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(Furchgott and Zawadzki, 1980)，有关NO信号分子作用的研究才得到快速的发展。1992年，NO被Science杂志评选为“年度分子”；1998年，Furchgott、Ignarro和Murad 三位科学家由于发现NO的生物合成和作用机制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; Lioyd-Jones and Bioch, 1996; Wink and Mitchell, 1998; Ignarro, 2000)。而植物NO的研究工作则相对滞后。大约在20世纪初期或中期，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)，另有研究表明，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得多。

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。

1.1.2亚硝酸盐/硝酸盐(NO₂^-／NO₃^-)合成途径
除了NOS外，其他的酶也能产生NO。在植物体内，细胞质的硝酸还原酶(NR)和根部特有的质膜亚硝酸盐-NO还原酶(Ni-NOR)也参与NO的生成，其中Ni-NOR是在烟草根系证明的(Stöhr and Ullrich, 2002)。NR和Ni-NOR将NO₂^-还原生成NO，其中NR以NAD(P)H作为电子供体进行还原反应产生NO，上述过程产生的NO可能有助于保持叶片和根中NO的基础水平；根中的Ni-NOR与NR同时作用，将NO₃^-还原为NO₂^-。NO₂^-/NO₃^-依赖途径中的非酶促途径主要还包括如下机制：如线粒体中通过线粒体电子传递链使NO₂^-还原为NO，大豆叶绿体中硝酸盐调控NO合酶，调节NO产生(Jasid et al., 2006)，质膜上通过Ni-NOR还原NO₂^-为NO，类胡萝卜素和光也可以催化NO₂^-至NO 的转变(Cooney et al., 1994)，质外体中通过非酶促反应在酸性条件下可将亚硝酸盐还原为NO。进一步的研究表明，NR的抑制剂叠氮化钠和氰化钾可以有效阻止NO的产生(Wu et al., 2009)，而NR的缺失型将导致氮同化障碍，从而影响初级和次级代谢。例如拟南芥NR-缺乏型nia1，nia2双 突变株中的亚硝酸盐和氨基酸水平降低，且不能合成NO，同时脱落酸(ABA)诱导的气孔关闭也受到明显的抑制(Bright et al., 2006)，说明NR介导的NO合成是ABA诱导气孔关闭信号转导途径的关键步骤。除了硝酸盐影响NR转录外，光合作用调节糖水平和植物色素也能通过诱导NR合成NO (Werner et al., 2011)。

1.1.3其它途径合成NO
黄嘌呤氧化还原酶，或者被称为黄嘌呤氧化酶(XOR)，黄嘌呤氧化还原酶(XO)或黄嘌呤脱氢酶(XDH)也能产生NO (Harrison, 2002)。不同植物中XOR的形式不同，研究表明在豌豆叶中高水平的NOR过氧化物酶体酶形式是XO (Sandalio et al., 1988; Corpas et al., 1997)。近年来，研究辣根过氧化物酶能使羟基脲和过氧化氢产生NO (Huang et al., 2002b)。这种NO来源表明：过氧化物酶在植物细胞重要的生理过程中普遍存在的(Veitch, 2004)。此外，另一种NO的生成酶是色素P450，这些蛋白质通过NADPH和O₂在植物体内氧化NOHA产生NO (Mansuy and Boucher, 2002)。最近实验发现，在烟草中羟胺(R-NHOH)通过过氧化物生成NO，这可能是NO的另一个氧化生成途径(Rumer et al., 2009)。此外，磷脂酸(PA)参与NO的合成，也是另一个需要考虑的重要方面(Distéfano et al., 2010)。

