洛阳农专学报153)5155,1995Jo叼Lrnalfo切仍raJ咚AgrCiul奴甘alQ沮ege活性氧在植物抗侵染中的作用N肠皿c,Mhedy这篇综述,首先描述了植物一病原物相互作用的氧化碎发;其次,旨在弄清活性氧形成的调节和参与活性氧形成的化合物特性方面目前的突出进展.再次,讨论活性载又妇允房性的可能功能,使读者能够回顾这个课题的以往论述(义必幽细闭,1991)。l氧化碎发中的活性氧活性氧一般是植物细胞叶绿体、线粒体和其它细胞空间,所含有的权化酶在载化还原过程中,由低水平电子传递而产生的.氧化碎发期中,分子载首先单电子还原形成超暇离子(叮),而后,水溶液中的。矛自发歧化形成氏02。反应如下:2仇一十ZH+,几口:+口:(l)一于叹厂户卜研在酸性声下,反应建率较高.例如,在:才细胞壁中0犷的丰衰期<1分钟(A山tb云l如d,1991.)此反应也可以为细胞质、叶绿体、宙也能作为还原荆作用子变价金属元素片粒体产生的超氧化物歧化如骊“,Pse+和。+2.碑化七跳如血!`拼物:即使这些金属允索的蛋白质复合物成低摩尔浓度的整合物也能被还厚.金凤示亥述原的重姿结果之`是引起依被子HA的笔笔基(伪)形成,例如:方+Fe抖”口:十几卜(2)几纤+H几抖+口万`+OH(3)铁的还原作用显示在芳程〔)3中.两,因为,尹的细胞内产生份和:,Ho是造成在大分子变性和细胞损伤的主要如原活性氧.oH恤其结和在弓!发脂肪过氧化,醉活性丧失助,核酸降解一系列连锁反应`箱比之下,氏仇和叮是较弱的载化射.然而,叮可棋和铁硫蛋白(含氏,s`塞团)或亚铁血红素反应、H云o:能作用于琉甚蛋白或谷脱甘脸(。s“)(”知盼加州薄,、一9187),一一2植物抗侵染防御期内活性氧的产生病原真菌最早观察植物一病原物相互作用中活性氧的的形成,是在研究马铃奢晚疫病菌(hPy-oPt址ho坛铃薯块茎币发现的<伪,918翻),乃活`观察到,接种生理小种,发生过敏反就的咖`)生理小种侵染马。。成熟薯块浸出液内细胞色素c和(Nl如的还原提高.浸出液中含有超载化物歧化酶时,则抑制这种还原作用姗.这是指咖示其它生理小种译染不诱发过程敏反应的对照宙存在的典型试验.,细胞色素c的还原没有提高.蜘伞~)这个发收稿日期:95一05一205洛阳农专学报现使人联想到矛可能是寄主细胞过敏反应中产生的。番茄和黑霉病菌c山哭uiu’)专化小种相互m作用中和过敏反应密切连系的活性氧产生情况类似e份压e呱等,1929)。在同一品种细胞悬浮培养中发现,表现过敏反应的叶片质外流(细胞外)在2分钟内激发活性氧的产生,然而来自非染病植株或未污发过敏反应的感病植株叶片质外流活性氧水平很低。在三之个研究中,培养介质活性氧水平测定采用鲁米诺化学发光I(1一由pe川。!:山。。iulm翻沼。、、。)方法拉验。在1几。2存在下各米诺被箱养介质中的过氧化物醉氧化一;在发射光下,不稳定的衍生物又返回到基态(Kepplre等,19)。非品种专化性的非专化真菌激发子也诱发氧化碎发。用两种非专化激发子处理大豆细胞悬浮液在1一2分钟内产生活性氧(人卜鸿tol等,91)。培养介质中的活性氧通过过氧化物酶指示荆(一种暂时膜发光染料一毗喃)氧化成不发光化合物,以指示其存在。非专化毅发子蒸震霎霭细`’一通过化学发光法”`显示能迅速产’括性`(一植物细胞和病城细菌专化小种相互作用中的活性氧也有报道一.