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利用Plantarray高通量植物生理表型平台研究细胞分裂素活性

发布时间:2022-05-13 点击量:89

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Cytokinin activity increases stomatal density and transpiration rate in tomato

细胞分裂素活性增加番茄的气孔密度和蒸腾速率

以前关于细胞分裂素(CK)和干旱的研究表明,细胞分裂素对植物适应限制性条件有积极和消极的影响。本研究探讨了CK对番茄(Solanum lycopersicum)植物蒸腾、气孔活动和干旱反应的影响。在干旱条件下,过度表达拟南芥CK降解酶CK氧化酶/脱氢酶3(CKX3)的转基因番茄植株由于全株蒸腾作用降低而保持较高的叶片水分状况。蒸腾作用降低的原因可能是叶片面积减小,气孔密度降低。与野生型植物相比,CKX3过表达植物的扁平细胞更少、更大,每叶面积气孔更少。此外,与未经处理的叶片相比,经CK处理的野生型叶片表现出更强的蒸腾作用,具有更多的扁平细胞和增加的每叶面积气孔数。CK水平的调控不影响气孔运动或脱落酸诱导的气孔关闭。此外,我们发现气孔孔径与保卫细胞中CK诱导的启动子双组分信号传感器(TCS)的活性没有相关性。先前的研究表明,干旱降低了CK水平,我们认为这是一种适应缺水的机制:降低的CK水平抑制生长并降低气孔密度,两者都降低了蒸腾作用,从而提高了对长期干旱条件的耐受性。

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图1.AtCKX3 过表达减少了番茄在灌溉和干旱胁迫下的整株蒸腾作用

在正常灌溉条件下,35S>>CKX3 植株的每日蒸腾速率显著低于 M82 植株的测量值(图 1A)。然而,CKs 内源性水平的降低并未影响每日蒸腾速率的模式,这表明二者气孔运动的模式近似(图 1B)。停止灌溉5天后,M82植株的VWC达到33%,同时35S>>CKX3植株达到57%(图1D)。在此时间点对照植株萎蔫,而 35S>>CKX3 植株保持高的 RWC 并完全膨胀(图 2)。转基因植株在整个干旱处理期间保持较低且稳定的蒸腾速率(图 1C),仅在干旱7天后VWC达到30%。因此,35S>>CKX3 植株中蒸腾作用的减少导致土壤中可用水的利用速率减慢。35S>>CKX3 植株的生长迟缓可能是整个植物蒸腾量较低的主要原因。尽管如此,即使将每日蒸腾速率标准化为叶面积以消除植物大小的影响,仍然发现 35S>>CKX3 植株的蒸腾作用显着降低(图 1A)。

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图2. 在番茄M82植株上施用细胞分裂素6-苄基氨基嘌呤(BA)可提高植株蒸腾速率和气孔密度

番茄M82植株(8周)用合成的CK BA连续处理7天。最后一次BA处理后三天,使用蒸渗仪测量每日蒸腾作用。经过处理的植株在蒸腾速率和gs方面表现出小而显著的增加(图2A,B)。气孔导度的日常模式不受影响(图2B),这表明 BA处理对气孔运动没有影响。对取自幼叶背面表皮印记的显微分析表明,CK处理对气孔孔径没有影响(图2C、D)。该分析还表明,CK增加了气孔密度(图2C、E)。尽管在给定的叶面积中发现更多和更小的扁平细胞和更多的气孔,但二者之间的比率不受BA处理的影响(图2F),表明BA对气孔没有影响。这些结果表明BA通过促进表皮细胞分裂来增加气孔密度。虽然CK处理增加了每片叶面积的细胞总数并减少了扁平细胞的大小,但它对保卫细胞的大小没有影响(图 2C)。由于BA处理对叶片大小或总叶面积没有影响,较高的气孔密度应增加每株植物的气孔总数。综上所述,这些结果表明CK通过增强表皮细胞分裂来促进整株植物的蒸腾作用,从而增加气孔总数。与CKX3过表达的强烈影响相比,CK对蒸腾作用的影响相对较小(图2A、B),这是因为在该实验中只有少量叶子暴露于BA处理,而它们在仍处于细胞分裂阶段。

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