植物体内的钙信使系统

Ca对植物不仅仅是一种大量营养元素,更重要的是作为偶连胞外信号与胞内生理生化反应的第二信使,作为植物代谢和发育的主要调控者。本文介绍了Ca在植物细胞中的分布及其体内平衡机制,以及Ca~(2+)信使系统调控的植物生理生化过程,讨论了外界信号通过Ca~(2+)信使系统的传递和表达过程,Ca~(2+)信使系统对基因表达的可能影响,以及Ca~(2+)信使系统的作用机制,并提出了今后的研究方向。     

盐胁迫对甜菊细胞内游离Ca2+浓度的影响

钙离子不仅是植物生长发育所需的一种大量元素,而且起了偶联细胞外刺激与胞内反应第二信使的作用,是多种受体激动后信息传递过程的中心环节。近年的研究表明:高温、干旱、触摸、低渗、低温、风、机械刺激、病原菌感染等多种环境胁迫均能引起胞质Ca~(2+)水平的改变。这种变化被认为是植物细胞感受环境胁迫的原初反应之一,它通过启动基因表达和胞内一系列生理生化过程调节细胞对环境改变的适应反应。胞质Ca~(2+)水平的改变有两种来源:胞外Ca~(2+)跨膜内流和胞内钙库如内质网中的Ca~(2+)释放。其中由肌醇磷     

一株脂肪酶产生菌的鉴定及钙在其发酵产酶过程中的作用

通过16S rDNA序列分析,结合菌株形态和生理生化特征,对一株脂肪酶产生菌株Y-G进行了分类鉴定,研究了Ca~(2+)在菌株发酵过程中产脂肪酶的作用。结果表明,实验菌株为不动杆菌(Acinetobacter sp.),一定浓度的Ca~(2+)(5 mmol/L)能够显著提高发酵液酶活,而稀土离子La~(3+)、Ca~(2+)螯合剂EGTA或三氟拉嗪(TFP)的加入都会不同程度的影响发酵液中酶活产量,说明钙信号系统可能参与细菌脂肪酶分泌的调控。     

肌醇1,4,5-三磷酸受体与阿尔茨海默病

细胞内质网上的肌醇1,4,5-三磷酸受体(inositol 1,4,5-trisphosphate receptors, IP3Rs)是调节Ca~(2+)释放的重要离子通道。Ca~(2+)稳态是维持机体细胞生理功能的重要基础,Ca~(2+)信号参与酶激活、囊泡释放和细胞凋亡等多种细胞过程。研究表明,Ca~(2+)信号异常与阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)密切相关,神经元中钙信号异常可以导致细胞稳态失衡、突触功能丧失,甚至细胞死亡。现对IP3Rs的生物特性及其介导的Ca~(2+)释放在阿尔茨海默病发生发展过程中的作用进行综述。     

TRP通道与自噬相关性的探讨

TRP通道(Transient Receptor Potential,瞬时受体电位通道)是细胞内重要的Ca~(2+)调控通道,其在细胞内有着独特的分布及其能与其它钙离子传感元件特定地相互作用。TRP通道蛋白通过对Ca~(2+)的调控发挥调节细胞的多种生理活动,如自噬和凋亡等。其中细胞质膜或是细胞器膜上的这些钙离子通道开放后可提升胞质[Ca~(2+)]i,为自噬的启动提供Ca~(2+)。自噬启动的初衷是为了使细胞能够在缺氧、营养匮乏及病理因素等应激状态下降解细胞内某些细胞成分满足某些重要生理活动的物质需求,但有大量的研究显示过度的自噬可导致细胞发生与凋亡相关的细胞程序性死亡,因而TRP通道对自噬的调控作用与疾病的发生、发展紧密相连,如TRPML1(Transient Receptor Potential mucolipin-1)与IV型粘膜脂质沉积症相关。根据目前对TRP通道与自噬的研究结果来看,不同的TRP通道可通过不同的机制升高胞质[Ca~(2+)]i,这都与不同TRP通道蛋白在细胞内的特定分布有关,如TRPV(Transient receptor potential vanilloid)通道主要在细胞质膜或内质网膜上调控Ca~(2+),而TRPML则主要在溶酶体上发挥作用,但具体分子通路激活机制尚需进一步研究。     