感染野火病一卜仍劝u-domo川”,叮沁,岭vP`打娜,e)的烟草伴随过敏反应的出现,仇一产生增多和膜脂过氧化(,)`对照是失去诱发过敏反应的突变型(P妙加g助vPp加”iou述变~等19化.采用化学发光法检测的结果,所有细菌(.Prys恤,e)处理的烟草细跑嘛),不发生上悬浮液,在开始兹薰薰薰戴黔麟戳翼黛产生哈品蛋白的E.扭mylovaor处理2小时后,诱发烟草细胞悬浮液活性氧提高,不产生哈品蛋白的E脚ylo,~突变型不能诱发活性氧提高佃渡kdr等1993).此外,加入Es~,~伽,于细胞自由空间使哈品蛋白基因表达5一1。分钟内活性氧水平提高病毒在烟草和烟草花叶病毒(勺Mv)相互作用的研究中,应用细胞色素C还原法发现,引起过敏反应的叶圆片内存在少(1988),而非感染或系统侵染的对照叶圆片内。:很低。用NTB被活性氧还原产生蓝色化~。H如址,合物,测定活性氧产生的化学发光方法分析指出,饵的产生活性随坏死点的出现、扩展而显现、3抗侵染反应中活性氧产生和转化的分子机理当前最迫切的是对氧化碎发酶响应的识别和酶反应包含的分子组分的鉴定.图1描绘了过敏反应中引起细胞外活性氧产生可能途径的作用模型.这个模型是明显适用的.然而必须强调,在信息传递途径中各种组分及其定位还有待进一步阐明。、JL种已知的连结植物和真菌细胞壁衍生物的激券子受体都局限在植物原生质膜上如大豆细胞壁衍生的多聚丰乳糖醛酸和寡声纽胞壁衍生的糖蛋白制剂所激发的氧化碎发(A-侧招tOI等,19),它的受体就发现在原生质膜上(oHrn等,19)。其它真菌或植物细胞壁引发氧化粹发的碳水化合物或糖蛋白受体束缚在质膜上也是清楚的。激发子受体和变温GTP期汤止申等译活往氧在植物抗侵采今的作儿连结或同一蛋白结合作为哺乳动韧厂泛多样的跨膜受体是巳经知道的。在大豆细胞培养中发现,不论擞发子是否存在,同。一蛋白结合的已知制剂,都显示出促进活性氧的产生(L必翎-d,等,1”幻.几种植物活往氧的产生,都依赖于细胞内(滋,+增加和蛋白激酶的活性.介质。纤释放,降低真菌激发子诱发活性氧的产生(hs哪ackt和”以g。,1992),烟草使用瓜舒通道阻塞剂加3十抑制细菌激发子诱发活性氧的产生。口k二等,9193)。云杉和烟草培养中,蛋白质激酶抑制剂一星状抱子素S(taur佣pori力。)和K252a,分别抑制激发子诱发活性氧的增加(SChwackt和aH,r,9192;刀赶ker等,1乳3).和己有资料一致的合理途径是,激发子受体和-G蛋白相偶联,引起ca+2流,而后aC流活化aC歼蛋白激酶,最终产生浑氧化酶(图l二。病瓜体勺映口盆过城化化!图1活性氧(AoS)在植物抗侵染中的作用一人os的产生及其作用模型图中说明各种组分的分布和次序.激发子受体和活性氧的通路相结连;由于。通道开启,细胞内ca+2提高,质膜上NAD()PH教化醉通过碑酸化作用使蛋白徽醉活化,发子受体通过不明的机制激发同膜结合的膜脂氢过氧化物酶合成。犷自动歧一方面激0于;化为HZOZ并通过质膜,0犷和H刃:杀死病原体;H刃:也参与与细胞壁交联的蛋白质载化,并调节寄主基因表达。至今,只有在细胞或粗膜制剂上得到催化0犷形成的特征性氧化醉。成热马铃薯块茎薄片微膜制剂内的NADPH氧化酶参与。矛的形成。薯块微膜内这种作用的提高在P加迁肠-娜和激发子处理的原生质体内引发过敏反应(Deko”仑肠,Dok七,1988).虽然含有NADpH氧化酶的专性膜系统还不明确,但是存在于细胞质膜内,或由子。犷释放(o犷微弱地穿膜扩散)在细胞外和细胞质膜外表面连结的氧化酶是清楚的。