1.2 NO的清除机制
植物中生成NO的清除，主要根据不同的产生部位通过4条途径进行转化(Leitner et al., 2009)，从而形成不同种类的活性氮(reactive nitrogen species, RNS)传向不同相关的信号通路。一是NO与血红素(Hb)依赖NAD(P)H转化成NO₃^-。如拟南芥Hb1能以NADPH为电子供体，合成NO₃^-， 从而降低NO的生物活性。二是NO与还原型谷胱甘肽(GSH)反应，形成S-基谷胱甘肽(GSNO)，代谢变化受GSNO还原酶调节(Diaz et al., 2003)，GSNO能释放NO，同时也可作为转亚硝基的中间物，因此它被认为是一种RNS和NO的天然贮藏器。GSNO介导的亚硝酸还原在根的生长和抗 病原的细胞过程中起作用(Gupta et al., 2011)。三是NO与超氧阴离子(O₂^-)迅速反应，形成过氧亚硝酸阴离子(ONOO^-)。ONOO^-是一种有效的氧化剂和硝化剂，这一非酶反应受其前体物合成(需酶催化)效率的严格控制。四是NO的清除定位在线粒体、质体和细胞质中，以ROS作为底物(Gupta et al., 2011)与O2反应生成NO₃^-和NO₂^-。

在植物生理过程中，NO的累积不仅依赖它的生成途径，还依赖其去除途径。因此，细胞内NO信号的作用必须保持合成和去除上的平衡(Wilson et al., 2008)。迄今为止，我们对它们间的竞争过程和NO与cAMP或其他分子在时间和空间上的作用考虑的还很少(Zaccolo, 2006)，在以后的研究中，阐明其间的复杂性是需要重视的研究方向。

2 NO的生理功能
2.1 NO可打破休眠，刺激萌发和根的伸长
NO影响植物的新陈代谢，贯穿了植物生长发育的每一个阶段。NO首先能刺激多种植物种子的萌发。如在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、大麦(Hordeum vulgare)和莴苣(Lactuca sativa) 等植物中均发现NO能够抑制种子休眠，促进萌发(Bethke et al., 2006)。NO对苹果胚的破眠作用还与乙烯的产生呈正相关，乙烯的合成抑制剂氨氧乙酸(aminooxy acetic acid, AOA)则可逆转NO的诱导作用，推测NO在破眠中的调节作用是通过刺激乙烯的合成介导的(Gniazdowska et al., 2007)。采用ABA的相关突变体还发现，打破拟南芥种子的休眠还与NO诱导的ABA水平的下降有关(Liu et al., 2009)，而且这种促进作用在某些逆境条件下更加明显，如NO供体硝普钠(SNP)处理能明显促进渗透胁迫下小麦种子萌发、胚根及胚芽伸长。

NO 还能通过与其它植物激素的相互作用来影响根的形态建成(不定根和侧根发生以及根毛的形成等)。如在主根系统中，根的向地性受NO积累量的影响(Hu et al., 2005)。吲哚乙酸(IAA)或NO均能诱导黄瓜外植体不定根的形成，但如果加入NO清除剂cPTIO则能抑制不定根的发生(Pagnuussat et al., 2003)，提示NO是IAA诱导不定根发生信号转导途径中的重要组成部分。进一步研究证明，NO处于IAA信号的下游，并通过鸟苷酸环化酶催化环鸟苷酸 的合成来促进不定根的生长(Pagnuussat et al., 2003)。萘乙酸可以诱导侧根的生成，除了可以被生长素极性运输的抑制剂1-萘氨甲酰苯甲酸(NPA)削弱外，还可以被NO专一性清除剂(cPTIO) 抑制，这表明NO可能参与了植物侧根的发生(Correa-Aragunde et al., 2004)。最近在拟南芥中发现NO介导氨基醇信号在根系统构架中起重要的作用(Méndez-Bravo et al., 2010)。可见，NO可与植物生长调节剂相互作用，来调节不同物种的种子休眠、萌发、根的伸长等生长发育过程。