钙(Ca2+)在植物抗寒中的作用

Ca~(2+)作为植物细胞的第二信使对不同抗寒性植物起着不同的作用。冷敏感植物在冷胁迫下引起的Ca~(2+)流入不撤退,结果细胞内高浓度Ca~(2+)导致冷敏感植物的Ca~(2+)毒害。抗寒植物在冷胁迫中引起的细胞内Ca~(2+)水平的升高是短暂性的,它们在完成信使作用后即撤退。这种短暂性的高浓度Ca~(2+)可能通过激活某些有关的蛋白激酶,使某些相应的蛋白质磷酸化,从而诱发抗冻基因表达,使植物进入抗寒锻炼,发展各种抗寒特性。Ca~(2+)对抗寒特性的形成,除通过诱发抗冻基因表达发展抗寒特性外,Ca~(2+)也可能对某些抗寒特性的形成直接起作用,如Ca~(2+)对膜结构的稳定作用,刺激木质素和非纤维素多糖的合成及其在细胞壁内的沉积,以及直接调节胞间连丝孔道的开放与关闭等。     

H_2S与Ca~(2+)互作提高黄瓜幼苗耐冷性

硫化氢(hydrogen sulfide,H_2S)是一种新型气体信号分子,钙离子(calcium,Ca~(2+))为重要的第二信使,两者在调控植物生长发育及多种逆境胁迫中分别起着重要作用。然而,H_2S和Ca~(2+)信号在调控植物耐冷性中的作用关系并不十分清楚。本研究针对以上问题以‘津优35号’黄瓜为试材进行研究,结果表明,低温胁迫可诱导H_2S信号的产生,且这种信号可被外源Ca~(2+)增强;低温胁迫可诱导Ca~(2+)信号转导相关基因CaM、CIPK5的mRNA表达,且外源H_2S能够上调低温下CaM、CIPK5的表达量;进一步研究发现,外源H_2S和Ca~(2+)可显著增强植株的抗氧化能力,减少活性氧积累,从而降低低温胁迫对黄瓜幼苗的损伤,且加入Ca~(2+)螯合剂乙二醇二乙醚二胺四乙酸(ethylene glycol tetraacetic acid,EGTA)或钙调素拮抗剂氯丙嗪(chlorpromazine,CPZ)后,H_2S对黄瓜幼苗抗氧化能力的促进效应明显减弱,同样的,H_2S清除剂次牛磺酸(hypotaurine,HT)也会降低Ca~(2+)的作用。以上结果表明H_2S与Ca~(2+)信号间存在着复杂的联系,而且他们可以通过相互作用调控黄瓜幼苗的抗氧化系统,从而增强植株耐冷性。     

枸杞体细胞胚发生中Ca2+和ATPase的超微结构定位研究

研究2,4-D诱导枸杞体细胞胚发生中的作用及其与Ca~(2+)含量和ATPase活性时空分布动态之间的关系,以探讨2,4-D诱导植物体细胞胚发生的作用机理。采用超微细胞化学定位的方法,跟踪分析了体细胞胚发生与发育的不同时期,Ca~(2+)和ATPase活性的时空分布动态。结果表明:2,4-D是诱导离体培养的枸杞体细胞进入胚胎状态的关键激素。在含有2,4-D和不含2,4-D的培养条件下,分别诱导枸杞体细胞脱分化后,再转入除去2,4-D的MS培养基上,进行分化培养,结果前者可分化形成体细胞胚,因而称为胚性愈伤组织。后者在相同条件却不能分化形成胚,故称为非胚性愈伤组织。在2,4-D诱导枸杞的胚性愈伤组织中,胚性细胞分化早期的细胞间隙和细胞壁上均有Ca~(2+)沉淀。随着胚性细胞的分化、分裂和多细胞原胚形成,这时Ca~(2+)在细胞内的分布主要集中在细胞膜和液泡膜上;球形胚期在细胞核中Ca~(2+)呈弥散性分布。在此过程中,ATPase活性时空分布与Ca~(2+)的定位变化具有高度一致性,仅仅稍滞后于Ca~(2+)出现的时间。而在胚性细胞分化早期,ATPase活性同样位于质膜上,随后在液泡和细胞核都可见ATPase活性分布。而在非胚性愈伤组织中,则未见Ca~(2+)和ATPase活性呈时空动态分布,而且随着非胚性细胞的液泡化,无论是Ca~(2+)含量,还是ATPase活性都呈逐渐降低的趋势。表明Ca~(2+)和ATPase活性变化与2,4-D诱导的胚性细胞分化和发育密切相关。并由此推测,Ca~(2+)和ATPase的时空分布对胚性细胞分化中的信息传递和调控相关基因表达起着关键性作用。     

