砷诱导蚕豆气孔保卫细胞死亡的毒性效应

采用蚕豆(Vicia faba L.)叶面气孔保卫细胞,研究砷对细胞的毒性效应。结果表明,0.3—10 mg/L的NaAsO_2能降低保卫细胞活性,使部分细胞死亡,死亡率随砷浓度升高而增高。死细胞中呈现核固缩、核崩解等典型程序性死亡特征,且泛caspase抑制剂Z-Asp-CH_2-DCB能阻止NaAsO_2诱发的细胞死亡。过氧化氢清除剂过氧化氢酶与NaAsO_2共同作用时,细胞死亡率显著低于砷单独处理组,保卫细胞内Ca~(2+)水平降低,具程序性死亡特征的细胞数减少;Ca~(2+)特异性螯合剂EGTA亦能降低NaAsO_2诱发的细胞死亡。研究结果表明,NaAsO_2能诱发蚕豆保卫细胞程序性死亡,该过程由胁迫引发的ROS升高引起,ROS可能通过激活质膜Ca~(2+)通道,使胞外Ca~(2+)内流,造成胞内Ca~(2+)浓度升高,进而诱导细胞程序性死亡。     

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     

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。     

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。     

拟南芥CBF1与植物对低温和干旱的抗性

对冷驯化过程中基因表达差异的认识,使抗冻基因(COR)的克隆及其功能的分析成为研究冷驯化过程的主要目标。在拟南芥和其他抗冻植物中,分离了许多COR基因,这些基因对植物抗冻起着非常重要的作用。在拟南芥COR调控的研究中,发现了CBF转录因子的基因家族,其中CBF1能调控一组COR基因的表达。近年来,在冷敏植物如番茄和玉米中也发现了CBF类似基因,拟南芥CBF1基因在转基因番茄中的过量表达提高了植株的抗寒和抗旱性。这一研究结果展示了拟南芥CBF1类似基因的应用可能为冷敏植物抗寒和抗旱性的品种改良提供一条新的途径。     

环核苷酸和血管平滑肌功能的调节

cAMP在β受体激动剂及其他物质如磷酸二酯酶抑制剂诱发的血管平滑肌松弛中起“第二信使”的作用。cGMP 可能介导外源性的含氧化氮的化合物和内源性的内皮细胞松弛因子的扩血管作用。它们的作用机制还不清楚,可能包括直接抑制收缩系统,降低细胞内 Ca~(2+)浓度,影响细胞膜成份的结构和功能,以及抑制肌醇磷脂水解。     

非损伤微测技术实时检测海马脑片跨膜钙离子流

脑内β-淀粉样蛋白(amyloid-βprotein,Aβ)的聚集是阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)的重要病理特征。Aβ的神经毒性作用机制与其扰乱神经元Ca~(2+)稳态有密切关系。非损伤微测技术(non-invasive micro-test technique,NMT)是近年发展起来的一种利用Fick第一扩散定律和Nernst方程,通过非接触方式检测膜外扩散电位获取离子跨膜流速的最新技术手段。本研究在C57BL/6小鼠海马脑片,利用NMT首次检测了Aβ对谷氨酸(Glu)诱发的Ca~(2+)内流以及细胞外低钙引起的Ca~(2+)外排的影响,并初步探讨了Aβ扰乱神经元Ca~(2+)稳态的相关机制。结果显示:(1)急性给予Glu可诱发海马脑片CA1区神经元产生起始快、继而缓慢衰减的持续性内向Ca~(2+)流;(2)Aβ预处理浓度依赖性地增强海马神经元对Glu的反应性,显著提高给药后5 min内Ca~(2+)内流的平均流速,而NMDA受体拮抗剂D-APV可有效阻断Aβ对神经元Glu反应的这种易化作用;(3)用低钙人工脑脊液急性灌流脑片可引起海马CA1区神经元产生持续的外向跨膜Ca~(2+)流,其大部分可被特异性Na+/Ca~(2+)交换体抑制剂KB-R7943所阻断;(4)Aβ预处理可部分抑制低钙人工脑脊液引起的Ca~(2+)外排。这些结果表明:Aβ引起的细胞内Ca~(2+)超载不仅涉及到Ca~(2+)内流增加,也与其对Ca~(2+)外排的抑制有关;Aβ易化Glu的兴奋毒作用主要是通过NMDA受体介导的,其抑制Ca~(2+)外排的靶点主要是Na+/Ca~(2+)交换体。NMT具有操作相对简单、实时获取结果、非损伤的优点,适用于脑片Ca~(2+)内流和Ca~(2+)外排的长时间测定。因此,本研究不仅为解释Aβ所致Ca~(2+)超载的神经毒性机制提供了新的实验证据,也为开展跨膜Ca~(2+)信号转导机制的脑研究提供了新的技术方法。     