2.2 NO调节气孔的关闭
NO作为信号分子也参与气孔运动的过程。水分胁迫、ABA处理及黑暗等条件均会促进保卫细胞内NO的合成。在保卫细胞膨压不足时ABA合成也会增加，刺激NO的合成(Palavan-Unsal and Arisan, 2009)，调节气孔关闭。蚕豆保卫细胞的NO和H₂O₂水平在光照条件下都明显低于黑暗条件下的水平，光/暗通过影响保卫细胞内NO和H₂O₂的 水平来调控气孔运动，使气孔于光照时开放、黑暗时关闭(She et al., 2004)。而从黑暗转至光照的拟南芥幼苗，其气孔开放会因添加ABA或NO供体而被逆转，其中ABA的信号起关键的作用(Neill et al., 2002a)。用L-NAME处理拟南芥叶片后能抑制L-精氨酸诱导产生的NO，从而阻止保卫细胞气孔的关闭。利用NR缺失双突变体nia1、nia2的研究表明，在保卫细胞ABA诱导的气孔关闭过程中，NO的产生位于H₂O₂的下游，调节气孔的关闭(Bright et al., 2006)。Garcia和Lamattina (2001)报导小麦幼苗在水分胁迫后，用SNP处理与未处理相比，前者气孔明显关闭，蒸腾速率显著下降；延长SNP处理时间，也能得到较好的效果。可见 NO通过调节气孔的关闭，在提高植物的耐旱性方面起重要的作用。

2.3 NO与程序性细胞死亡
关于程序性细胞死亡(PCD)与细胞凋亡(Apoptosis)有它们之间是有明显区别的，PCD强调的是其分子生物学和生理功能，它涉及一系列基因的启动、表达以及调控等，因而具有生理性和选择性；而Apoptosis是能量依赖的细胞内死亡程序活化而导致的细胞自杀，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。PCD是动植物生长发育过程及应对不同胁迫作出防御反应以优化生长状态时细胞过程的综合表现。

NO在植物PCD过程中扮演了不同的角色。Delledonne等(1998)发现用丁香假单孢菌处理过的大豆细胞悬浮体系通过产生NO，积累ROS，发生过敏反应(hypersensitive response, HR)，并诱导细胞死亡。但是外源供给该水平的NO也可诱导拟南芥悬浮细胞PCD，此过程则与ROS无关，且能诱导拟南芥细胞核染色质的凝聚，从而具有哺乳动物中细胞凋亡的特征(Clarke et al., 2000)，可见体内和体外产生NO的生理功能是不同的。最近研究表明NO诱导的PCD是通过线粒体介导的途径和Ca²⁺调节的(Wang et al., 2010)。外源NO处理还能够诱导苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase, PAL)、病程相关蛋白(pathogenesis-related 1, PR-1)、谷胱甘肽巯S-转移酶(Glutathione S-transferase, GST)和查尔酮合酶(Chalcone synthase, CHS)等有关基因的表达，通过诱导植物的防御反应，提高其抗病性(Polverari et al., 2003)；此外，水杨酸(salicylic acid, SA)受NO的调节，进一步加强其防御信号，增强植物生物胁迫的抗性(Klessig et al., 2000)。

2.4 NO延缓植物的衰老
现在普遍认为，NO通过抑制乙烯的合成来延缓植物衰老。使用NO供体可减少衰老豌豆叶片中内源激素乙烯的产生(Leshem and Haramaty, 1996)，果实、蔬菜和花卉等在使用NO供体后也可使乙烯的生物合成受抑而延长贮存和销售时间(Leshem, 2001)。Mishina等(2007)发现，在拟南芥中表达NO降解酶基因NOD可使植株表现出与衰老类似的症状，其光合作用相关基因的表达减弱，衰老相关基因(SAGs)和乙烯合成途径中的ACC合成酶基因ACS-6表达明显增加。最近的研究表明，拟南芥中环核苷酸门控通道-2 (CNGC2)有助于钙的吸收和衰老的信号，和野生型(WT)相比，在该CNGC2功能突变体dnd1中则显示减少叶片钙离子和内源性NO积累，出现一系列的早期衰老表型，而且NO供体可以有效的挽救了dnd1植物的早期衰老表型(Ma et al., 2010)。

