植物生理学研究中的压力探针技术

压力探针技术是一种用来测定微系统中压力大小和变化的新技术。其最初被设计用于直接测定巨型藻类的细胞膨压。随着操作装置的进一步微型化和精密化,后来被应用于测定普通高等植物细胞膨压及其它水分关系参数。该技术的发展建立在一系列相应的流体物理学理论基础上。通过这些物理学公式的计算,该技术能测定跨细胞膜或器官的水分运输速度以及它们的水力学导度;测定溶液中水分和溶质的相对运输速度以及它们之间的相互影响;还可以测定细胞壁的刚性等。目前压力探针技术已成为植物生理学和生态学领域研究中的多用途技术。它可以在细胞水平上原位测定水分及溶质跨膜运输及分布情况,这对于阐明水通道功能具有极其重要的意义。此外,木质部压力探针技术是目前唯一可以直接测定导管或管胞中负压的工具。该技术还可以用于单细胞汁液的样品采集,结合微电极技术测定导管或其它细胞中的pH值、离子浓度以及细胞膜电位。本文重点介绍该技术使用的基本原理和相应的理论基础,并详细地描述了操作过程中的技术和技巧。     

压力探针技术在植物水分关系研究中的运用

压力探针（pressure probe）技术最初设计时用于测定巨型藻类细胞的膨压,后来转到对高等植物细胞的膨压及其他水分关系参数的测定,现在已发展成为植物生理学和生态学研究中的一种多用途技术。它可以在细胞原位测定水分及溶质跨膜运输及分布情况。能够在不离体的植物中测定水通道的活性。新近发展的木质部压力探针是惟一可以直接测定导管或管胞中负压的技术。文章介绍该技术基本原理及其在植物水分生理学研究中的应用。     

植物木质部压力探针测定技术与方法

木质部压力探针技术是目前直接测定植物木质部导管负压的唯一手段。在结构上,木质部压力探针测定系统由精密操作装置、压力探针系统和信号采集—传输一显示系统三大部分组成。其测定原理是将毛细管探针刺入木质部导管,通过传导介质将木质部导管负压传至压力传感器,压力传感器感应压力并将压力信号输出。本文从玻璃毛细管探针的制作、去气泡水的制备以及压力探针的校准、安装、测定等方面详细介绍了木质部压力探针的使用方法和注意事项。     

植物水分生理研究中的压力-容积测定技术几个关键问题

传统的压力-容积(pressure-volume,PV)技术是通过测定植物组织细胞从吸水饱和状态直至膨压消失的失水全过程中水势与相对含水率,并建立两者之间的关系,从而获得其他方法难以获取的植物水分生理参数(如:质壁分离渗透势、饱和渗透势、质壁分离相对含水量、细胞弹性模量)。这些参数与植物耐旱性密切关联,反映植物组织在干旱期维持功能的能力,因而使该技术在揭示树木因水力衰竭而死亡的生理机制中发挥重要作用。然而,该技术在试验材料预处理、测定、计算方法等关键步骤上尚存在问题。为此,本文针对这些潜在问题,结合中国应用研究现状,对PV技术进行综述,并提出相应的建议。     

植物体内水分长距离运输的生理生态学机制

植物体内长距离水分运输是植物生理生态学研究中的一个重要问题,长期为植物生理学家和生理生态学家所关注。木质部探针技术的问世,掀起了近年来植物生理学界最为激烈的一场争论。提出了已经有100多年,风行40年的内聚力-张力(Cohesion-Tension, C-T)学说受到质疑。随后维护派和质疑派围绕木质部探针技术、压力室技术(C-T理论的主要支撑实验技术)的可靠性展开辩论。进一步从物理学原理和各种实验上就C-T理论的3个支柱(木质部导管或管胞中巨大的张力、沿树高的压力梯度、连续水柱)进行争论。这场争论似暂告一段落,C-T理论没有被推翻,但仍留有问题期待以后的研究。     

镧定位法在生物研究中的应用

利用稀土镧具有的一些特殊性质,结合电子显微技术,通过其在细胞中的定位,可对生物系统中的一些过程进行更广泛的研究。１稀土定位的原理及技术稀土离子在碱性条件下可与溶质的某些盐类生成电子束不能穿透的致密沉淀物,利用此特性,采用特殊生物制片技术即可将离子沉积...     

毛白杨叶片膨压变化规律及其对环境因子的响应

明确毛白杨叶片膨压变化规律及其对环境因子的响应, 可以为以叶片膨压作为水分亏缺指标指导灌溉提供理论依据。该研究以滴灌条件下的二年生毛白杨(Populus tomentosa)人工林为研究对象, 对充分灌溉(FI)和控水灌溉(CK)的叶片磁力探针压力输出值(P_p)进行了连续监测, 并同步监测了土壤温度(T_s)、土壤水势(Ψ_s)、液流速率(V_SF)和气象因子, 探讨了不同水分处理下毛白杨叶片膨压变化规律及其与环境因子的关系。结果表明: 1)不同天气条件下的P_p均呈明显的“昼高夜低”变化规律, 且晴天的峰值宽度最大; 2)标准化相对叶片膨压(ΔP_p)与V_SF在不同天气条件下均呈正相关关系, 都可用二项式函数描述, 决定系数(R ²)从大到小依次是: 晴天(R ² = 0.87) >阴天(R ² = 0.72) >雨天(R ² = 0.31); 3)影响P_p变化的环境因子主要是光合有效辐射(PAR)、空气温度(T_a)、空气相对湿度(RH)以及饱和水汽压差(VPD), 其中PAR与P_p协同变化最一致; 4) ΔP_p对不同环境因子均存在时滞效应, 且不同水分处理的时滞圈大小不同; 5)不同水分处理的P_p曲线形状有明显差异。综上所述, 毛白杨叶片膨压变化规律与环境因子关系密切, 且与晴天液流速率存在高度的协同变化, 有作为水分亏缺诊断指标的潜力。     

