保卫细胞胞质中Ca~(2 )浓度变化与气孔开闭之间的关系

外界环境因素刺激 (环境胁迫、激素等 )引起保卫细胞内外Ca2 转移 ,进出胞质或进出液泡、内质网等细胞器 ,导致胞质中Ca2 浓度发生变化 ,从而最终制约着气孔的开闭。文章对保卫细胞胞质中Ca2 浓度变化与气孔开闭之间的关系及其机制作了介绍     

超氧阴离子通过提高[Ca2+]cyt调节保卫细胞K+通道和气孔运动

氧化信号参与了许多生理过程的调控。用膜片钳和激光共聚焦显微镜,采用可以产生O2^ 的甲基紫精处理蚕豆(Vicia faba L)保卫细胞,测定了O2^ 对气孔运动调节过程中胞质Ca^2 离子浓度和细胞质膜K^ 通道活性的变化,结果表明甲基紫精可以促进气孔的关闭,乙二醇四乙酸酯(Ethylene glycol bis(2-aminoethyl)tetra-acetic acid,EGTA)、抗坏血酸(Ascorbic acid,AsA)和过氧化物酶(Catalase,CAT)可以消除小于10^-5mol／L甲基紫精对气孔运动的影响;10^-2和10^-5mol/L的甲基紫精可使保卫细胞胞质Ca^2 浓度有不同程度提高,并伴随有钙震荡。蚕豆气孔保卫细胞质膜内向K^ 通道可被咆外甲基紫精抑制,而这种抑制和[Ca^2 ]cyt有关。推测甲基紫精产生的O2^-对蚕豆气孔运动的调节,主要是通过O2^ 诱导的胞内游离Ca^2 浓度的升高,从而抑制了通过保卫细胞质膜K^ 内向电流。     

脱落酸诱导气孔关闭的信号转导研究

气孔保卫细胞是单个细胞水平研究ABA信号转导机制的一个模式系统。脱落酸(ABA)通过对保卫细胞生理生化状态、胞质Ca^2 浓度及其离子通道调节诱导气孔关闭过程。这个过程涉及的因素有：ROS、IP3、cADPR、蛋白质的可逆磷酸化等。     

Ca2+参与水杨酸诱导蚕豆气孔运动时的信号转导

在一定条件下,外源水杨酸(SA)可以诱导蚕豆(Vicia faba L.)气孔关闭,阻止气孔张开。以Fluo-3—AM作为Ca^2 的荧光探针,利用激光共聚焦扫描显微技术,对水杨酸调控气孔运动中保卫细胞胞质Ca^2 的变化趋势及Ca^2 的来源进行了研究。结果表明,水杨酸可引起胞质Ca^2 增加,这种变化发生在气孔开度改变之前。Ca^2 螯合剂BAPTA（1,2-bis(2-amino phenox-y)ethane-N,N,N′,N′-tetraacetic acid,1mmol/L)几乎可以完全抑制水杨酸诱导气孔开度减小的作用;胞外Ca^2 螯合剂EGTA(2mmol/L)、质膜Ca^2 通道抑制剂尼群地平(nifedipine,NIF,1μmol/L)和LaCl3(1mmol／L)可不同程度地减弱水杨酸诱导气孔关闭的效应。BAPTA(1mmol／L)预处理后,水杨酸不再引起胞质Ca^2 含量改变;尼群地平能够降低水杨酸引起的胞质Ca^2 增加的幅度。说明Ca^2 可能参与水杨酸诱导气孔运动的信号转导。水杨酸引起胞内升高的Ca^2 可能既来自胞外又来自胞内,胞内Ca^2 库可能是其主要来源。     

测定吞豆保卫细胞胞质中游离Ca^2＋的荧光染料孵育法

采用孵育法将Ca2 荧光探针Fluo-3 AM引入蚕豆保卫细胞,结合激光共聚焦扫描显微技术,测定了胞质游离Ca^2 及外源刺激引起的Ca^2 的动态变化,测得的蚕豆保卫细胞胞质游离Ca^2 的浓度为几十至上百nmol.L^-1之间,与胞质游离Ca^2 的水平是符合的。     