此外，NO可能通过降低植物体内ROS的水平而延缓衰老。NO处理可明显延缓花椰菜叶绿素的降解和幼苗黄化(Eum et al., 2009)，Tu等(2003)对小麦叶片老化过程的研究表明，低浓度外源SNP处理可减缓叶绿素、可溶性叶蛋白尤其是核酮糖1,5二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)的降解，有效延缓了叶片的衰老进程。NO引起的这些变化与ROS和脂质过氧化水平的降低、SOD活性的提高，在缓解细胞的氧化损伤中起重要的作用。

2.5 NO其它的调节作用
NO 对植物的生理效应还表现在其他方面。NO会影响植物对光周期的响应，能够促进植物的营养生长，延迟开花，抑制植物由营养生长向生殖生长的转变(He et al., 2004)；还参与诱导花粉管向雌蕊的定向生长(Prado et al., 2004)和根的向地性生长(Hu et al., 2005)。例如在水平放置根的向下一侧由于NO分布较多，导致依赖生长素的cGMP含量的不对称积累，进而使根向下弯曲生长。此外，NO信号分子在不少 生物和非生物胁迫，例如，干旱、盐胁迫，冷害等其他胁迫起重要作用。有实验表明在玉米叶中油菜素内酯能诱导NO的产生，NO能够启动ABA的合成，增加抗 旱性(Zhang et al., 2011)，并在缓解植物重金属胁迫的信号通路中也起重要的作用(Xiong et al., 2010)。

3 NO在植物中的信号转导途径
3.1环鸟苷酸(cGMP)途径
可溶性的鸟苷酸环化酶(guanylatecyclase, sGC)在受外界刺激时浓度变化的非常快(Palavan-Unsal and Arisan, 2009)。NO与sGC的亚铁血红素基团中的Fe²⁺共 价结合后，使sGC的构型发生改变而被启动，促使GTP转化为第二信使环鸟苷酸(cGMP)，导致cGMP含量增加，启动许多依赖于cGMP反应途径，与 此同时，植物组织中cGMP的合成也可受NO的诱导(Desikan et al., 2004)，Durner等(1998)用NO处理烟草叶片或悬浮细胞，发现引起内源性cGMP瞬间增加，而sGC的抑制因子会阻断NO诱导的PAL的基因表达与PAL的活性，抑制NO和生长素介导的根形态发生(Pagnussat et al., 2003)。但目前对连接NO-cGMP信号途径的组成因子还不清楚，还需进一步的实验证明。

3.2 Ca²⁺的转换机制途径
最近的实验表明NO能诱导胞质中Ca²⁺的增加，Ca²⁺是胞内一个重要的离子，在植物体内，多种胁迫、生长发育信号或激素都能够增加Ca²⁺的含量(王鹏程等, 2009)。在植物中，在Ca²⁺ (或CaM)作辅助因子情况下，NO合成酶类才能表现出活性，而胞质Ca²⁺浓度和动物NOS类似蛋白调节的NO合成，在H₂O₂、SA和乙醛处理下均有显著增加(Zottini et al., 2007)，Ca²⁺和NO相互交叉影响，共同作用植物的许多生理过程。

实验表明NO是一个参与胞内的Ca²⁺浓度的变化的化合物，NO通过启动(或抑制) Ca²⁺内流，调节胞内Ca²⁺平衡。Garcia Mata等(2003)发现胁迫诱发的NO能够引起植物细胞内Ca²⁺浓度的增加。此外，Ca²⁺浓度的变化在NO下游信号转导途径中也起重要的作用，NO上调烟草SA诱导的蛋白激酶(salicylic acid (SA)-induced protein kinase, SIPK)时，胞外Ca²⁺瞬间内流是一个前提条件(Courtois et al., 2008)。在绿豆幼苗不定根的形成过程中Ca²⁺起重要的作用，是H₂O₂/NO和MAPK/cGMP信号途径的下游原件(Li et al., 2010)。虽然上述研究提供了很多有用的信息，但是在植物中NO通过Ca²⁺介导的整体的作用过程并不清楚。

