植物气孔运动调节的新进展

综述了植物气孔的发生和气孔运动的调节机制,并对高表达pepc水稻气孔调节机理和高光效特性的关系作了简要的分析,最后对植物气孔运动的调节机制研究做了展望。     

植物应对干旱胁迫的气孔调节

气孔是植物控制叶片与大气之间碳、水交换的重要门户,植物的生长和生存都依赖于叶片气孔对碳获取和水散失的调控.因此,气孔调节机理研究与气孔导度模型研发是精确模拟陆地生态系统碳、水循环过程不可或缺的内容.近年来,随着气候变化的加剧,干旱事件愈发频繁,对植物的存活、生长和分布产生深刻影响.为了深入理解植物碳-水耦合机理过程、预测全球变化下植物及群落的动态,开展植物应对干旱胁迫的气孔调节研究尤为重要.本文综述了植物在干旱胁迫条件下气孔调节机制和模型研究进展.首先阐述了植物气孔对干旱胁迫的主动调节与被动调节,讨论了气孔调节的演化过程,包括蕨类和石松类植物的被动水力调节、被子植物的主动调节和裸子植物的双重调节机制,认为裸子植物的气孔调节方式是植物进化过程中介于蕨类、石松类植物和被子植物之间的一种重要过渡类型.然后分析了气孔调节与水力调节的关系,讨论了“植物水势和气孔导度解耦”问题中存在的争议.之后介绍了基于水分利用效率假说和最大碳增益假说所建立的气孔导度优化模型的应用,并指出后者有更强的预测能力和应用前景.最后,为了有效减少植被对气候变化响应预测中的不确定性,提出了2个亟待开展的研究问题:将植物叶片的气孔调节功能研究由个体扩展到生态系统甚至更大尺度,改进陆地生态系统碳水循环机理模型;量化气孔调节的主动水力反馈过程,修正植物气孔功能水力模型.     

脱落酸和激动素对女贞叶气孔开闭的调节

叶气孔的开闭关系到植物同外界气体的交换,它对光合作用、呼吸作用和蒸腾作用均有很大影响。引起气孔运动的机理很复杂。前人的工作表明,激素亦参与气孔开闭的调节。如脱落酸(ABA)促进气孔的关闭,而激动素(KT)则促进气孔的开启。但这方面的研究多数是以草本植物进行的,木本植物的资料则少见。而这对控制干旱地区树木的     

关于气孔开关的化学调节

气孔的开关运动,不仅是由于保卫细胞中淀粉的合成或分解而引起的渗透压变化所致,实际上,它受到多种因素的综合影响。近年来已陆续有人报导,气孔的开关可以为一些化学物质所控制。这是一个颇有意义的问题。可以设想,如果气孔的开关能够通过化学物质来控制,那将为人工地管理气孔、调节蒸腾与光合开辟一条新的途径。已试用过哪些药剂?     

最优气孔行为理论和气孔导度模拟

气孔调节功能是陆地生态系统碳-水耦合过程中最重要的环节。与即时的气孔导度测量相比, 气孔导度斜率能有效地反映气孔导度对CO₂浓度、饱和水汽压亏缺和光合作用的敏感性, 包含了环境因子对光合作用和临界水分利用效率等的综合影响, 为研究全球变化下陆地生态系统碳-水耦合关系提供了一个简明且综合的框架。气孔导度模型从经验模型、半经验模型发展到机理模型, 经过很多学者的改进, 但是模型参数的生物学意义和变化规律还不明确。鉴于气孔导度斜率方面研究的重要性和研究的不足, 为了加强对气孔导度调节规律的认识, 并减少气孔导度模拟的不确定性, 该文主要综述了长期以来国内外关于最优气孔行为理论和气孔导度模拟方面的研究成果, 其中包括广泛使用的气孔导度模型及参数意义, 讨论影响气孔导度斜率的主要因素以及气孔导度机理模型的应用, 并对最优气孔行为理论和气孔导度模拟方面的研究做了简单展望。     

叶片生长进程中气孔发育对叶温调节的影响

鉴于气孔发育影响气孔导度和蒸腾速率,推测气孔发育可能影响叶温调节。为验证这一假设并阐述相关规律,在控光和控温条件下研究了冬青卫矛和华北紫丁香气孔发育、气孔导度、蒸腾速率及其与叶温的关系。结果表明,伴随冬青卫矛、华北紫丁香叶片生长气孔逐渐增大,但气孔密度下降;在此过程中,气孔导度和蒸腾速率逐步提高,而叶片温度降低;尽管冬青卫矛和华北紫丁香叶片的气孔密度和大小差异很小,但华北紫丁香近轴侧和远轴侧均有气孔分布,而冬青卫矛则只有远轴侧分布气孔,且相同条件下华北紫丁香的气孔导度和蒸腾速率高、叶温低。因此,气孔发育能够促进气孔导度和蒸腾速率提高,有助于降低叶温;近轴侧气孔可能更有利于蒸腾降温。     

根源ABA参与气孔调节的数学模拟

建立了包括植物体内的水分传输,并有根源ABA参与的气孔调节模型,模拟了饱和水气压差(VPD)、气温、表层土壤含水量(θ_(s1))等环境因子对叶片水势、木质部汁液中ABA浓度([ABA]_x)及气孔导度的影响。结果显示,VPD和气温的变化能够改变叶片水势及气孔导度;[ABA]_x几乎不受VPD和气温变化的影响,却决定着叶片水势及气孔导度对VPD和气温变化的响应幅度;θ_(s1)影响[ABA]_x,并由此影响气孔导度,但相比之下对叶片水势的作用并不显著。     

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W—-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。     

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.     

