。
(2)灰绿藜灰绿藜在盐碱胁迫下的反应与盐地碱蓬相似。
SNP的添加同样能够提高灰绿藜种子的萌发率。
这表明NO在缓解盐碱胁迫对两种植物种子萌发的抑制作用中发挥了重要作用。
2. 对幼苗生长的影响(1)盐地碱蓬适宜浓度的SNP能够显著促进盐地碱蓬幼苗的生长,提高株高、生物量等指标。
在高盐碱胁迫下,这种促进作用更为明显。
(2)灰绿藜与盐地碱蓬相似,SNP的添加也显著促进了灰绿藜幼苗的生长。
这表明NO在促进植物抵抗盐碱胁迫、维持正常生长中发挥了重要作用。
3. 生理指标分析(1)叶绿素含量:SNP的添加能够提高两种植物幼苗的叶绿素含量,有助于增强植物的光合作用能力。
(2)MDA含量:盐碱胁迫会导致植物体内产生过量的活性氧,导致膜脂过氧化,MDA含量升高。
一氧化氮在植物响应重金属胁迫中的作用蔡海林;李帆;曾维爱;杨红武;唐仲【摘要】一氧化氮(Nitric oxide,NO)是一种具有扩散性的气体分子,在哺乳动物中被鉴定为血管内皮细胞舒张因子,是一种有效的内源性血管舒张药.植物也具有合成和释放NO的能力,NO在植物中参与多种生理过程和胁迫响应.因此,NO被认为是植物及动物体内重要的气体信号分子.近年来,由于各种人类活动的影响导致重金属对农业生态环境造成了越来越严重的污染,威胁农作物生产与食品安全.尽管重金属影响植物生长发育的机制并不完全清楚,但越来越多的证据显示NO是植物体内响应重金属胁迫的重要成分之一.就目前重金属胁迫对植物内源NO的代谢以及外源NO对植物重金属毒害的影响的研究进展进行了综述.【期刊名称】《湖北农业科学》【年(卷),期】2016(000)013【总页数】7页(P3269-3275)【关键词】重金属;一氧化氮;胁迫机制;植物【作者】蔡海林;李帆;曾维爱;杨红武;唐仲【作者单位】湖南省烟草公司长沙市公司,长沙410011;湖南省烟草公司长沙市公司,长沙410011;湖南省烟草公司长沙市公司,长沙410011;湖南省烟草公司长沙市公司,长沙410011;南京农业大学,南京210095【正文语种】中文【中图分类】S311;X71近年来,随着工业化、城镇化的快速发展,重金属污染问题日益突出。
根据国土资源部的调查结果,中国受重金属污染的耕地已达2×107hm2,受重金属污染的粮食每年多达1 200万t,部分受污染的粮食流入市场,严重影响农产品质量安全。
因为重金属不能像有机污染物一样被微生物降解或转化,土壤一旦被重金属污染,则往往很难被修复。
土壤中重金属通过食物链的生物富集作用严重威胁人类的身体健康[1]。
尽管重金属对植物毒害的机制并不完全清楚,但越来越多的证据表明氧化胁迫损伤是植物重金属毒害的重要表型之一[2]。
已有很多研究证明重金属可以通过改变植物体内抗氧化酶的活性或含量来导致氧化胁迫的产生[1]。
氧化应激过程中NO信号在植物中的调控作用植物是生命界中最不可或缺的一部分,不仅为环境提供氧气,还为人类提供食物和药物。
然而植物生长过程中,会受到各种环境因素的影响,如干旱、寒冷、盐碱等,这些环境因素会导致植物的生长发育和代谢过程出现异常,形成一种氧化应激的状态。
氧化应激是指在植物中,由于各种因素的影响,会导致细胞内氧离子超氧阴离子、羟基自由基等自由基产生过多,从而引起细胞内物质的异常代谢和细胞的死亡等现象,影响植物的正常生长发育。
而NO信号作为重要的内源性信号,能够调节拮抗氧化应激过程,促进植物的生长和发育。
NO信号在氧化应激过程中的生成和调节NO是一种无色、有毒的气体,在植物中经由NO合酶或NO合成酶催化亚硝酸盐和三价铜等物质反应生成,也可从亚硝酸和硝酸盐分离出来。
NO在氧化应激中发挥的作用主要是通过调节过氧化氢酶(H2O2)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(CAT)等活性氧系统的平衡,减少有害自由基对细胞生长的影响。
此外,NO信号还可以调节植物内源素和激素的合成、分泌和代谢等生理过程,从而促进植物的生长和发育。
