植物气孔发育的分子调控机制

气孔是陆生植物表皮上可以调节的小孔,也是植物进行气体交换的主要通道。气孔不仅对植物的光合作用起着非常关键的作用,而且对全球的碳循环和水循环具有重要的影响。气孔分布和形态结构在单、双子叶植物间也有较大的差异,这些差异因植物种类不同影响着气孔发育的精细调控。本文综述了调控气孔前体细胞命运的分子网络、细胞极性分裂和表观遗传机制,归纳了外界环境信号通过与内源信号通路互作介导气孔发育的过程,提出了气孔发育基于多水平控制的气孔发育模型。     

植物气孔发育机制研究进展

气孔是分布在植物表面的微孔, 是植物水分散失和与外界环境进行气体交换的门户。经过多年的研究, 气孔发育过程中重要调节因子陆续被发现。气孔复合体结构、发育起始模式以及在双子叶植物和单子叶植物中的分布都有较大差异。该文综述了双子叶植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)气孔发育过程中调控因子、细胞极性分裂以及环境因子和植物激素调控气孔发育的机制; 还阐述了单子叶植物玉米(Zea mays)、二穗短柄草(Brachypodium distachyum)和水稻(Oryza sativa)气孔发育方面的研究进展, 并展望了气孔发育的研究方向。     

多细胞生物干细胞不对称分裂的内在调节机制研究进展

多细胞生物的发育是从一个受精卵分化成多种类型细胞的过程。细胞多样性形成的基础是不等分裂,不等分裂是干细胞自我更新和自我维持的关键。干细胞不等分裂有细胞内和细胞外两种调节机制。果蝇神经干细胞增殖和分化、植物胚胎发育、表皮气孔形成及根内皮层的分化,是研究不等细胞分裂调节机制最多的发育背景。本综述介绍了果蝇神经干细胞和植物胚胎发育早期、表皮气孔发生及根皮层内皮层中细胞不等分裂内在调节机制的研究进展。     

植物气孔发育及其调控研究

气孔是植物与外界进行气体交换的通道。植物通过调节表皮气孔的开闭、大小和数目来优化气体的通过量,从而适应自身的生存环境。最近的研究工作揭示了控制气孔发育的基本遗传途径,以及环境信号如何调控气孔发育的基本遗传途径。文章总结了控制植物气孔发育基本途径的分子基础以及外界环境因素(主要是光和二氧化碳)与激素信号对气孔发育的调控机制,并对将来本领域需要解决的几个问题提出了看法。     

气孔发育机制及其内外调控因子的研究进展

气孔是植物与外界环境进行气体与水分交换的重要通道,调节着植物的蒸腾与光合作用。在长期进化过程中,植物通过调节气孔行为和气孔发育机制来适应环境变化。不同植物气孔系的形成方式不尽相同,但过程均受到气孔发育信号网络系统的调节作用。近年来关于气孔发育机制的研究层出不穷,现重点综述各类转录因子、信号肽以及环境因子和植物激素对气孔发育的调节作用。该领域的研究为在微观层面揭示植物对环境变化的适应机制提供了科学基础。     

生长素调控植物气孔发育的研究进展

气孔是分布于植物表皮由保卫细胞围成的小孔, 是植物体与外界环境进行水分和气体交换的重要通道, 通过影响光合作用、蒸腾作用及一系列生物学过程来促进植物适应环境的变化。生长素是最早被发现的植物激素, 在植物生长发育中发挥重要作用。近年来的研究表明, 生长素通过载体蛋白-TIR1/AFB受体-AUXIN/IAA-ARFs信号通路, 调控STOMAGEN的表达; 之后, 经STOMAGEN-类LRR受体蛋白激酶ERf-MAPKs级联反应激酶-SPCH转录因子信号通路, 启动气孔的发育进程。EPF1、EPF2和类LRR受体蛋白激酶TMM不是该过程的必需元件。生长素对气孔的调控受光信号影响, 光信号通路组分E3泛素连接酶COP1位于MAPKs激酶的上游, 参与气孔的发育调控。     