3.3环腺苷二磷酸核糖(cADPR)途径
环腺苷二磷酸核糖(cyclic ADP-ribose, cADPR)是cGMP下游的一个关键中间信号，动物中的研究发现，NO通过依赖于cGMP的途径启动cADPR的合成，cADPR作为一种第二信使，通过胞内Ca²⁺通透性的莱恩素受体(ryanodine receptor, RYR)通道促进Ca²⁺的 释放(Wendehenne et al., 2001)。在植物中可能有NO类似的信号途径，虽然植物中还没有证据表明NO诱导cADPR的合成(Lamotte et al., 2005)，但对烟草的研究发现cADPR通过一个对RYR抑制剂敏感的信号级联网络诱导PAL和PR-1基因的表达(Garcia-Mata et al., 2003)。可知，NO反应可能通过cGMP、cADPR、Ca²⁺信号来完成的(Wilson et al., 2008)。

3.4促有丝分裂素蛋白激酶(MAPK)途径
最近研究显示植物NO的生成受MAPK的调节，NO和H₂O₂在 调节气孔的关闭中可能汇集MAPK信号(Li et al., 2010)。在植物蛋白激酶可启动响应如干旱，寒冷，植物激素，病原体攻击和渗透胁迫的细胞外信号(Hirt, 1997)。NO处理烟草能够诱导SIPK的活性，Clark等(2000)发现在细胞PCD过程中NO也能够启动MAPK。ABA和H₂O₂能够诱导玉米叶片中NO的产生，从而使一个46 KDa的MAPK被激活，最终诱导抗氧化酶类基因的表达增加与酶活性提高(Zhang et al., 2007)。目前发现的NO依赖的蛋白激酶还有：拟南芥悬浮培养细胞和根系中的MAPK或钙依赖型蛋白激酶(Ca²⁺-dependent protein kinase, CDPK) (Clarke et al., 2000; Capone et al., 2004)、黄瓜外植体的CDPK (Lanteri et al., 2006)、烟草叶片和悬浮细胞的SIPK (Klessig et al., 2000)等。目前初步的研究结果表明植物细胞形成的NO可能参与传递外界信号进入蛋白质激酶级联网络，其中的分子机制还有待进一步研究。

3.5蛋白质翻译后修饰(PTMs)途径
NO对蛋白质修饰主要是半胱氨酸残基或酪氨酸的S-亚硝基化。因为NO敏感的GC在植物中还没有发现，到目前为止，大多数NO的信号通过蛋白质的翻译后修饰S-亚硝基化来体现(Moreau et al., 2010)。

实验分析，谷胱甘肽(GSNO)是NO的一种存储和运输形式，在敲除其基因的突变体中，NO的生成减少，证明了亚硝基在植物的抗病性，耐热性和植物生长中的 重要性(Chaki et al., 2009; Feechan et al., 2005; Lee et al., 2008)。NO与一种植物抗病的关键因子NPR1有关，通过GSNO有助于NPR1的基因Cys156的S -亚硝基化形成寡聚体，维持蛋白的动态平衡和SA的诱导(Tada et al., 2008)。最近，越来越多的证据表明，在植物中，酪氨酸的硝基化可能与生物和非生物胁迫下的生理反应相关(Chaki et al., 2009)。最近研究还发现，酪氨酸硝基化可能是一个作为一个信号机制服务的可逆的过程(Souza et al., 2008)。

3.6磷脂酸(PA)信号途径
在植物中，NO和PA已经独立视为普遍的、多功能、胁迫信号分子，在植物中有可能参与共同的途径(Distéfano et al., 2010)。早在2003年，有实验发现NO和PA存在植物中，在植物防御、气孔关闭、不定根的生成(AR)起作用(Distéfano et al., 2010)。