介绍一种新的气孔开度测定方法

气孔是植物进行气体交换的主要门户。气孔开度是气孔运动的最重要生理指标。研究气孔机制及其控制必须测定或估算气孔开度。目前常用的气孔开度测定方法可分两大类,即用显微方法测定和通过测定导性来估算。前者虽然费时而且手续烦杂,但只有它能提供气孔和保卫细胞的尺度。以前的显微方法不是受到光学显微镜分辨率的限制,     

三色苋气孔发育的研究

对三色苋叶片气孔的分化、密度、老化等进行了研究,结果表明保卫细胞母细胞的分化始于叶长13.8 mm的未展开心叶上,伴随着叶的展开,气孔成熟开孔.叶片气孔的分化是持续进行的,气孔密度的最大值出现在叶长27 mm、叶面积1.18 em2时.在下部老叶上观察到了气孔的老化和崩溃.     

腐植酸钠调节气孔开启度与植物激素作用的比较观察

比较腐植酸钠(HA)、脱落酸(ABA)和激动素(KT)对蚕豆叶片气孔开启度的影响。5 ppm ABA显著抑制气孔开启,而5 ppm KT则明显促进气孔开张。不同来源的HA及黄腐酸(FA)类似ABA的作用,抑制气孔开启,但其作用浓度较ABA高,以100 ppm为宜。在一定浓度范围内KT可以抵消ABA与FA的作用。而FA与ABA的协同作用并不明显。这说明FA抑制气孔开启的作用机理与ABA不尽相同。对不同来源的HA及FA进行比较试验,发现它们抑制气孔开启的效果不同。进一步对大同HA的不同组份作对比试验,抑制效果虽有差别,但都有一定作用。对FA抑制气孔开启的原理还进行了初步探讨。     

大花美人蕉花发育过程中气孔密度和气孔指数的动态变化

对大花美人蕉(Canna generalis Bailey)不同发育时期花瓣、苞片和花萼上气孔的分布情况、气孔密度和气孔指数的变化进行了研究。结果表明,花瓣、苞片和花萼上、下表皮均有气孔分布。花瓣、苞片和花萼上表皮的气孔密度和气孔指数均小于下表皮的。随着花的发育,花瓣、苞片和花萼上的气孔密度和气孔指数一般呈现先上升后下降的变化趋势。     

微丝骨架和活性氧在调节气孔运动中的作用及机制

气孔运动调节植物的光合作用和蒸腾作用,对植物的生长发育和干旱等非生物胁迫的响应都起到重要的作用。保卫细胞能够通过感知胞内和胞外多种信号调节气孔开度,因此,保卫细胞已经成为植物细胞信号转导研究中广泛应用的细胞模型。该文对保卫细胞中微丝骨架和活性氧对气孔运动的调节作用、微丝骨架在调节细胞壁与质膜间联系中的作用进行了综述,最后分析了微丝骨架通过ROS(reactive oxygen species)调节保卫细胞壁–质膜联系参与气孔运动调控的可能机制。     

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。     

气孔免疫的研究进展及展望

气孔长期以来被认为是植物病原菌入侵植物体内的被动通道,而最新的研究则表明气孔作为植物先天免疫的重要环节,在限制细菌入侵方面起到主动作用。这一发现也带动了植物免疫学,即植物气孔开合调控和植物免疫学交叉学科的快速发展。基于此,本文对气孔免疫的机制研究展开综述并对其对植物水分利用效率的影响进行展望。     

气孔运动与光合作用

气孔是植物体与外界环境进行H_2O和CO_2等气体交换的重要门户,也是气体交换的调节机构:既能让光合作用需要的CO_2通过,又能防止过多的水分损失。关于气孔生理学的一般问题,目前已有不少专论和专著。本文只在扼要介绍     

兰州市主要绿化植物气孔性状特征

气孔是植物叶片与外界环境进行水汽交换的门户, 利用气孔特征反映植物对环境变化的响应与适应有助于了解干旱区绿化植物的适应策略。于2019年7月通过气孔印迹法对兰州市40种主要绿化植物气孔性状进行观察与测定。采用标准化主轴估计和系统独立比较分析建立气孔性状间的相关关系; 通过计算Blomgerg’sK值以检验系统发育信号; 利用聚类分析和主成分分析对气孔性状特征进行功能群划分。结果表明: (1)在所研究的植物中, 气孔性状特征在个体间差异显著, 植物生长型(乔木、小乔木、灌木和草本)会显著影响气孔长度、宽度、开度和密度, 叶习性(落叶和常绿)仅对气孔开度有显著影响; (2)气孔长度与宽度、气孔开度与面积间均为显著的异速生长关系, 气孔密度与面积和开度间为负异速生长关系; (3)系统发育会对气孔性状的相关关系产生显著影响, 虽然气孔性状的系统发育保守性不强(K < 1), 但气孔开度和气孔开张比具有显著的系统发育信号; 4)依据气孔性状特征可以将绿化植物划分为: 低密度-大面积、高密度-小面积和中等密度-适中面积共3种功能群。结合系统发育和异速生长理论能更好地解释气孔性状变异及适应策略。     

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。     

气孔

气孔是植物体与外界环境发生气体交换的“大门”。通常,空气中的二氧化碳主要经气孔进入叶内,通过细胞间隙及叶肉细胞表面进入叶绿体,完成植物的光合作用。同时水蒸气也主要由气孔经蒸腾作用而消失到大气中。小小的气孔直接与光合、蒸腾、呼吸等植物最重要的