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。     

芍药苷对大鼠背根神经元细胞内Ca~(2+)的影响

目的建立一种评价芍药苷对大鼠背根神经节神经元细胞内游离Ca~(2+)浓度影响的方法。方法显微解剖获取大鼠背根神经节(DRG),通过胰蛋白酶消化,过筛,用DF-12和抗有丝分裂培养液交替培养纯化,获得原代大鼠DRG神经元细胞,并采用细胞免疫荧光技术测定DRG神经元细胞纯度;采用激光共聚焦显微成像技术,观察细胞内Ca~(2+)荧光强度的变化,并对Ca~(2+)荧光强度变化率进行分析,探讨芍药苷对DRG细胞内游离钙离子浓度及辣椒素受体的影响。结果采用上述方法分离得到的DRG细胞纯度可高达95%以上,辣椒平可通过阻断辣椒素激活的瞬时受体电位通道的作用而抑制细胞内Ca~(2+)的增加。芍药苷表现出与辣椒平类似的作用,可以阻断细胞外Ca~(2+)内流。结论芍药苷可能是通过作用于TRPV1通道,而抑制DRG细胞内Ca~(2+)大量增加,本方法可以用于评价药物对大鼠DRG细胞内Ca~(2+)浓度的影响。     

Ca~(2 )对叶绿体中超氧物自由基产生以及由ACC形成乙烯的影响

高浓度Ca~(2 )(0.1 mol/L)使叶绿体产生O_2~ 的能力下降,旋转相关时间(τ_c)增大34.3％,即膜的流动性降低,并抑制ACC形成乙烯;衰老时细胞内的Ca~(2 )作用却与此相反;O_2~ 的生成与乙烯的产量成正相关(r=0.941)。EGTA,吩噻嗪和W_7等加入到叶绿体反应体系中,可使O_2~ 的产量下降,ACC形成乙烯减少;相反,亚油酸作为Ca~(2 )载体,却使之明显升高,但亚油酸本身产生乙烯的量比ACC少得多。因此推测:高浓度Ca~(2 )可能影响叶绿体膜的状态,从而影响EFE的构象或者减少O_2~ 的生成,抑制ACC的转化,衰老时细胞内的Ca~(2 )可启动钙信使系统,使O_2~ 的产量升高,而其中膜脂过氧化是衰老的中心环节,因此O_2~ 的升高可能是诱发衰老启动的重要因素。     