近年来，NO依赖IP₃和cADPR能产生Ca²⁺已经被证实(Garcia-Mata et al., 2003; Lanteri et al., 2006)。Ca²⁺能调节磷脂酶D(PLD)、磷脂酶C(PLC)和其他酶的活性，NADPH氧化酶其中的一个酶，它能够作用ROS的产生，ROS又能够在植物的生理过程中作 用NO的生成(Delledonne et al., 2001)。此外，PLC和二酰甘油激酶(DAG kinase, DGK)也是三磷酸腺苷(ATP)诱导NO生产时所需的(Sueldo et al., 2010)。这表明在植物中NO、Ca²⁺、PA和ROS间有信号交叉途径。NO和PA能共同作用下游的效应物，作为内在的修复K⁺通道，磷酸酶ABII、MAPK、Ca²⁺依赖的蛋白激酶(CDPK) (Distéfano et al., 2010)。在正丁醇和NaCl作用过的玉米幼苗后，NO作用抑制了液泡中H⁺-ATP酶(Zhang et al., 2006)。因此，在植物的生长过程中，NO和PA间的信号途径可能是生理过程中需要的，假设NO是PA信号的的上游调节物，在不同的生理过程中起作用，有关推测需进一步的研究加以证实。

4 NO与ROS间的关系
近年来，活性氧(Reactive oxygen species, ROS)和一氧化氮(Nitric oxide, NO)是生物体内普遍存在的信号分子，参与多种生理功能的调控，对生物体正常生长发育有重要意义，NO可以作用过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶 (SOD)和抗坏血酸过氧化物(APX)的活性调节内源H2O2含量。NO和H₂O₂可能是胁迫信号转导的中心环节，介导多种信号途径。NO和H₂O₂的生理效应相似并具有协同性。二者都参与调控气孔运动，促进细胞编程性死亡，诱导防御基因的表达等(王超和侍福梅, 2009)。此外，细胞中不同部位产生的NO和ROS自由基相互转换，是通过多种化学反应来调节的(Neill et al., 2003)，植物在受病菌感染，NO的杀菌作用可能是通过与O^2-反应形成ONOO^-进行的。有实验表明， 低浓度的NO可有效缓解水分胁迫下小麦叶片中ROS的伤害，减少膜脂过氧化产物MDA的产量，使叶片相对含水量升高；而高浓度的NO则起相反作用(王罗霞等, 2006)。最近发现NO和ROS在过敏反应的植物防御反映中黄素合酶起着重要的作用(Asai et al., 2010)。

ROS和NO是今年来生命科学研究的热点之一，但对活性氧和一氧化氮在逆境反应中的具体关系、产生的信号传递机制等还不十分清楚，还需进一步的探讨。

5展望
最近几年结合使用的药理、生化和遗传的方法，NO的合成起源，内源性代谢物以及NO在植物信号的研究已取得一定进展。但仍有以下一些问题尚需深入研究：一、在植物中，NO在生物反应中是如何感知和传播的？NO虽然能通过亚硝酸硝化合成，但类似哺乳动物NOS生成NO途径尚未得到证实，尤其需要对一氧化氮合成酶的认识和基因编码作进一步调查。二、不同来源的NO是如何诱导植物内外的各种途径的？虽然目前NO参与植物各种途径的研究结果不少，如程序性细胞死亡、气孔运动和根的伸长，但内源性NO如何与细胞内信号反应因子cGMP、cADPR和细胞内钙离子互作，介导生长和外部刺激反应等还不确定。同样，蛋白激酶和蛋白磷酸酶、转录因子、离子通道蛋白和其它信号的激活或抑制需NO来识别和表征。三、NO-cGMP和NO-Ca²⁺信 号关联途径中的组成因子(包括相关的转录因子等)还需要鉴别，以认识这些途径是如何引起植物细胞产生特定反应。这些需要依赖正/反向遗传学手段筛选合适的突变体，并鉴定相关调控基因表达产物的生理功能。四、NO与其他信号分子关系，特别是与水杨酸、茉莉酸和乙烯的相互作用也需要阐明。五、NO的研究体 系需要推广到整株植物。许多NO的研究多以细胞悬浮培养为实验体系，缺乏为不同的细胞和组织中传输提供证据。六、NO在植物中的作用靶标，由于NO是非常活泼的信号分子，参与植物多种生理过程，植物中缺乏一个特异性地受NO调控的生理表型作为指标，可能用于蛋白质的亚硝基化诊断分析的新技术，有助于发现在植物 中NO作用目标。