大麦根细胞质膜Ca~(2+)转运系统对盐胁迫的反应

大麦幼苗经短时间盐处理,尚未发生伤害时,虽然质膜上需Mg~(2+)和不需Mg~(2+)的两个Ca~(2+)转运系统的转运能力均基本未变,但两者的动力学特征却有所不同。在盐处理3h内,不需Mg~(2+)的Ca~(2+)转运过程对Ca~(2+)的亲和力便明显降低,而需Mg~(2+)的Ca~(2+)转运过程对Ca~(2+)的亲和力变化不大。较长时间盐处理,两个Ca~(2+)转运系统的转运能力和ATP亲和力均有不同程度的减小。这种减小与幼苗的伤害相伴出现,随处理时间加长而加剧。不同时间的盐处理下,质膜Ca~(2+)—ATP酶活性与不需Mg~(2+)的Ca~(2+)转运过程变化规律一致。Ca~(2+)—ATP酶受钙调素激活的特性在盐处理3h内即有所减小,至处理24h基本丧失。由动力学分析结果推测,短时间盐胁迫下质膜上两个Ca~(2+)转运系统的不同变化是植物的一种调节反应,它们在钙信使系统传递胁迫信号的过程中起不同作用。Ca~(2+)—ATP酶驱动的初级Ca~(2+)转运系统可能与胁迫信号的传递有关,而次级Ca~(2+)转运系统即可能起着信息传递之后将剩余 Ca~(2+)运出胞外的功能。较长时间盐胁迫下两系统Ca~(2+)转运能力的降低则是一种伤害反应。     

大麦根细胞质膜Ca~(2+)-ATP酶和Ca~(2+)转运系统的特性

用大麦质膜微囊研究细胞质膜 Ca~(2+)转运过程,发现质膜 Ca~(2+)—ATP酶在反应系统中不存在Mg~(2+)时可正常表现活性。跨膜Ca~(2+)转运按其对Mg~(2+)的需求可分为两个过程,一个是不需Mg~(2+)的、具高Ca~(2+)亲和力和较低的转运能力;另一个则是需Mg~(2+)的、具低Ca~(2+)亲和力和较高的转运能力。前者的动力学特征与Ca~(2+)—ATP酶相近,而后者则相差很大。据此推测,大麦根细胞质膜上除Ca~(2+)—ATP酶外,还存在另一个不同的Ca~(2+)转运系统。由两者分别承担的Ca~(2+)转运过程在细胞钙信使系统中可能起着不同的作用。     

黄瓜子叶节离体培养物花分化Ca^2＋敏感期的研究（简报）

Cotyledonary nodes of cucumber cultured on calcium-free medium for 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6d respectively, were transferred to medium with 6.0 mmol/L CaCl2 for 24h, then returned to calcium-free medium. Cotyledonary nodes cultured on calcium-free or 6.0 mmol/L CaCl2 medium for all time, were taken as controls. Results showed that cotyledonary nodes were transferred to 6.0 mmol/L CaCl2 medium for 24h during 0-3d after the beginning of culture, percentage of floral bud formation at cotyledonary nodes was increased significantly. Transferring cotyledonary nodes on the 3d day after the beginning of culture was achieved best effect, percentage of floral bud formation was up to 34.3%. We deduced that the calcium sensitive period during floral differentiation of cucumber cotyleddonary node cultured in vitro may be 0-4d after the beginning of culture.     