盐胁迫下大麦根系木质部压力的自调节现象

用植物木质部压力探针测定的结果表明,水培大麦幼苗根的木质部压力在环境条件恒定不变时始终保持波动,并且在受到轻度的盐胁迫和当盐胁迫解除时表现出高度的自调节现象.这种波动和自调节现象将对植物水势的测定和根的径向反射系数的测定产生很大的影响,并可能与植物的抗盐性有关.小麦根在同样条件下未表现出上述现象.     

分子探针在细胞凋亡检测中的研究进展

分子探针应用于细胞凋亡检测具有直观、无创伤和实时动态观察凋亡分子信息的特点,在疾病早期诊断、监测疾病发展进程、评估疾病治疗效果、发展新的治疗方案等方面具有较好的应用前景.综述了近年来靶向细胞凋亡探针的设计、作用机制、应用等相关的研究进展,并根据亲和组件的作用机制对分子探针进行分类介绍.     

植物根压研究进展

根压是植物根部产生的一种静水压力,广泛存在于多种植物中。在蒸腾作用很弱的情况下,根压不但可驱动水分从根部流向冠层叶片,缓解因白天强烈蒸腾而导致的水分亏缺,而且在木质部导管栓塞修复方面具有重要作用。虽然国内外学者对根压的产生已有一些解释,普遍接受的观点有渗透理论、代谢理论和水分向上共同运输假说等,但根压产生的机制至今仍是科学家争议的焦点之一。根压的测定方法虽有直接和间接测定、损伤和无损伤测定之分,但较为先进的根压测定技术仍需进一步改善和提升。受水通道蛋白、遗传因素、生境等因素的影响,根压的大小存在差异,即使是较低的根压也会影响农作物生长。在促进转运蛋白质、酶、氨基酸、激素及钙元素等在农作物木质部和韧皮部之间流通方面,适当大小的根压发挥重要作用,且有助于提高农作物产量。因此,加深对植物根压的认识和理解具有重要的生物学意义。该文从根压的定义和产生机制、具有根压的植物类群、根压的测定方法和大小、影响根压的主要因素及根压在植物科学研究领域的意义和影响等多个方面分别进行了归纳总结,并结合当前研究热点和研究成果,针对植物根压研究过程中遇到的问题和后续研究趋势及方向进行了展望。     

Mineral Nitrogen in Plant Physiology and Plant Nutrition

Nitrogen (N) nutrition enhances metabolic processes that influences the physicochemical environment at the soil-root interface, modifies rhizosphere conditions, interferes with the uptake of cations and anions, and enhances or represses the activity of several enzyme systems. Also, it affects growth patterns, protein content, and protein quality of seeds.

Ammonium (NH₄)-N nutrition increases anion uptake, free amino-N/protein ratios, and acidity of root free space; it reduces carbohydrate levels in plant tissues. NO₃-N nutrition results in higher cation uptake, higher carbohydrate content in tissues, and alkalinization of root free space. N-Assimilation interferes with the allocation of dry matter and energy, which causes different growth rates of plant parts.

In this article we review the effects of mineral-N nutrition on uptake of cations and anions, activity of enzymes, growth patterns of roots and shoots, and water use efficiency, protein content, and protein quality of seeds.     

The Physiology of Plant Integrity

The original concept of the plant integration system is presented and exemplified by the data from the studies of the regulatory controls that mediate the effects of red light (R) on the growth of etiolated maize seedlings. The integrity of higher-plant behavior depends on the functional activity and interaction of the dominant (control center). In vegetating plants as the simplest case, these centers include the shoot apex and the distal part of the root comprising the sensory tissues, the zones of the synthesis of specific hormones, and the zones of high morphogenetic and sink capacities. The system of propagating electric signals is usually devoid of the permanent generation centers. The dominant centers recognize the external and internal signals and induce the development of polarity (the bioelectric and physiological gradients), canalized connections (the conducting bundles), and oscillations. Trophic, hormonal, and electrophysiological signals of intercellular regulation are propagated along the conducting bundles and affect the intracellular membrane, metabolic, and genic control systems. The regulatory controls comprise the receptor cells recognizing the external and internal signals, the tissues of connection channels, the effector cells, and the feedback loop elements. When three-day-old etiolated maize (Zea maysL.) seedlings are treated with red light (RL), the photosignal is recognized by the phytochrome in the cells of the mesocotyl intercalary meristem; as a result, the positive biopotential is prolonged in these cells and in the coleoptilar node. An electric field (the receptor potential) thus produced would hamper, by electroosmosis, IAA transport from the coleoptile into the mesocotyl and in this way, would drastically inhibit the growth of the latter and temporarily promote the growth of the former. The primary leaves, also recognize R, as a result R promotes cell growth and the synthesis of gibberellins. The Ukhtomskii's principle of the dominant is used to interpret the plant ability for switching over its physiological systems in response to specific signals.