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穿叶眼子菜(Potamogeton perfoliatus)是隶属于眼子菜科眼子菜属的一种多年生沉水植物。由于长期生长于水下的低氧环境,使得穿叶眼子菜根茎叶中演化形成发达的通气组织,以维持自身代谢所需氧气的供应。目前已知水生植物通气组织的形成是低氧引发植物细胞程序性死亡(PCD)的结果,但穿叶眼子菜体内通气组织的形成过程尚未进行研究,有关ROS和Caspase-like蛋白在错综复杂的信号网络中相互作用调控PCD的发生机制尚不清楚。本实验以沉水植物穿叶眼子菜为材料,利用石蜡切片技术,从时间和空间上分析其根、茎、叶通气组织的发生过程,通过外源添加DPI、AT及AC-DEVI-CHO,探究ROS及Caspase-3-like蛋白对其通气组织形成的影响,得到如下结果:穿叶眼子菜通气组织的形成过程划分为实心期、形成期、膨大期、成熟期四个时期。根通气组织由距根尖约0.3 mm处形成,成熟于约5mm处,四个时期的孔隙率分别为0.36%、3.28%、10.43%及15.41%;茎通气组织由距茎尖约0.6 mm处开始形成,并成熟于约2.4 mm处,四个时期的孔隙率分别为0.54%、10.90%、27.61%和57.58%,节处通气组织仅为3.62%;叶通气组织形成于靠近茎尖的第2-3片新生叶且仅形成于主叶脉。穿叶眼子菜通气组织的形成与植物体内活性氧产生有密切的关系。通过外源添加活性氧抑制剂DPI处理发现,ROS相关酶活的增加及H2O2含量的降低使通气组织的形成受到抑制,DPI处理浓度为1 μnol/L左右时抑制效果最明显,茎成熟期孔隙率仅为15.99%,约为CK的27.75%。通过外源添加活性氧诱导剂AT处理发现,抑制ROS相关酶活及增加H202含量将促进通气组织的形成,500(μmol/L的AT处理下茎成熟期孔隙率为64.70%,较CK增加了 12.26%。所以,ROS的存在对通气组织的形成具有促进作用。穿叶眼子菜通气组织的形成与植物体内Caspase-3-like蛋白活性也有密切的关系。DPI处理能够降低茎通气组织孔隙率及Caspase-3-like蛋白活性,AT处理能够增加茎通气组织孔隙率及Caspase-3-like蛋白活性,显示Caspase-3-like活性与茎通气组织孔隙率为正相关。另外,AC-DEVD-CHO与DPI或AT的交叉处理分别相较于DPI或AT的单独处理,能够显著降低Caspase-3-like活性及抑制通气组织的发育。表明Caspase-3-like在ROS介导的穿叶眼子菜通气组织的形成过程中起到重要作用。