当植物遭受到氧化应激,可以通过NO信号的作用促进抗氧化酶和低分子物质的生成,来应对氧化应激所带来的损伤。
同时,NO信号还可以促进植物细胞壁的松弛和伸长,使植物生长更加健壮。
NO信号在调节植物的生长发育中的作用NO信号在植物的生长发育过程中也起到非常重要的调节作用。
在种子萌发过程中,NO信号对幼嫩胚芽的分化和植物器官的发育起到促进的作用。
在植物生长的过程中,NO信号还可以通过对植物气孔和光合作用过程的调节来促进植物的生长发育。
通过调节植物的生长素和激素的合成和代谢,NO信号还可以使植物的叶面积和根系增加,从而提高植物的光合作用和吸收养分的能力,使植物更加健康。
总之,NO信号是一种内源性不可或缺的信号,在调节植物的生长发育和应对环境压力等方面起到重要作用。
氧化应激过程中,人们通过对NO信号的研究,不仅可以更好地了解植物的生长发育过程,还可以为植物产业的发展提供更多的支持和依据。
植物中一氧化氮信号通路的研究及其生理效应一氧化氮(Nitric Oxide, NO)是一种极为重要的生物信号分子,在哺乳动物中广泛参与调节心血管、神经、免疫系统等多种生理过程。
而在植物中,NO同样发挥着重要的调节作用。
然而,植物中NO的生物学特性以及信号传递机制却长期未被认识,直至1994年才有研究者发现拟南芥中分泌NO可能有重要的生理作用,从而引发了植物中NO信号通路的研究。
本文将对植物中NO信号通路的研究进展以及其生理效应进行探讨。
一、植物NO生物学特性NO是一种无色、无味且高度活性的气体分子,能够参与多种代谢过程。
在植物中NO不仅能参与花、果实、种子等器官的发育和营养物质的转运,同时还能调节植物受逆境胁迫的响应。
此外,NO还通过与其他生物分子的相互作用产生一系列生物效应。
植物中NO的主要生成途径为硝酸还原酶(Nitrate reductase, NR)和一氧化氮合酶(NO synthase, NOS)的催化作用。
植物细胞内NO水平的调控主要通过氧化/还原反应进行,包括NO被过氧化物酶(Superoxide dismutase, SOD)催化为亚硝酸盐并通过NO还原酶(Nitrite reductase , NiR)生成NO,或者NO与其他生物大分子如蛋白质、卡路里等发生反应。
植物还能产生NO的前体分子S-亚硝基谷氨酸(S-nitrosoglutathione, GSNO),该分子在NO信号通路中也扮演着关键的角色。
二、植物NO信号通路植物中NO的信号传递机制主要是通过与蛋白质的互作用实现的。
如NO能与一些蛋白质如细胞色素P450,线粒体复合物Ⅳ(Cyt C Ox)和铁硫蛋白等直接结合,并进而调节这些蛋白质功能。
同时NO还能与天冬氨酸-丝氨酸蛋白激酶(Asp/Hiskinase, AHK)和cGMP水解酶(PDE)等酶分子结合,调控这些酶的活性,从而参与植物的生长和发育过程。
值得一提的是,NO还能与S-亚硝基化作用相关蛋白(S-Nitrosylation, SNO蛋白)结合,如一些转录因子和信号传导分子,实现对基因表达调控等多个生物学功能。
植物氮素利用效率的研究进展氮素是植物生长中的必需元素之一,而植物的氮素利用效率会直接影响植物生长发育和农业生产。
因此,对于氮素利用效率的研究一直是植物生长领域的热点之一,今天我们就来谈一谈植物氮素利用效率的研究进展。
一、植物对于氮素的吸收和利用植物对于氮素需要通过根系吸收,一般来说,被吸收的氮素有两种形式:一种是无机氮素,如硝酸盐(NO3-)和铵盐(NH4+),另一种是有机氮素,如氨基酸和蛋白质。
吸收后的氮素将会进入植物体内进行利用。
植物内部的氮素转运过程主要是由nrt1.1、nrt2.1、nrt2.2等基因编码的氮素转运蛋白进行调节。
二、植物氮素利用效率的调控机制植物的氮素利用效率受到多种因素的影响,在这其中,植物生理性状对氮素吸收、转运和利用的影响是最为重要的。
近来,一些研究表明,调节植物氮素利用效率的物质主要包括:激素、信号传递分子、转录因子等。
1. 激素调节激素的调节作用对于植物的氮素利用效率非常重要。
