细胞内离子在气孔运动中的作用

气孔运动与植物水分代谢密切相关。保卫细胞中的无机离子作为第二信使（Ca2＋）或者渗透调节物质（K＋、Cl-）在响应外界理化因子的刺激、调节保卫细胞膨压过程中发挥重要作用。保卫细胞质膜和液泡膜上的离子通道作为各种刺激因素作用的靶位点,是保卫细胞离子转运的关键组分,在气孔运动调控过程中扮演关键角色。该文对近年来保卫细胞离子的作用和离子通道研究的进展进行了综述。     

细胞内离子在气孔运动中的作用

气孔运动与植物水分代谢密切相关。保卫细胞中的无机离子作为第二信使(Ca²⁺)或者渗透调节物质(K⁺、Cl^–)在响应 外界理化因子的刺激、调节保卫细胞膨压过程中发挥重要作用。保卫细胞质膜和液泡膜上的离子通道作为各种刺激因素作 用的靶位点, 是保卫细胞离子转运的关键组分, 在气孔运动调控过程中扮演关键角色。该文对近年来保卫细胞离子的作用 和离子通道研究的进展进行了综述。     

星型孢菌素(STS)对蚕豆气孔运动的调控效应

用激光扫描共聚焦显微技术,初步研究广谱性蛋白激酶抑制剂星型孢菌素(STS)对蚕豆气孔运动的调控效应.结果表明:(1)光下STS对气孔开度无影响但暗中显著促进气孔开放,表明蛋白激酶参与光/暗对气孔运动的调控,光下蛋白激酶活性低而暗中高;(2)与H2O2清除剂抗坏血酸(ASA)和NO清除剂羧基-2-苯-4,4,5,5-四甲基咪唑-1-氧-3-氧化物(cPTIO)一样,STS既降低暗处理和光下外源H2O2、硝普钠(SNP)处理保卫细胞H2O2、NO水平,也促进气孔开放,表明暗中蛋白激酶通过抑制H2O2、NO清除机制提高保卫细胞内源H2O2、NO水平并促进气孔关闭.     

脱落酸对植物气孔运动的调控作用

主要介绍脱落酸对气孔运动的调节作用及其调控气孔运动机制(包括对引起气孔关闭信号转导中第二信使、离子通道、酶活性、膜电压和肌动蛋白细胞合架的调控等)的研究进展。     

植物气孔运动过程中的信号转导机制

气孔运动的信号转导机制一直是科研工作者研究的一个热点,文章就光、CO2、ABA、H2O2、NO、蛋白激酶、蛋白磷酸酶等对保卫细胞气孔运动的影响,介绍气孔运动机制的研究进展。     

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。     

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.     

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。     

蚕豆保卫细胞质膜水通道蛋白的鉴定及其在气孔运动中的作用

水通道或水通道蛋白是水分运动的主要通道。以RD2 8cDNA和RD2 8抗体为探针证明了蚕豆 (ViciafabaL .)保卫细胞中存在水通道蛋白 ,并以气孔运动为指标 ,结合抗体和抑制剂处理证明水通道蛋白是水分运动的主要通道。研究表明编码质膜水通道蛋白的RD2 8转录体在叶片保卫细胞、叶肉细胞和维管束中高表达 ,尤以保卫细胞中最多 ;荧光免疫染色和Confocal显微镜观察表明 ,RD2 8抗体反应主要位于保卫细胞质膜。进一步采用RD2 8抗体和水通道蛋白抑制剂———HgCl2 (2 5 μmol L) 处理可抑制壳梭孢素 (FC)、光照诱导的气孔开放和原生质体体积膨胀以及ABA诱导的气孔关闭 ,但这种抑制作用可以被水通道抑制剂的逆转剂 β_巯基乙醇 (ME)逆转。表明蚕豆保卫细胞中存在水通道蛋白并参与蚕豆保卫细胞的运动过程。     