Ca2+对黄瓜子叶离体培养物花芽分化的影响

黄瓜子叶离体培养物分化培养 0～ 8d期间 ,添加Ca2 有利于花芽分化 ,花芽分化率可从Ca2 0mmol/L的 (7.9± 5 .6 ) %上升到Ca2 6mmol/L的(31.7± 4.0 ) % ;0～ 2d和 2～ 4d无钙脉冲处理不利于花芽分化 ,高钙脉冲处理的花芽分化率比对照略高 ;4～ 6d和 6～ 8d高钙脉冲不利花芽分化 ,而无钙脉冲处理使花芽分化率上升很多。尤其是在 4～ 6d ,高钙处理使花芽分化率从 (2 2± 1.5 ) %下降到 (15 .7±3 .5 ) %。而无钙处理使花芽分化率从 (2 2 .4± 1.4) %上升到 (4 3± 3 .5 ) %。表明 0～ 8d期间不同时间段对Ca2 的需求是有差别的。相关性分析表明 :0～ 8d期间外源Ca2 影响花芽分化率与总芽中花芽比例极显著相关 ,提示Ca2 可能影响子叶向花芽或营养芽分化的趋势。本文结合已报道的黄瓜子叶培养物花原基形成的时程 ,分析了Ca2 对花原基形成和分化的影响     

低营养条件下Paclobutrazol(PP333)对黄瓜去顶幼苗直接形成花芽的影响(简报)

植物开花机理是生物学中的一个基本问题,多年来人们进行过许多的研究,积累了大量的事实,然而对开花的机理仍然还不甚清楚。因而在利用原有实验系统的同时,有必要寻找更多简单,又便于分析的实验系统。Jullien等报告离体培养的大豆子叶节能直接产生花芽。我们在建立离体培养黄瓜子叶直接单独形成雄花或雌花的实验系统的过程中,发现黄瓜幼苗去除顶芽后在子叶节处也能直接形成花芽。这一现象有可能用于深入研究各营养器官和花启动间关系等问题,定将     

黄瓜去顶苗直接成花的形态学研究

本文对黄瓜0—7天幼苗及去顶后0—8天诱导花芽分化苗与诱导营养芽分化苗的子叶节进行了系统石蜡切片观察,未发现0—7天幼苗的子叶叶腋存在潜伏芽。去顶后1—2天在子叶叶柄基部与切口之间的表皮下细胞分裂形成突起,去顶后6天诱花苗与诱芽苗的突起表现出形态差异,诱花苗突起的上端变钝,而诱芽苗突起的上端成尖锥状。去顶后8天诱花苗在子叶叶柄与切口之间形成完整的花芽。另发现有少量花芽起源于切口处细胞。对去顶后0—6天诱花苗与诱芽苗的子叶节还进行了电镜扫描观察,观察结果与石蜡切片基本一致。     

离体黄瓜子叶节花芽分化与内源激素及多胺的关系

用高效液相色谱法(HPLC)测定了黄瓜子叶节花芽分化期(0-6天)内源激素及多胺的变化。结果显示,子叶培养0-2天生长素(IAA)、赤霉素(GA_3)、玉米素(ZT)、脱落酸(ABA)等4种内源激素均明显下降,4-5天略有上升,表明0-2天IAA、GA_3和ABA的剧降有利于花原基形成,3-5天较高的ZT含量有利于花器官原基的形成。除腐胺(Put)外,精胺(Spm)、亚精胺(Spd)、尸胺(Cad)在0-1天均下降,1-4天上升,4-5天再下降,Put在0-1天急剧上升,而后持续下降,表明高水平的内源多胺总量和Put可能有利于花原基分化,2天后Spm含量上升有利于花器官原基分化,而Cad含量变化可能是区别花芽和营养芽分化的特征之一。     