虽然，许多关于NO在植物中作用的精细过程我们还不清楚，但这正显示了一个有趣的和富有挑战性的课题和它在植物生物学领域的巨大生命力。

作者贡献
李霞是本项目的构思者及负责人，指导实验设计，数据分析，论文写作与修改，陈平波完成文稿的总结和写作，夏凯参与本稿件的设计，并指导写作。全体作者都阅读并同意最终的文本。

致谢
本研究由国家自然科学基金项目(No.30871459)资助。

参考文献
Asai S., Mase K., and Yoshioka H., 2010, A key enzyme for flavin synthesis is required for nitric oxide and reactive oxygen species production in disease resistance, Thnal., 62(6): 911-924

Besson-Bard A., Courtois C., Gauthier A., Dahan J., Dobrowolska G., Jeandroz S., Pugin A., and Wendehenne D., 2008a, Nitric oxide in plants: production and cross-talk with Ca²⁺ signaling, Molecular Plant, 1(2): 218-228 doi:10.1093/mp/ssm016

Bethke P.C., Libourel G.L., and Jones R.L., 2006, Nitric oxide reduces seed dormancy in Arabidopsis, J. Exp. Bot., 57(3): 517-526 doi:10.1093/jxb/erj060

Bright J., Desikan R., Hancock J.T., Weir I.S., and Neill S.J., 2006, ABA-induced NO generation and stomatal closure in Arabidopsis are dependent on H₂O₂ synthesis, Plant J., 45(1): 113-122 doi:10.1111/j.1365-313X.2005.02615.x

Capone R., Tiwari B.S., and Levine A., 2004, Rapid transmission of oxidative and nitrosative stress signals from roots to shoots in Arabidopsis, Plant Physiol. Biochem., 42(5): 425-428 doi:10.1016/j.plaphy.2004.03.005

Chaki M., Fernández-Ocaña A.M., Valderrama R., Carreras A., Esteban F.J., Luque F., Gómez-Rodríguez M.V., Begara-Morales J.C., Corpas F.J., and Barroso J.B., 2009, Involvement of reactive nitrogen and oxygen species (RNS and ROS) in sunflower-mildew interaction, Plant Cell Physiol., 50(2): 265-279 doi:10.1093/pcp/pcn196

Clarke A., Desikan R., Hurst R.D, Hancock J.T., and Neil S.J., 2000, NO way back: Nitric oxide and programmed cell death in Arabidopsis thaliana suspension cultures, Plant J., 24(5): 667-677 doi:10.1046/j.1365-313x.2000.00911.x

Cooney R.V., Harwood P.J., Custer L.J., and Franke A.A., 1994, Light-mediated conversion of nitrogen dioxide to nitric oxide by carotenoids, Enciron. Health Perspedt., 102(5): 460-462 doi:10.1289/ehp.94102460

Corpas F.J., Barroso J., Carreras A., Valderrama R., Palma J., León A., Sandalio L., and del Río L., 2006, Constitutive arginine-dependent nitric oxide synthase activity in different organs of pea seedlings during plant development, Planta, 224(2): 246-254 doi:10.1007/s00425-005-0205-9

Corpas F.J., Colina C.D., Sanchez-Rasero F., and del Rio L.A., 1997, A role for leaf peroxisomes in the catabolism of purines, Journal of Plant Physiology, 151: 246-250

Correa-Aragunde N., Graziano M., and Lamattina L., 2004, Nitric oxide plays a central role in determining lateral root development in tomato, Planta, 218(6): 900-905 doi:10.1007/s00425-003-1172-7

Courtois C., Besson A., Dahan J., Bourque S., Dobrowolska G., Pugin A., and Wendehenne D., 2008, Nitric oxide signaling in plants: interplays with Ca²⁺ and protein kinases, J. Exp. Bot., 59(2): 155-163 <span style="widows: 2; text-transform: none; text-indent: 0px; border-collapse: separate; font: medium Simsun; white-space: norma</body></html>