比如,生长素和赤霉素可以促进植物对氮素的吸收,而赤霉素还会作用于NRT1.1和NRT2.1等基因,从而促进植物对氮素的转运。
2. 信号分子调节在植物体内,一些信号分子也能够调节植物对氮素的吸收和利用。
例如,在有机酸泵抑制素(OGDs)和一氧化氮(NO)的作用下,植物根部会释放出有机酸和NO分子,从而提高植物对于氮素的吸收能力。
3. 转录因子调节转录因子是指能够影响植物基因表达的蛋白质家族。
在植物对于氮素的利用过程中,转录因子也会扮演一个重要的角色。
例如,植物体内的MYB、WRKY和NAC等转录因子家族均能够协调植物自身对于氮素的吸收和利用,从而提高植物的氮素利用效率。
三、植物氮素利用效率的提高途径在应对氮素资源缺乏等情况下,提高植物的氮素利用效率也是农业生产过程中一个非常重要的问题。
那么,有哪些途径能够提高植物的氮素利用效率呢?1. 穴盘法耕作穴盘法耕作又称作净化机耕作,该法耕作具有良好的保水性和保肥性,相比于传统溅水法耕作,穴盘法耕作不仅能够降低氮素和钾素的损失率,同时也能够提高氮素利用效率。
一氧化氮(NO)在园产品保鲜中的生理作用【摘要】综述了一氧化氮(NO)在园产品保鲜中的生理作用,并对其可能机理进行了探讨。
【关键词】NO 园产品保鲜机理NO是植物体中普遍存在的关键信号分子, 参与植物的多种生理过程。
关于NO在植物细胞信号转导和抗逆应答中的作用已经有了较多的研究,其在园产品保鲜中的作用也陆续展开研究。
Leshem等人通过对多种跃变型及非跃变型果实、蔬菜和花卉的实验研究,发现将这些植物进行NO处理,它们的成熟衰老进程则会明显推迟。
因此,一氧化氮对园产品的保鲜具有一定作用。
本文就这方面的研究进展进行了论述。
1.NO对园产品品质的影响研究表明在维持园产品品质方面,NO具有延长贮藏期、延缓硬度下降、保持营养品质和外观品质等多方面的作用。
丹阳等用20μL?L-1的NO气体熏蒸处理番茄果实1h、1.5h 和2h,有效地控制了采后质量损失,贮藏至第22d果实仍为鲜红色,维持较好的外观。
1.5h和2h的NO处理组自贮藏第6天至第14天果肉硬度显著高于对照组。
1h、1.5h和2h的处理组可溶性固形物峰值出现的时间有所推迟,含量显著提高。
Leshem等的研究表明,NO处理可以有效延长草莓、青花菜、黄瓜、猕猴桃和蘑菇的贮藏期,使这些产品的货架期平均延长117%。
NO的生理作用表现出明显的浓度效应。
朱树华等研究发现草莓果实腐烂指数与硝普钠(SNP)的处理浓度有关。
低浓度(1μmol?L -1 ) 处理的腐烂指数和腐烂率与对照差别不明显。
5μmol?L -1的处理显著延缓了草莓腐烂, 并减少了腐烂率,高浓度(10μmol?L -1 ) 处理可能对草莓果实有部分伤害作用。
2.NO对园产品呼吸速率和乙烯释放的影响呼吸速率和乙烯释放是植物采后贮藏中两个重要的生理过程。
程顺昌等的研究发现,1.0μmol?L-1NO熏蒸处理2h 在整个贮藏过程中可以极显著地抑制辣椒的呼吸速率。
朱树华等的研究表明,5 μmol?L-1 SNP 释放NO 可以抑制草莓果实乙烯的产生和呼吸强度,延缓乙烯产生和呼吸高峰的出现。
NO信号分子及其在植物抗病反应中的作用研究综述植物与病原体的相互作用一直是植物学领域的研究热点之一。
为了抵御病原体的侵害,植物拥有多种抗病机制,其中包括非特异性防御和特异性免疫。
在这些抗病机制中,氮氧合成酶(NOS)介导的一氧化氮(NO)信号分子在植物的抗病过程中扮演着重要的角色。
本文将对NO信号分子及其在植物抗病反应中的作用进行综述。
一、NO信号分子的合成和调控NO是一种无色气体,具有高度活性。
在植物中,NO可以通过多种途径合成,包括通过一氧化氮合酶(NOS)的催化反应、还原型硝酸酶和过氧化物酶的催化反应等。
这些途径使得植物可以根据需要合成和调控NO的水平,以适应外界环境的变化。
NO的合成和调控受到多种内外因素的影响。
病原体侵染、植物内源激素和环境胁迫等都可以诱导NO的合成。
NO的生物合成和降解过程也受到多种调控因子的调控,包括钙离子、氧化还原状态和信号传导等。