丛枝菌根真菌根外菌丝跨膜H~+和Ca~(2+)流对干旱胁迫的响应

丛枝菌根真菌(AMF)能够和大多数陆地植物形成共生体系,对于植物生长发育和适应各种逆境胁迫具有重要作用。很多研究表明干旱胁迫下AMF能够促进宿主植物对水分的吸收从而增强植物抗旱能力,但目前针对AMF根外菌丝响应水分胁迫的生理变化以及AMF与宿主植物逆境信号交流的研究并不多。该研究利用AMF Rhizophagus irregularis和胡萝卜(Daucus carota var. sativa)毛状根双重无菌培养体系获得纯净根外菌丝,向培养基添加聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫,运用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM-EDS)观察干旱胁迫对AMF根外菌丝形态的影响,同时采用非损伤微测技术(NMT)观测根外菌丝跨膜H+和Ca~(2+)离子流变化。结果发现,PEG处理1h后菌丝尖端和侧面发生H+外流和强烈的Ca~(2+)内流,荧光探针分析也显示菌丝胞内pH值显著上升、Ca~(2+)浓度增加; PEG处理24 h后菌丝形态发生明显变化,培养基pH值降低, P、Ca、Fe等元素在菌丝际积累。这些试验结果表明,干旱胁迫下AMF根外菌丝跨膜H+和Ca~(2+)流发生变化,促进了菌丝与环境之间的物质交换。菌丝酸化生长环境有利于养分吸收,并促进AMF与宿主植物之间的信号交流以增强植物的耐旱性。     

盐胁迫下外源脯氨酸和丙二醛对冰叶松叶菊愈伤组织中离子和脯氨酸含量的影响

盐胁迫下外源脯氨酸明显促进冰叶松叶菊愈伤组织中Ca~(2+)、Na~+和K~+及脯氨酸的积累。低浓度丙二醛(MDA)对Na~+、K~+和Ca~(2+)的积累略有促进,而高浓度MDA则有抑制作用。无NaCl时,MDA对细胞中脯氨酸的积累有促进,而在NaCl胁迫下则有抑制作用。     

外源Ca~(2+)连续喷施时间对辣椒淹水胁迫的缓解效应研究

以‘博辣红牛’辣椒为材料,研究外源Ca~(2+)连续喷施不同天数对淹水胁迫下辣椒幼苗农艺性状和生理指标的影响,探讨Ca~(2+)对辣椒淹水胁迫伤害的缓解作用和适宜的喷施处理天数。结果显示:(1)辣椒幼苗生物量、壮苗指数、叶绿素、根系活力、脯氨酸、可溶性糖以及CAT和SOD活性随施Ca~(2+)天数的增加呈先升高后下降的趋势,MDA含量随施Ca~(2+)天数的增加呈先下降后上升的趋势。(2)施Ca~(2+)1d(T1d)处理对辣椒淹水胁迫伤害无明显缓解作用,连续施Ca~(2+)3d(T3d)和6d(T6d)处理的缓解效果不断增强,至连续施Ca~(2+)9d(T9d)时缓解效果达到最佳,随后连续施Ca~(2+)12d(T12d)和20d(T20d)处理的缓解效果又逐渐减弱,但仍显著优于T1d处理。研究表明,外源Ca~(2+)可以诱导增加淹水胁迫下辣椒幼苗渗透调节物质含量,上调抗氧化酶活性,降低叶绿素的降解,大幅提高根系活力,从而缓解淹水胁迫所造成的各种伤害,增强其忍耐淹水胁迫能力,并以连续施钙9d对淹水胁迫的缓解效果最佳。     

Ca~(2+)信号在植物与环境微生物互相作用中的分子调控机制

自然界植物与环境微生物之间的相互关系除了胁迫以外,同时也有互利互惠的共生互作关系。无论是能对植物造成胁迫伤害的植物-病原菌互作体系,还是能够为植物提供营养的植物-微生物共生互作体系,其细胞信号转导通路中Ca~(2+)信号的分子调控对两种互作体系都有着非常重要的作用。该文对近年来国内外有关植物-病原菌和植物-微生物互作体系在细胞信号转导过程中Ca~(2+)信号上游的分子调控机制分别进行了综述。     

Ca~(2+)与细胞功能的调节

Ca~(2+)做为一种信使参与多种细胞功能的调节。本文着重从激动剂引起的Ca~(2+)动员(Ca~(2+)mobilization)方面阐述 Ca~(2+)对某些细胞反应系统的调节机理,这种调节作用对于细胞生理功能的表现有极其重要的意义。     