植物GLKs生物学功能及分子作用机理研究进展

GLKs (GOLDEN 2-LIKEs)是一类植物特有的转录因子,靶向调控光合作用相关基因的表达,调控叶绿体的发育、分化并维持其机能,并参与调节果实的营养积累、叶片衰老、免疫反应及逆境胁迫应答等。GLKs受多种激素或环境因子的影响,是植物细胞调控网络的关键节点,也是改造作物光合能力的重要基因。基于国内外在植物GLKs研究中取得的众多进展,文中全面阐述了GLKs基因的生物学功能、分子机制及其育种实践,并构建GLKs介导的信号网络模型,为后期GLKs的理论与应用研究提供借鉴。     

气孔发育及其调控

气孔是植物与外界环境进行气体交换的重要通道,对其密度与分布的调控影响着植物的生存与生长。最近的研究工作已经鉴定了一系列参与气孔发育调控的转录因子和信号肽,并对其调控机制有了初步的了解。本文综述了最近几年有关气孔发育方面的研究进展,总结了参与气孔发育的相关因子,并对进一步研究需要解决的问题进行了简要的探讨。     

细胞周期因子与植物根系发育

植物根系的发育是一个非常复杂且被精确调控的过程,受到多种信号的调控,其中对细胞分裂水平调控的研究已经成为细胞生物学研究的热点之一.文章介绍了植物细胞周期因子和植物根系发育相关的细胞周期调控机制以及根系细胞周期激素调节的研究进展.     

利用激光扫描共聚焦显微镜研究拟南芥气孔发生与发育

通过激光扫描共聚焦显微镜,利用不同种类(波长)的激光研究拟南芥叶片气孔发生与发育。结果表明,利用紫外激光(351nm)扫描可以清楚观察到拟南芥表皮各种细胞及其发生发育的形态变化,包括表皮毛细胞、副卫细胞、保卫细胞、铺垫表皮细胞等。气孔发生过程中,首先原表皮细胞不对称分裂产生拟分生组织和副卫细胞,接着分化出保卫细胞母细胞,进一步发育形成保卫细胞,最终形成气孔器。气孔分化完成后,保卫细胞在紫外激光下不产生荧光,但利用蓝光激发(488nm)辅助荧光素染色,可清晰地看到保卫细胞。结果表明,激光扫描共聚焦显微镜在拟南芥叶表皮细胞形态研究上有独特的功能。     

乙烯对UV-B辐射诱导蚕豆气孔关闭的调控效应(英文)

UV-B辐射作为一种重要的环境信号影响着植物的生长与发育,它能够调控气孔运动和诱导乙烯产生.该试验利用乙烯生物合成抑制剂和乙烯受体抑制剂处理蚕豆叶片表皮条,结合气孔开度分析和乙烯释放量测定,研究乙烯在UV-B辐射调控表皮条气孔运动中的作用.结果发现,将蚕豆叶片表皮条置于0.8 W·m-2的UV-B辐射下1～4 h,乙烯生成和气孔关闭均被显著诱导,且乙烯释放峰先于气孔关闭的起始;乙烯生物合成抑制剂和乙烯受体抑制剂处理均能显著逆转UV-B辐射诱导的气孔关闭;外源乙烯处理也能模拟UV-B辐射的效应诱导可见光下蚕豆表皮条的气孔关闭.可见,乙烯介导了UV-B辐射诱导的蚕豆气孔关闭.     

C类花器官特征基因AGAMOUS(AG)调控植物花分生组织维持与终止研究进展

花分生组织的维持与终止在植物花器官发生和世代交替起着至关重要的作用。成功的花分生组织决定能够确保植物正常的生殖发育和生命周期进程。诸多研究表明AGAMOUS(AG)基因作为花器官分化和开花决定的主效调节因子,能够协调花发育过程中多种细胞命运决定。然而,关于AG参与调控植物世代交替及花分生组织维持与终止的分子调控机制尚不清晰。综述了近年来AG基因参与调控植物花分生组织维持与终止的研究进展及现状,以期为深入研究植物花器官分化过程中干细胞的维持和终止,以及干细胞活动与其他发育过程之间的分子调控过程提供参考。     