这些调控因子使得NO的水平可以被精确地调控,以适应植物的生长发育和抗病过程中的需求。
二、NO信号分子在植物抗病反应中的作用NO信号分子在植物抗病反应中发挥着重要的作用。
研究表明,NO可以通过多种途径参与植物的抗病过程,包括调节植物的非特异性防御和特异性免疫等。
1. 调节植物的非特异性防御NO可以通过调节植物的非特异性防御来增强植物对病原体的抵抗能力。
研究表明,NO 可以通过调节植物的抗氧化系统、增强细胞壁的抗性和调节植物的信号转导等途径来增强植物的抗病能力。
NO还可以通过调节植物的系统抗性来抑制病原体的侵染和扩散,从而减轻病害的发生和发展。
1. 病原体类型和数量病原体的类型和数量是影响NO信号分子在植物抗病反应中作用的重要因素。
研究表明,不同类型和数量的病原体对植物产生不同程度的NO反应,从而影响植物的抗病能力。
四、总结与展望综合以上所述,NO信号分子在植物抗病反应中发挥着重要的作用。
目前对于NO在植物抗病反应中的作用机制、调控和信号传导途径仍存在许多未知之处,需要进一步的深入研究。
分子植物育种(网络版), 2011年, 第9卷, 第1456-1465页 Fenzi Zhiwu Yuzhong (Online), 2011, Vol.9, 1456-1465 http://mpb. 评述与展望Reviews and Progress植物中NO 的研究进展陈平波1,2, 李霞1, 夏凯21.江苏省农业科学院粮食作物研究所, 江苏省优质水稻工程技术研究中心, 南京, 2100142.南京农业大学生命科学学院,南京, 210095 通讯作者:jspplx@ 作者分子植物育种, 2011年, 第9卷, 第62篇 doi: 10.5376/.2011.09.0062收稿日期:2011年03月12日 接受日期:2011年04月28日 发表日期:2011年05月18日这是一篇采用Creative Commons Attribution License 进行授权的开放取阅论文。
只要对本原作有恰当的引用, 版权所有人允许并同意第三方无条件的使用与传播。
引用格式:陈平波等, 2011, 植物中NO 的研究进展, 分子植物育种 V ol.9 No.62 (doi: 10.5376/.2011.09.0062)摘 要 NO 是一个重要的信号分子作用在许多组织中调节不同的生理过程。
自20世纪80年代,在植物中发现一氧化氮(nitric oxide, NO),这种气体化合物,已成为一个重要信号分子参与多种生理功能。
尤其是近年来,越来越多的研究表明:NO 是植物中关键的信号分子,参与各种生长发育和逆境的响应。
为了对植物体内的NO 生理功能的阐明提供新的新思路和线索,本文综述了NO 的合成,包括植物中NO 的生化合成和去除途径、它在生长、发育以及信号转导途径中的作用以及与ROS 的关系等方面内容,并对NO 信号与Ca 2+、cGMP 、蛋白激酶及细胞程序性死亡间作用也做了讨论,最后对植物中NO 的研究做了简要的分析和展望,期望对利用NO 提高植物抗逆性提供理论基础。
关键词 NO; NO 合酶; 硝酸还原酶; cGMP; 信号转导Research of Nitric Oxide in PlantsChen Pingbo 1,2, Li Xia 1, Xia Kai 21. Institute of Food Crops, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Jiangsu High Quality Rice R&D Center, Nanjing Branch of China National Center for Rice Improvement, Nanjing, 210014, P.R. China2. College of Life Science, Nanjing Agricultural University, Nanjing, 