蚕豆保卫细胞质膜水通道蛋白的鉴定及其在气孔运动中的作用

水通道或水通道蛋白是水分运动的主要通道.以RD28 cDNA和RD28抗体为探针证明了蚕豆(Vicia fabaL.)保卫细胞中存在水通道蛋白,并以气孔运动为指标,结合抗体和抑制剂处理证明水通道蛋白是水分运动的主要通道.研究表明编码质膜水通道蛋白的RD28转录体在叶片保卫细胞、叶肉细胞和维管束中高表达,尤以保卫细胞中最多;荧光免疫染色和Confocal显微镜观察表明,RD28抗体反应主要位于保卫细胞质膜.进一步采用RD28抗体和水通道蛋白抑制剂--HgCl2 (25μmol/L)处理可抑制壳梭孢素(FC)、光照诱导的气孔开放和原生质体体积膨胀以及ABA诱导的气孔关闭,但这种抑制作用可以被水通道抑制剂的逆转剂β-巯基乙醇(ME)逆转.表明蚕豆保卫细胞中存在水通道蛋白并参与蚕豆保卫细胞的运动过程.     

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。     

几种信号类物质对蚕豆气孔运动的效应

用表皮生物分析方法,研究H2O2、NO和多胺对蚕豆叶片气孔开放和关闭的单独及其综合效应.其结果表明:H2O2和NO明显促进气孔关闭,抑制气孔开放.腐胺(Put)效应相对较弱,与H2O2和NO未表现出明显叠加效应.     

Identification of the Binding and Inhibition Sites in the Calmodulin Molecule for Ophiobolin A by Site-Directed Mutagenesis

Ophiobolin A, a fungal toxin that affects maize and rice, has previously been shown to inhibit calmodulin by reacting with the lysine (Lys) residues in the calmodulin. In the present study we mutated Lys-75, Lys-77, and Lys-148 in the calmodulin molecule by site-directed mutagenesis, either by deleting them or by changing them to glutamine or arginine. We found that each of these three Lys residues could bind one molecule of ophiobolin A. Normally, only Lys-75 and Lys-148 bind ophiobolin A. Lys-77 seemed to be blocked by the binding of ophiobolin A to Lys-75. Lys-75 is the primary binding site and is responsible for all of the inhibition of ophiobolin A. When Lys-75 was removed, Lys-77 could then react with ophiobolin A to produce inhibition. Lys-148 was shown to be a binding site but not an inhibition site. The Lys-75 mutants were partially resistant to ophiobolin A. When both Lys 75 and Lys-77 or all three Lys residues were mutated, the resulting calmodulins were very resistant to ophiobolin A. Furthermore, Lys residues added in positions 86 and/or 143 (which are highly conserved in plant calmodulins) did not react with ophiobolin A. None of the mutations seemed to affect the properties of calmodulin. These results show that ophiobolin A reacts quite specifically with calmodulin.     

细胞松弛素B对蚕豆气孔运动的影响

以蚕豆叶片下表皮条为材料,研究了微丝在气孔运动中的作用。利用肌动蛋白纤丝专一性抑制剂──细胞松弛素Ｂ（ＣＢ）预处理后,再用诱导气孔运动的因子处理表皮条,在显微镜下观测气孔孔径的变化。结果显示,用ＣＢ处理开放或关闭状态气孔,其开度均不发生变化;ＣＢ处理使微丝解聚,气孔运动被抑制;且ＣＢ处理后气孔的运动是可以恢复的。实验进一步表明,开放气孔经１０ｍｇ／Ｌ的ＣＢ预处理后,ＡＢＡ、Ｃａ２＋及暗诱导气孔关闭的作用均不同程度地受到抑制,推测微丝可能参与ＡＢＡ、Ｃａ２＋及暗诱导的气孔关闭过程;关闭气孔经１０ｍｇ／Ｌ的ＣＢ预处理后,Ｋ＋和（或）光诱导气孔开放的作用受到抑制,推测微丝可能参与光及Ｋ＋诱导的气孔开放过程。     

共聚焦显微技术研究SA对蚕豆气孔保卫细胞的影响

水杨酸(salicylic acid,SA)作为植物体内一种内源性的信号分子,具有多种生理功能.实验表明水杨酸以浓度依赖的方式诱导气孔关闭,抑制气孔张开.20U/mL的CAT与SA共同处理时可逆转SA诱导气孔关闭作用的83%~90%.以H2O2荧光探针H2DCFDA结合激光扫描共聚焦显微术直接检测到SA处理可引起保卫细胞内H2O2的产生;在保卫细胞内显微注射CAT可完全阻止SA导致的DCF荧光增强.表明SA诱导的气孔关闭可能与H2O2的产生有关.     