黄瓜离体子叶切块培养直接分化花芽

４８小时龄黄瓜幼苗的子叶切块接种于附加２．０ｍｇ／ＬＢＡ及１．０ｍｇ／ＬＡｇＮＯ３的修改ＭＳ培养基上,培养约６０天后在子叶切块的近轴端可直接形成雄花芽,其频率达７．７％。     

Plant Regeneration from Cell Supension Derived Protoplasts of Heracleum moellendorffii

Heracleum moellendorffiz Hance is a herb belonging to Umbelliferae used in traditional medicine in China. The young stem-nodes were induced for callus formation on MS medium containing 1 mg/L 2,4-D. After subcultured for about five months, the embryogenic calli were used for cell suspension culture. The protoplasts were prepared from this suspension by digestion with enzyme mixture containing 1. 5% cellulase Onozuka R-10 +0. 3% macerozyme R-10 + 0. 5% snailase + 5 mmol CaCl2 + 0. 6 mol/L mannitol, at pH 5.8, and cultured in modified MS and modified N6 media with 0.3 % agarose. They divided after 3 days and developed into small cell colonies after about 2 weeks. From this time on, the glucose concentration in the culture media was decreased to 0. 2 mol/L,which led to futher growth of the colonies to small calf . After a period of proliferation on solid medium with 0. 5 mg/L 2,4-D, the calli were transferred to a medium with 0. 1 mg/L zeatin on which somatic embryos differentiated and developed to plantlets     

离体黄瓜子叶节花芽分化与内源激素及多胺的关系

用高效液相色谱法(HPLC)测定了黄瓜子叶节花芽分化期(0—6天)内源激素及多胺的变化。结果显示,子叶培养0—2天生长素(IAA)、赤霉素(GA3)、玉米素(ZT)、脱落酸(ABA)等4种内源激素均明显下降,4—5天略有上升,表明0-2天IAA、GA3和ABA的剧降有利于花原基形成,3—5天较高的ZT含量有利于花器官原基的形成。除腐胺(Put)外,精胺(Spm)、亚精胺(Spd)、尸胺(Cad)在0—1天均下降,1—4天上升,4—5天再下降,Put在0—1天急剧上升,而后持续下降,表明高水平的内源多胺总量和Put可能有利于花原基分化,2天后Spm含量上升有利于花器官原基分化,而Cad含量变化可能是区别花芽和营养芽分化的特征之一。     

无融合生殖油菜AMR—1花托离体培养的研究

报道了不同激素浓度对无融合生殖没菜花托器官分化效果的研究,结果显示：（１）以ＭＳ为基本培养基,以带有子房和花柄的花托为外植体离体培养,花托、花柄切口部位直接芽诱导的最佳激素配比为４．０ｍｇ／Ｌ６－ＢＡ＋０．０１ｍｇ／Ｌ ＮＡＡ,频率为５８．８２％,花托、花柄部位先形成愈伤组织,继而分化出丛生芽的最佳激素配比为５．０ｍｇ／Ｌ ６－ＢＡ＋０．５ｍｇ／Ｌ ＮＡＡ,频率为８４．００％;（２）腋芽增殖的最佳     

大岩桐花瓣切块离体培养高频率花芽再生

该文报道了大岩桐花瓣切块离体培养再生花现象,花瓣切块再生花有两种方式：一种是仅再生花芽（命名为BF）;另一种是既再生花芽也再生营养芽（命名为BF＋V）。花芽再生的能力与光照、花芽大小及培养基中赤霉素和细胞分裂素浓度紧密相关。当培养基中含有1.0 mg/L GA3时,BA的添加会显著增加总花芽（BF＋BF＋V）的形成率,添加0.5 mg/L BA时,总花芽形成率达100%。在暗中培养时,BF达93.4%。不同大小花芽的花瓣再生花的能力不同,7 mm直径花芽的BF最高,达86.7%。同时,对花芽再生过程中花瓣切块的组织结构形态变化也进行了观察。