210095, P.R. China Corresponding author, jspplx@;AuthorsAbstract Nitric oxide (NO) is an important molecule that acts in many tissues to regulate a diverse range of physiologicalprocesses. Since the discovery of NO emission by plants in the 1970s, this gaseous compound has emerged as a major signalling molecule involved in multiple physiological functions. Especially, recent increased researches exhibited that the molecule plays as a key-signalling molecule involving in various responses of growth and stress in plants. In order to provide new ideas and new clues for clarify the physiological functions of NO, this article reviewed the recent advances such as NO synthesis including the biochemical synthesis ,removal pathway ,physiological functions ,signal transduction and the relationship with the ROS and so on. Besides, NO signalling relation with Ca 2+, cGMP, protein kinases and programmed cell death were also discussed. Finally, we made a brief analysis and prospected on the research of NO in plants and expect to provide a theoretical basis on NO application for improving the stress tolerance of the plant.Keywords Nitric Oxide; Nitric Oxide Synthase; Nitrate Reductase; cGMP; Signal transduction研究背景一氧化氮(nitric oxide, NO)在植物的许多组织生理过程中是一个重要的信号分子(Palavan-Unsal and Arisan, 2009)。
长期以来,NO 都被认为是一种大气污染物,直到20世纪80年代美国药理学家Furchgott 等发现血管内皮细胞在乙酰胆碱等作用下产生了一种新型血管内皮细胞松弛因子(endothelium-derived relaxing factor, EDRF)以来用的研究得到了快速的发展。
其中,1992年NO 被Science 杂志评选为“年度分子”;1998年,Furchgott 、Ignarro 和Murad 3位科学家由于发现了NO 的生物合成和作用机制的研究工作而获得诺贝尔生理学或医学奖,均显示了NO 在生命过程中的非凡意义。
在动物中与NO 牵连的包括神经传递,血管平滑肌松弛,免疫防御、细胞凋亡等多种生物学过程(Moncada et al., 1991; Jaffrey and Synder, 1995;1998; Ignarro, 2000)。
而植物NO研究工作则相对滞后。