保卫细胞钙信号的研究进展

钙(Ca^2 )是多种信号途径的第二信使。Ca^2 成像技术的成熟和发展为显示保卫细胞胞质Ca^2 浓度([Ca^2 ]cyt)的分布及外界刺激引起[Ca^2 ]cyt的变化模式提供了很好的研究工具,关于细胞内外Ca^2 库释放Ca^2 的机制也有了较清楚的认识。拟南芥突变体的研究使Ca^2 信号上游分子及其排序更加明确,[Ca^2 ]cyt增加下游的磷酸化和去磷酸化过程也是气孔关闭必需的生理过程。     

Ca^2＋参与茉莉酸诱导蚕豆气孔关闭的信号转导

以Fluo-3 AM为Ca^2＋荧光探针,结合激光共聚焦扫描显微技术,观察到在处理后数十秒内,气孔关闭之前,茉莉酸（JA）可引起[Ca^2＋]cyt的迅速上升;对照和JA的前体物亚麻酸（LA）几乎不能引起[Ca^2＋]cyt的明显变化;钙的螯合剂EGTA预处理可完全阻断JA诱导气孔关闭的效应,并且JA不再引起保卫细胞[Ca^2＋]cyt增加;质膜Cah通道的抑制剂硝苯吡啶（nifedipine,NIF）可减弱JA诱导气孔关闭的效应,也使JA诱导保卫细胞[Ca^2＋]cyt增加的幅度有所下降;胞内Ca^2＋释放的抑制剂钌红不能明显改变JA诱导气孔关闲的趋势,但使JA引起的保卫细胞[Ca^2＋]cyt增加有所降低。实验结果表明：Ca^2＋参与JA诱导气孔关闭的信号转导;推测JA引起的[Ca^2＋]cyt升高可能主要来源于胞外,但不能完全排除胞内Ca^2＋的释放。     

茉莉酸甲酯诱导保卫细胞气孔关闭的信号转导机制

气孔是由植物器官表面成对的保卫细胞围成的小孔,气孔运动控制气体交换,与植物逆境应答和生长发育等生物学过程密切相关,受多种因子调控,茉莉酸甲酯(MeJA)是其中之一。与ABA类似,MeJA也可诱导气孔关闭,但是其机理尚不清楚。该文综述了近年来MeJA调控气孔运动的信号转导机制进展,包括Ca2+、胞质pH、活性氧和NO等第二信使对气孔开闭的影响以及COI1、JAR1、RCN1和TGG1/2等信号组分之间的调控关系,并讨论了保卫细胞中MeJA与ABA信号途径的相互作用。     

低温胁迫下拟南芥CBF1超表达突变体胞质中Ca^2＋浓度的变化

低温严重影响植物的生长,低温刺激可引起植物细胞中Ca^2＋浓度迅速升高。以拟南芥（Arabidopsis thaliana）CBF1超表达突变体为材料,研究了低温处理时CBF1基因的表达情况及胞质Ca^2＋的浓度变化。结果表明,CBF1本身可受低温诱导。同时将水母发光蛋白基因转入该拟南芥突变体中并检测Ca^2＋的浓度变化,发现低温刺激时突变体细胞质中Ca^2＋的浓度变化幅度明显高于野生型,但液泡的胞质而两侧Ca^2＋的浓度变化相似。用EGTA和LaCl3处理拟南芥后,胞质Ca^2＋的浓度升高被抑制,并且CBF1突变体及对照胞质中的Ca^2＋浓度下降到同一水平。上述结果表明,Ca^2＋参与了CBF1应答低温信号的转导过程,并且CBF1超表达突变体可能是通过提高胞质Ca^2＋浓度来提高植物的抗低温胁迫能力。     

蚕豆下表皮细胞外钙调素的存在及其对气孔运动的调节

细胞外钙调素可能作为多肽第一信使,调节细胞增殖、花粉萌发、特定基因表达等生理过程.气孔能灵敏地对外界刺激作出反应,快速开闭.本文用免疫电镜和免疫荧光显微镜技术证明保卫细胞及其它表皮细胞胞外都存在钙调素.外源纯化钙调素能促进气孔关闭、抑制气孔开放,最适浓度为10-8mol/L;不能透过质膜的大分子钙调素拮抗剂W7-agarose和钙调素抗血清都能抑制气孔关闭、促进开放,说明保卫细胞的内源胞外钙调素确实能促进气孔关闭、抑制开放,而且只能在细胞外起作用.推测在自然情况下,保卫细胞内源胞外钙调素可能作为胞外第一信使和其它信号分子一起调节气孔的开关运动,而且可能在环境刺激与细胞响应之间起重要作用.