感染烟草花叶病的叶片微膜内的NADPH氧化攀依赖于伪升(Dko。和osahhi,198)8.和植物氧化碎发相连系的NADHP氧化酶与哺乳动物吞嗽细胞响应。牙产生有关的多亚荃NADpH载化酶的结构相同(M。代l等,199文),哺乳动物体内的细胞质蛋白,包括磷酸化蛋白P`,,必须同膜结合的细胞色素C连结才能形成活化的N人DDp氧化酶.这个模型的基本特征如图1所示。吞噬细胞载化碎发途径一般包括G一蛋白的活化,提高叙+2,蛋白激酶活化和N八刀PH氧化酶的磷酸化(Morel等,洛阳农专学报。氧化碎发源的其它氧化酶可能还有与质膜外表面结合的l,NADH过氧化物酶(suH刃:,,tehr-nda,1991;eNra。一tEsre恤,19)2。在健康组织中,02一出现产生的过氧化物酶氧化用于木质化的形成番茄细胞内存在两种已知的过氧化物酶抑制剂一氛化物和径基水扬酸在激发子诱发活性氧的产生中认为和降低膜脂过氧化与酚化合物的形成有关1”2)NADH.,(vera~EStrela,然而这些抑制剂也作用于细胞其它靶部位所依赖的过氧化物酶还不清楚,。.对信息途径相偶联的徽发子受体和。氧化碎发期膜脂过氧化和细胞坏死的相应机理众多首先几乎所有的植物一病原物相互作用的观察中病原物或激发子诱导提高活性氧产生速度基本上都是不稳定的(sc和H五ser,,hkwca1992,tenrd发子表现不敏感(玫s,Bkare等,1993;玩gr。nder;e13等99),,。大豆细胞活性氧形成活性下降或对激,等,,1993)其次植物细胞具有丰富的内生还原物质和抗氧化ODs酶具有消除活性氧的能力其中包括超氧化物歧化酶(,,)细胞质和过氧化物体内的过,氧化氢酶抗坏血酸和抗坏血酸氧化酶谷肤甘肤和谷胧甘肤氧化酶(THona这些抗氧化体系各自的氧化应力(saCdr山脸水平(E”wa,脚n等,1987)nh二.,1993)和首楷蚕豆细胞激发子处理提高谷脆甘,1991)都是已经了解的.尽管植物细胞具有这些防御但是氧化粹发在提高细胞内活性氧水平上仍然是有意义的4活性氧在植物抗侵染中的作用植物一病原物相互作用中的氧化碎发研究的主要问题是是氧化碎发了病原物的,,生长拟或是过敏反应中伴随其它代谢而产生了活性氧?目前的根据虽不充分但是几个研究指出活性氧直接降低病原物的生活力草细胞悬浮液过敏反应的研究中当氧化而细菌不受影响的抑制(Pgn和1,,.例如在野火病菌(P;,段口迈ga,evP。「taboci)诱导烟,0子,清除剂和细菌一起加入时抑制产生和膜脂过HZo,Z,(Kepple。r渡ke刀r19),病原真菌抱子的紧殖显示受线粒体浓度eKuc,9921),粗略估计每个细胞对激发子半乳糖醛酸产生的响应平均达)3。ZmmolH刃:一等,(L招e川加r等1993)。19H刃:的浓度和哺乳动物吞噬细胞化学库中的玩0大致相。:r当(MOe活性氧或活性氧衍生物的毒害作用是寄主过敏反应细胞坏死的原因激发子或病原物和aBker,扩展之后膜脂过氧化和膜脂自由基的产生已有广泛证据(Ad1198,,J叭a等,,19kppler;e)9。如果寄主细胞死亡是由于很少部分活性氧所致研究指出加入抗氧化物质就会减e,少过敏反应中细胞的死亡(KPler和oNuvckay,1987)此外不同的蚕豆培养中很低水平的。.,,抗氧化酶和较高的抗侵染力相关联(B氧化碎发在加强植物细胞壁对病原物的伤害上表现新奇的作用子处理显示H2,H20:a9中间体的氧化同专一结构蛋白偶联(玫dley等1~等,1987)。