大约在20世纪初、中期,NO就被发现具有类似植物激素的作用,但由于当时人们的知识水平和技术手段的限制,植物NO的生理功能并未得到深入研究和阐释。
1998年,意大利Delledonne发现NO 作为信号分子参与植物抗病反应,开拓了植物NO 研究的新领域。
此后,植物NO研究成果如雨后春笋般地大量涌现,例如在植物的防御反应中NO调节防卫基因与活性氧(ROS)的相互作用,从而产生细胞死亡,以抵御病原体的攻击(Klessig et al., 2000; Wende-henne et al., 2001; Neillet et al., 2003; Romero-Puertas and Delledonne, 2003)。
本文重点讨论植物中NO的不同来源、合成及清除机制、生理功能以及与信号分子互作的信号传导途径研究进展。
一方面为深入了解NO在信号传导途径的作用提供新线索,另一方面为利用NO、NO合成酶类,以及通过基因修饰手段适当提高作物内源NO含量或维持稳态等植物生长调节剂的研制,进而应用于提高作物抗逆等农业生产方面,都具有重要的实践意义。
1植物体内NO的合成和清除机制1.1植物体内NO的合成1.1.1 L-精氨酸途径在动物系统中,NO主要通过NO合成酶(nitric oxide synthases, NOS)催化精氨酸产生。
含有三种编码一氧化氮合酶分别是内皮型NOS (eNOS)、神经元NOS (nNOS)和诱导型NOS (iNOS)。
除了NOS产生NO外,动物中的黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase, XO)也可以产生NO,主要表现在XO可以通过催化还原硝酸、亚硝酸以及有机硝酸产生NO (Li et al., 2008)。
在植物和真菌的实验中,Ninnemann and Maier首次提出植物中也有NOS活性(Ninnemann and Maier, 1996),和动物体系一样,植物也可以产生NO,并存在类似的合成途径,在植物组织和各种细胞器如细胞核、线粒体和过氧化物酶体中都检测到NOS活性(Corpas et al., 2006),此外有研究表明,多胺中的精胺和亚精胺也可以刺激拟南芥幼苗不同组织快速合成NO (Tun et al., 2006),因此推测在植物中还可能存在尚未发现的酶类能将多胺直接转化为NO (Yamasaki and Cohen, 2006)。
尽管在拟南芥中克隆到AtNOS1基因(Guo et al., 2003),该基因编码的蛋白与蜗牛中参与NO合成的蛋白有相似序列,但这一蛋白与典型的动物NOSs在结构上没有相似性。
最近实验发现在海洋生物中Ostreococcus tauri中蛋白和人类中的NOS有45%的相似序列,其结构模型与动物的反应区域高度相似,NO在海洋生态系统中也发挥重要的作用(Eckardt, 2010)。
但是植物中产生NO的机理和途径与动物体系相比要复杂的多。
Guo等2003年的研究还发现,在大肠杆菌中表达AtNOS1或其蜗牛中同源蛋白,可使依赖L-Arg途径的NO合成增加,过表达AtNOS1的拟南芥转基因植株叶片提取物中NOS的活性较野生型的高,同时在AtNOS1突变的植株中仅检测到少量的NO,这些结果暗示AtNOS1与蜗牛中的同源蛋白可能属于另一类新的NOS。
进一步的研究发现,AtNOS1并不具有NOS活性,AtNOS1又被重新命名为AtNOA1 (NO associated 1) (Zemojtel et al., 2006; Crawford et al., 2006),它实际上编码的是一个质体GTPase,该蛋白可能是核糖体发挥正常功能所必需的,由于其在代谢GTP时会消耗H2O2,而后者可以清除NO,因此当AtNOS1缺失时,由于H2O2积累从而导致NO 下调的假象(Moreau et al., 2008; Gas et al., 2009),因此,今后从植物中仔细探查和鉴定出真正的NOS蛋白以及编码基因,才能为L-Arg依赖的植物NO合成途径提供强有力的直接证据。