NO和H2O2在光／暗调控蚕豆气孔运动中的作用及其相互关系

借助表皮条分析和激光扫描共聚焦显微镜技术,对NO和H_2O_2在光/暗调控蚕豆(Vicia faba L.)气孔运动中的作用及其相互关系进行了探索。结果显示,光下外源NO供体硝普钠(SNP)和H_2O_2促进气孔关闭的效应明显大于暗中,暗中NO专一性清除剂2,4-羧基苯-4,4,5,5-四甲基咪唑-1-氧-3-氧化物(cPTIO)、一氧化氮合酶(NOS)抑制剂N~G-氮-L-精氨酸-甲酯(L-NAME)和H_2O_2清除剂抗坏血酸(Vc)、过氧化氢酶(CAT)对气孔开度的效应明显大于光下,而且光下蚕豆保卫细胞NO和H_2O_2水平比暗中明显降低。上述结果表明,光/暗通过影响保卫细胞NO和H_2O_2的水平调控气孔运动。研究还发现,光下H_2O_2既诱导NO水平增加,也诱导气孔关闭,cPTIO和L-NAME有效地逆转H_2O_2的这些效应;光下SNP既诱导H_2O_2水平增加,也诱导气孔关闭,SNP的上述效应又被Vc和CAT有效逆转。这些结果表明,NO和H_2O_2在生成及效应上均存在明显的相互作用。另外,L-NAME显著逆转暗和光下H_2O_2处理对气孔关闭和NO生成的效应表明,蚕豆保卫细胞中可能存在NOS,暗和光下H_2O_2处理可能通过提高NOS的活性促进NO水平增加,进而诱导气孔关闭。     

NO和H2O2在光/暗调控蚕豆气孔运动中的作用及其相互关系

借助表皮条分析和激光扫描共聚焦显微镜技术,对NO和H2O2在光/暗调控蚕豆(Vicia faba L.)气孔运动中的作用及其相互关系进行了探索.结果显示,光下外源NO供体硝普钠(SNP)和H2O2促进气孔关闭的效应明显大于暗中,暗中NO专一性清除剂2,4-羧基苯-4,4,5,5-四甲基咪唑-1-氧-3-氧化物(cPTIO)、一氧化氮合酶(NOS)抑制剂NG-氮-L-精氨酸-甲酯(L-NAME)和H2O2清除剂抗坏血酸(Vc)、过氧化氢酶(CAT)对气孔开度的效应明显大于光下,而且光下蚕豆保卫细胞NO和H2O2水平比暗中明显降低.上述结果表明,光/暗通过影响保卫细胞NO和H2O2的水平调控气孔运动.研究还发现,光下H2O2既诱导NO水平增加,也诱导气孔关闭,cPTIO和L-NAME有效地逆转H2O2的这些效应;光下SNP既诱导H2O2水平增加,也诱导气孔关闭,SNP的上述效应又被Vc和CAT有效逆转.这些结果表明,NO和H2O2在生成及效应上均存在明显的相互作用.另外,L-NAME显著逆转暗和光下H2O2处理对气孔关闭和NO生成的效应表明,蚕豆保卫细胞中可能存在NOS,暗和光下H2O2处理可能通过提高NOS的活性促进NO水平增加,进而诱导气孔关闭.     

外源一氧化氮供体硝普钠对红树植物桐花树气孔运动的调控效应

探索一种用材简单、操作方便、真实性强的观察红树植物桐花树叶片气孔的制片技术,并利用该技术研究不同浓度、不同处理时间的一氧化氮（NO）供体硝普钠（sodium nitroprusside,SNP）对桐花树气孔开闭的影响,探讨了NO调控的气孔运动与外源Ca^2＋的关系以及NO与H202在调节气孔运动过程中的关系。结果表明：在搅碎法、指甲油印迹法、牛皮胶印迹法三种观察气孔方法中,牛皮胶印迹法是观察气孔开度变化的最佳方法。NO能够诱导桐花树气孔快速关闭,且表现出明显的时间效应与浓度效应。NO导致的气孔关闭与Ca^2＋的参与有密切关系,NO与H,q存在明显的协同效应,可以促进气孔关闭。