植物表皮毛发育的分子遗传控制

植物表皮毛是一种特化的单细胞表皮结构。近年来,通过对拟南芥表皮毛的分子遗传研究已发现了多个直接控制表皮毛发育的基因,它们都编码转录因子,包括M^1YB类转录因子(GLABROUS1、WEREWOLF、TRIPTY-CHON、CAPRICE),含WD40重复序列的转录因子(TRANSPARENT TESTA GLABRA1),bHLH类转录因子(GLABROUS3)。含HD—ZIP的转录因子(GLABROUS2),WRKY类转录因子(TRANSPARENT TESTA GLABRA2)。进一步的实验证明GL1／WER—GL3—TTG1通过形成一个转录调控复合体来控制表皮毛和根毛的发育。在根毛和表皮毛的发育过程中,临近的细胞竞争表达这些转录因子决定原初细胞的命运(包括GL1／WER,GL3,TTG1,GL2),同时,还表达一些转录因子阻止临近细胞接受这个命运(包括TRY和CPC)。此外,这一复合体还是其他器官(如种皮、下胚轴气孔等)发育所共用的一种调控机制。     

叶发育的遗传调控机理研究进展

叶是植物进行光合作用的主要器官。高等植物叶原基起始于顶端分生组织的周边区,在一系列基因精确调控下,叶原基建立近一远轴、基一顶轴和中．侧轴极性,引导原基细胞朝着特定的方向分裂和分化,最终发育戍一定形态和大小的叶片。近年来分子遗传学研究结果表明,数个转录因子家族基因、小分子RNA和细胞增殖相关因子组成一个复杂的遗传控制网络,调节叶片极性建成过程。此外,复叶的形态建成还受到另外一些转录因子的调控。本文对近年来叶发育遗传调控机理研究的新进展做简要介绍。     

植物细胞周期调控因子及其功能的研究进展

细胞周期调控因子能通过影响细胞周期对植物细胞的生长、分裂和分化产生作用,进而调节植物的生长发育。本文综述了近几年来植物细胞周期调控因子中细胞周期蛋白（cyclin,CYC）、周期蛋白依赖激酶（cyclin-dependent kinase,CDK）等的作用机理及研究进展,阐述了各调控因子在植物生长发育过程中的作用。     

黄土高原丘陵沟壑区抗侵蚀植物叶表皮的生态适应性

采用叶表皮临时装片法研究了黄土高原丘陵沟壑区不同土壤侵蚀环境沟间地、沟谷地和沟间人工刺槐林地6种抗侵蚀植物叶表皮组成细胞的形态特征.结果表明:沟间地抗侵蚀植物叶的上表皮气孔开度、气孔密度、气孔指数、气孔器长宽比可塑性、气孔器面积可塑性、表皮毛密度和表皮细胞密度分别比沟谷地提高93.8％、66.8％、17.9％、36.4％、42.3％、199.4％和46.5％,下表皮分别提高90.4％、76.6％、9.8％、47.1％、43.9％、98.2％和50.1％;沟间人工刺槐林地叶上表皮各形态指标分别比沟谷地提高66.7％、20.5％、11.9％、37.9％、19.8％、113.1％和10.8％,叶下表皮分别提高106.7％、45.8％、11.9％、41.3％、21.2％、52.2％和28.1％.沟间地植物叶上、下叶表皮毛长度分别比沟谷地缩短58.8％和29.7％,表皮细胞面积分别比沟谷地减少40.3％和37.0％.沟间人工刺槐林地叶上、下表皮毛长度分别比沟谷地缩短25.0％和23.6％,表皮细胞面积分别比沟谷地减少22.2％和19.2％.抗侵蚀植物通过增加叶表皮气孔开度、气孔密度、气孔指数、气孔器长宽比可塑性、气孔器面积可塑性、表皮毛密度、表皮细胞密度和减少表皮毛长度、表皮细胞面积来适应较强的土壤侵蚀环境.     

