Cytokinin activity increases stomatal density and transpiration rate in tomato

細胞分裂素活性增加番茄的氣孔密度和蒸騰速率

以前關(guān)于細胞分裂素（CK）和干旱的研究表明，細胞分裂素對植物適應限制性條件有積極和消極的影響。本研究探討了CK對番茄（Solanum lycopersicum）植物蒸騰、氣孔活動和干旱反應的影響。在干旱條件下，過度表達擬南芥CK降解酶CK氧化酶/脫氫酶3（CKX3）的轉(zhuǎn)基因番茄植株由于全株蒸騰作用降低而保持較高的葉片水分狀況。蒸騰作用降低的原因可能是葉片面積減小，氣孔密度降低。與野生型植物相比，CKX3過表達植物的扁平細胞更少、更大，每葉面積氣孔更少。此外，與未經(jīng)處理的葉片相比，經(jīng)CK處理的野生型葉片表現(xiàn)出更強的蒸騰作用，具有更多的扁平細胞和增加的每葉面積氣孔數(shù)。CK水平的調(diào)控不影響氣孔運動或脫落酸誘導的氣孔關(guān)閉。此外，我們發(fā)現(xiàn)氣孔孔徑與保衛(wèi)細胞中CK誘導的啟動子雙組分信號傳感器（TCS）的活性沒有相關(guān)性。先前的研究表明，干旱降低了CK水平，我們認為這是一種適應缺水的機制：降低的CK水平抑制生長并降低氣孔密度，兩者都降低了蒸騰作用，從而提高了對長期干旱條件的耐受性。

圖1.AtCKX3 過表達減少了番茄在灌溉和干旱脅迫下的整株蒸騰作用

在正常灌溉條件下，35S>>CKX3 植株的每日蒸騰速率顯著低于 M82 植株的測量值（圖 1A）。然而，CKs 內(nèi)源性水平的降低并未影響每日蒸騰速率的模式，這表明二者氣孔運動的模式近似（圖 1B）。停止灌溉5天后，M82植株的VWC達到33%，同時35S>>CKX3植株達到57%（圖1D）。在此時間點對照植株萎蔫，而 35S>>CKX3 植株保持高的 RWC 并*膨脹（圖 2）。轉(zhuǎn)基因植株在整個干旱處理期間保持較低且穩(wěn)定的蒸騰速率（圖 1C），僅在干旱7天后VWC達到30%。因此，35S>>CKX3 植株中蒸騰作用的減少導致土壤中可用水的利用速率減慢。35S>>CKX3 植株的生長遲緩可能是整個植物蒸騰量較低的主要原因。盡管如此，即使將每日蒸騰速率標準化為葉面積以消除植物大小的影響，仍然發(fā)現(xiàn) 35S>>CKX3 植株的蒸騰作用顯著降低（圖 1A）。

圖2. 在番茄M82植株上施用細胞分裂素6-芐基氨基嘌呤（BA）可提高植株蒸騰速率和氣孔密度

番茄M82植株（8周）用合成的CK BA連續(xù)處理7天。最后一次BA處理后三天，使用蒸滲儀測量每日蒸騰作用。經(jīng)過處理的植株在蒸騰速率和gs方面表現(xiàn)出小而顯著的增加（圖2A，B）。氣孔導度的日常模式不受影響（圖2B），這表明 BA處理對氣孔運動沒有影響。對取自幼葉背面表皮印記的顯微分析表明，CK處理對氣孔孔徑?jīng)]有影響（圖2C、D）。該分析還表明，CK增加了氣孔密度（圖2C、E）。盡管在給定的葉面積中發(fā)現(xiàn)更多和更小的扁平細胞和更多的氣孔，但二者之間的比率不受BA處理的影響（圖2F），表明BA對氣孔沒有影響。這些結(jié)果表明BA通過促進表皮細胞分裂來增加氣孔密度。雖然CK處理增加了每片葉面積的細胞總數(shù)并減少了扁平細胞的大小，但它對保衛(wèi)細胞的大小沒有影響（圖 2C）。由于BA處理對葉片大小或總?cè)~面積沒有影響，較高的氣孔密度應增加每株植物的氣孔總數(shù)。綜上所述，這些結(jié)果表明CK通過增強表皮細胞分裂來促進整株植物的蒸騰作用，從而增加氣孔總數(shù)。與CKX3過表達的強烈影響相比，CK對蒸騰作用的影響相對較小（圖2A、B），這是因為在該實驗中只有少量葉子暴露于BA處理，而它們在仍處于細胞分裂階段。