蚕豆和大豆细胞激发92)。,这种依赖于合成。,夕的响应是快速的(开始_2分钟内)并且提高细胞壁对真菌胞壁降解酶的抵抗性.,代矿外探超氧化物歧化酶在病原真菌侵染成熟马铃薯薯块诱发的过敏反应中抑制氏的和植保素积累、叼于气诱导植保素生物合成信息中间体的可能性直得重视,DOK。(198加),最早观察到一忆生抗氧化酶和自由基清除剂对植保素形成的抑制作用在一类植物(其中有大p豆豌豆和棉花(E脚瓦等。,198队At等l娜o,19力上也有类似报道。利用抗氧化机理抑3期扬正申等译活性氧在植物抗侵染中的作用。制植保素积累的程度依激发子和植物种类而不同其原因认为植保素积累的调节不依赖于氧化碎发途径li(氏vn和G,。,细菌处理白色三叶草细胞念小液不同的抗氧化处理都不抑制植保素积累e,,ustin992)1。然而在不同的试验中在不排除活性氧参与的情况下外源抗氧.,,,化处理由于活性氧对这些制剂的反应性和亲和性的改变会获得后效,此外仅有外深I戈仇,或活性氧产生系统(如黄嗦吟一黄嗦吟氧化酶)存在即使缺少激发子也激发植保素的积累(Roge二等,1988;Alx巧tol等,19)。植保素积累的活性氧调节机理和其它细胞内和抗侵染有关的变化还不了解,。鉴于早已:指出植保素的积累是由于最初的转录作用显然活性氧的作用最终是作用于基因表达(图1)。,此外活性氧还调节与抗侵染有关的,,巾RNA的稳定性(azh、ng等,1”3).HZo处理蚕豆,细胞悬浮液诱导mRNA编码的苯丙氨酸释氨酶查耳酮合成酶和查耳酮异构酶的积累这些酶作用于植保素的生物合成;相反mRNA编码的内源碱性壳多糖(一种rrich蛋白)却Po,绛解。丫snarlah,Kasthrl画a。v,Ns物y和M.d“hy,未发表资料)。激发子诱导氧化炸分,的抑制和降低这些mRBsA的调节作用有关,这些资料为活性氧在抗侵染基因表达途长甲。。,作为信息中间体提供了依据但是并不影响活性氧单独途径的呈现,谷脆甘肤和氧化态谷肮甘欢或其衍生物是提高活性氧水平激发基因表达的的强调节因子蚕豆细胞悬浮液应te用非外源谷肤甘肤加强笨丙氨酸解氮酶和查耳酮合成酶的转录(明。ga、ard:,等,19)88.后来的-一个研究也报道了谷脆甘肤和氧化态谷肤甘肤诱导苯丙氨酸解氮酸的和植保素犷别累(期等191)。相反激发子处理提高谷肤甘肤和其它硫基化物而应用谷胧甘肚宗提物于,,,蚕豆和首箱细胞认为仅仅增加谷胧甘肤而不影响植保素积累(Guo等,,193)。在抗侵染基。因表达调节中谷脱甘肤和氧化态谷胧甘肤的比率比其它形式的绝对量更重要醉化物诱导细胞质烟草中肌,,,Cu、Zn超氧化物歧化酶的转录(Heor,rauht等k,1993),。哺乳动物中肌醉化、合物和谷胧甘肤代谢前提物调节,’NF,一KBs蛋白质(carcec等1991)蛋白激酶(NO“等ken991)和。Bcl一2蛋白质转录因子的活性从而抑制沁RitoC类型细胞的死亡(HOerby等,l息93、活性氧和膜脂通过非酶促反应产生的膜脂过氧化物(茉莉酸合成前提物)是过敏反应中少数已知的抗侵染基因表达调节剂(r恤rmer和Ryan,l”2)an,.这个活性氧所依赖的膜指过氧显然在信息传递中通过活性。,r化源能够加强磷酸脂酶和脂氧化酶途径(Fa,merRY1992)氧的活动及其作用证明细胞内靶点的变更还稿要做更多的工作杨正申史校杨辉p肠刀t译自《physiol,(1994)1067一472)