黄土高原丘陵沟壑区抗侵蚀植物叶表皮的生态适应性

采用叶表皮临时装片法研究了黄土高原丘陵沟壑区不同土壤侵蚀环境沟间地、沟谷地和沟间人工刺槐林地6种抗侵蚀植物叶表皮组成细胞的形态特征.结果表明: 沟间地抗侵蚀植物叶的上表皮气孔开度、气孔密度、气孔指数、气孔器长宽比可塑性、气孔器面积可塑性、表皮毛〖JP2〗密度和表皮细胞密度分别比沟谷地提高93.8%、66.8%、17.9%、36.4%、42.3%、199.4%和46.5%,下表皮分别提高90.4%、76.6%、9.8%、47.1%、43.9%、98.2%和50.1%;沟间人工刺槐林地叶上表皮各形态指标分别比沟谷地提高66.7%、20.5%、11.9%、37.9%、19.8%、113.1%和10.8%,叶下表皮分别提高106.7%、45.8%、11.9%、41.3%、21.2%、52.2%和28.1%.沟间地植物叶上、下叶表皮毛长度分别比沟谷地缩短58.8%和29.7%,表皮细胞面积分别比沟谷地减少40.3%和37.0%.沟间人工刺槐林地叶上、下表皮毛长度分别比沟谷地缩短25.0%和23.6%,表皮细胞面积分别比沟谷地减少22.2%和19.2%.抗侵蚀植物通过增加叶表皮气孔开度、气孔密度、气孔指数、气孔器长宽比可塑性、气孔器面积可塑性、表皮毛密度、表皮细胞密度和减少表皮毛长度、表皮细胞面积来适应较强的土壤侵蚀环境.     

低空气湿度下气孔运动的调控

植物气孔应答气候环境因子的机制,一直是植物抗逆生理研究领域的热点课题。空气湿度是主要的气候环境因子之一,人们很早就发现降低空气湿度能导致气孔开度变小,但到目前为止,对调控这一生物学过程的机制还知之甚少。本文概述近年来在植物气孔应答低空气湿度信号的运动规律、水被动反馈假说、水主动反馈假说、水力调节与代谢调节的关系等方面的进展,并基于进化学的理论,提出了水力调节和代谢调节的反向消长模式,以期解释大量物种气孔对低空气湿度的不同应答反应。     

安徽黄精属植物叶片的比较解剖学

对安徽黄精属(PolygonatumMill.)7种植物的叶片进行了比较解剖学研究。结果表明:(1)7种黄精属植物叶肉细胞中普遍存在含针晶束的异细胞,其数量多少存在种间差异;(2)除玉竹(P.odoratum)的下表皮外,叶表皮均无表皮毛的存在;(3)仅下表皮有气孔器分布,除湖北黄精(P.ganlandeianens)既有单个散布也有2个或3个聚集后随机散布外,均为单个随机散布在下表皮上;(4)叶片无栅栏组织和海绵组织的分化,除湖北黄精和安徽黄精(P.anhuiense)的叶片有不显著的栅栏组织和海绵组织的分化;(5)气孔器的某些特征,如气孔器大小、气孔器分布、气孔器类型等特征以及表皮细胞形状和垂周壁式样在种间有一定的差异。上述特征为黄精属植物种的划分及系统演化关系的探讨提供实验证据。     

中国北方鸢尾属植物叶片解剖结构特征及分类学价值研究

以中国北方生长的鸢尾属9种植物为研究对象,利用光学显微镜对叶表皮细胞形状及大小、气孔大小、气孔分布及气孔密度、气孔指数等叶表皮构造特征进行观察,并探讨了叶表皮特征在鸢尾属内各个亚属、亚组间的分类学价值,结果表明：表皮细胞的形状和大小显示了同亚属或同亚组植物之间较为明显的亲缘关系,在区分鸢尾属下不同亚属或亚组植物上也有一定的分类学价值。气孔密度和气孔指数在鸢尾属内分类学价值不大,但却能很好地反映不同鸢尾属植物与生境之间的密切关系。并从表皮构造特征上证实了野鸢尾与射干有很强的亲缘关系,且近于鸢尾属内的其他植物的结论;此外,通过对鸢尾属植物叶横切解剖结构的观察：从维管束、横切面形状、表皮细胞与角质层、乳突、气孔、气室大小、叶肉细胞的分化这7个较为明显的特征上的相关性和差异性,探讨了由于生境的不同而产生的植物形态结构的差异。