关于胞浆Ca~(2+)的若干研究新进展

胞浆Ca~(2+)跃升的机理和功能意义测量单细胞的胞内Ca~(2+)水平,发现许多细胞当受到刺激时产生节律性的Ca~(2+)跃升(spiking)。在心肌细胞等可兴奋性系统中,关于细胞内Ca~(2+)跃升的概念是人们熟知的,即每次心搏中心肌细胞膜的去极化可引起钙库中的钙暴发性释放。实际上,非兴奋性细胞在激素和生长因子等作用下也可发生钙库中钙的周期性释放。由于在细胞膜电压予以钳制的条件     

植物抗冻机理研究新进展：抗冻基因表达及其功能

综述了迄今业已分离和鉴定的低温诱导表达的抗冻基因,以及通过染色体基因制图方法褐示和证实的抗冻性基因,并着重地介绍了这些抗冻基因在提高植物抗冻能力上的功能。这些抗冻基因表达合成的新多肽具3有高度的亲水性,起着保护和稳定细胞膜结构的作用,从而防止冰冻伤害,提高植物的抗冻能力,同时还介绍了抗冻基因表达中的某些调节因子,其中尤其值得注意的是,CBF基因似乎有可能作为抗冻基因表达的“主开关”,以及Ca^2 作为植物细胞的第二信使在传递低温信号,启动和调节抗冻基因表达中可能的重要作用,这些研究结果,不仅为阐明植物的抗冻机理提供了新的证据,而且为改良农作物的抗寒性提供了新的启示。     

植物抗冻机理研究新进展：抗冻基因表达及其功能

综述了迄今业已分离和鉴定的低温诱导表达的抗冻基因,以及通过染色体基因制图方法揭示和证实的抗冻性基因。并着重地介绍了这些抗冻基因在提高植物抗冻能力上的功能。这些抗冻基因表达合成的新多肽具有高度的亲水性,起着保护和稳定细胞膜结构的作用,从而防止冰冻伤害、提高植物的抗冻能力。同时还介绍了抗冻基因表达中的某些调节因子,其中尤其值得注意的是,CBF基因似乎有可能作为抗冻基因表达的“主开关”,以及Ca2+作为植物细胞的第二信使在传递低温信号、启动和调节抗冻基因表达中可能的重要作用。这些研究结果,不仅为阐明植物的抗冻机理提供了新的证据,而且为改良农作物的抗寒性提供了新的启示。     

眼镜蛇毒直接溶解因子对人肝癌细胞株细胞内游离钙动态变化的影响

用荧光染料FIuo-3标记人肝癌细胞株H_(7402)细胞内游离钙,在粘附式细胞仪观察检测单个细胞内游离钙水平的动态变化,细胞在无钙环境中,直接溶解因子(DLF)刺激下细胞内游离钙迅速升高,达到峰值后下降;在细胞培养皿中加入1mmol/L CaCl_2,DLF使胞浆游离钙持续升高;加入10mmol/L CaCl_2,DLF刺激后胞浆游离钙水平无明显变化,表明DLF能引起胞内Ca~(2 )释放和胞外Ca~(2 )内流,细胞外高浓度Ca~(2 )能阻断DLF升高细胞内Ca~(2 )浓度的 作用。     

黄瓜子叶节离体培养物花分化Ca2+敏感期的研究

植物开花是一个非常复杂的过程,对其机理的研究有着重要的实践意义和理论意义。近百年来进行了广泛的生理生化研究,提出过多种假设。自90年代初成功分离了花器官分化和发育基因以来,使这一研究领域进入了分子水平。钙不仅是植物的矿质营养元素之一,而且Ca~(2+)作为植物的第二信使,参与细胞内多种生理生化活动。许多研究结果表明,Ca~(2+)在成花诱导、花芽形成和分化过程中起重要作用,我们自建立黄瓜子叶培养物离