内蒙古草甸草原土壤理化性质和微生物学特性对刈割与氮添加的响应

频繁的刈割和氮输入增加是导致草地生态系统退化的重要原因.土壤微生物学特性作为评估土壤质量的重要生物学指标,对草地刈割和氮输入增加的响应规律仍不十分明确.本研究依托内蒙古呼伦贝尔草原刈割复合氮添加野外实验平台,分析了土壤理化性质、土壤微生物生物量、土壤呼吸和土壤酶对刈割、氮添加的响应及其生长季动态变化.结果表明: 刈割显著降低了土壤微生物生物量碳、氮、磷和土壤呼吸(基础呼吸和底物诱导呼吸),与刈割后导致的水分限制及碳限制有关.刈割显著降低了氮磷获取酶(N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶和酸性磷酸单酯酶)的活性,符合“资源分配假说”.氮添加显著降低土壤pH值,但土壤微生物生物量对氮添加和pH降低均无显著响应,表明氮输入增加引起的土壤酸化不是影响微生物生物量的主要因素.氮添加对土壤呼吸和酶活性也无显著影响,与以往在典型草原的大多数研究结果不一致.刈割和氮添加复合处理显著降低了土壤微生物生物量磷,但提高了土壤中有效磷含量,降低了酸性磷酸酶活性.微生物生物量碳、氮、磷和土壤呼吸等的相关参数均在7月最高,这与夏季高温多雨有关.土壤酶活性在春夏季较高,生长季末期较低.这表明在该草甸草原,刈割将导致土壤碳氮磷养分失衡,从而加剧草原退化;而氮添加在短期内并未对土壤微生物生物量和活性产生显著影响.     

渭北旱地苹果园生草覆盖下不同肥料配施对土壤养分和酶活性的影响

试验采取裂区设计,主处理分别为行间生草覆盖和清耕,副处理为4个施肥处理,具体为不施肥(CK)、单施有机肥(M)、氮磷钾配合(NPK)、有机肥与氮磷钾肥配合(MNPK),采用微孔板荧光法研究生草覆盖条件下不同肥料配施对果园土壤酶活性的影响.结果表明: 生草刈割覆盖后土壤含水量、有效磷、硝态氮含量和β-1,4-木糖苷酶(βX)、β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶(NAG)、β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、纤维二糖水解酶(CBH)活性均显著高于刈割前,土壤全氮、有机碳含量和碱性磷酸酶(AKP)活性在刈割前后差异均不显著.生草覆盖处理的土壤全氮、有机碳含量和土壤βX、NAG、βG、CBH、AKP活性在刈割前后均显著高于清耕处理,但土壤含水量、有效磷、硝态氮含量在刈割前则显著低于清耕处理.生草覆盖条件下,有机肥添加处理(M和MNPK处理)的土壤全氮、有效磷、有机碳含量在刈割前后均显著高于CK和NPK处理,其中MNPK处理的βX、βG、CBH、NAG、AKP等 5种酶活性在刈割后均显著高于NPK处理.清耕条件下,MNPK处理的土壤有效磷、有机碳、硝态氮、全氮含量和βG、CBH、AKP活性在刈割前后均显著高于CK和NPK处理.冗余分析结果表明,土壤酶活性与土壤养分因子之间存在显著相关关系,可以利用土壤酶活性来反映土壤肥力状况.综上所述,生草覆盖条件下,有机无机配施显著提高了土壤养分含量、增强了土壤酶活性,是改善当前果园土壤质量下降的重要措施,对当地苹果产业的可持续发展具有重要意义.     

放牧和刈割对内蒙古典型草原土壤可提取碳和氮的影响

依托内蒙古典型草原的长期野外放牧控制试验,探讨了放牧和刈割对土壤有机碳、全氮、可提取碳和氮、微生物生物量碳和氮的影响.结果表明: 放牧使可提取有机碳降低11.4%～37.1%,而刈割使可提取有机碳升高5.8%.放牧和刈割分别使可提取氮升高10%～340%和10%～240%.放牧强度不高于6.0 sheep·hm^-2的条件下有利于维持甚至增加微生物生物量碳,而重度放牧(7.5和9.0 sheep·hm^-2)则减少微生物生物量碳.刈割处理下微生物生物量碳和氮分别升高31.0%和9.8%.通径分析表明,放牧处理下微生物生物量碳的主要影响因素是有机碳、可提取全氮和全氮,其中直接影响因素是有机碳和可提取全氮;微生物生物量氮的主要影响因素是土壤pH、可提取有机碳、有机碳和可提取全氮,其中直接影响因素是有机碳和可提取全氮.刈割及轻度和中度放牧有利于维持或改善土壤功能,重度放牧将引起土壤退化.     

北方农牧交错带温性盐碱化草地土壤呼吸对不同形态氮添加和刈割的响应

农牧交错带草地生态系统兼受农业和牧业的影响, 属于脆弱生态系统, 尤其是养分贫瘠的盐碱化草地, 其生态系统结构和功能对外界干扰的响应更加强烈。位于晋西北地区的农牧交错带盐碱化草地, 地理位置独特, 区别于天然牧区草地生态系统。由于毗邻农田, 农业氮肥的过量使用促进了活性氮气体排放, 同时使得农牧交错带草地土壤碳氮循环发生改变。刈割是北方农牧交错草地生态系统的主要管理方式, 为了深入探究氮添加和刈割管理方式对农牧交错带草地碳循环的影响, 进一步厘清该区域草地生态系统的碳动态问题, 该研究设置了一个不同形态氮添加和刈割的裂区实验, 测定土壤呼吸对不同形态氮肥添加和刈割的响应, 为进一步科学管理该区域草地提供可靠的依据。实验样地位于山西省右玉县境内的“山西农业大学农牧交错带草地生态系统野外观测研究站”, 于2017年设置不同形态氮添加和刈割处理, 实验处理包括对照(不刈割和刈割)、尿素添加、缓释尿素添加、刈割+尿素添加、刈割+缓释尿素添加, 每种处理6个重复, 共36个小区。在不同处理条件下测定土壤呼吸速率、土壤温度、土壤水分、土壤微生物生物量、土壤无机氮含量、植物地上和地下生物量, 并计算土壤累积碳排放量及CO₂通量。研究结果表明: (1)短期(2017-2018年)尿素和缓释尿素的添加显著提高了该地区土壤呼吸速率和土壤累积碳排放量。与添加缓释尿素相比, 添加尿素处理下的土壤呼吸速率和累积碳排放量更高; (2)刈割显著降低土壤呼吸速率和累积碳排放量; (3)短期氮添加和刈割的交互作用对土壤呼吸速率没有显著影响。因此, 短期氮添加促进了北方农牧交错带盐碱化草地土壤碳释放, 刈割抑制土壤呼吸, 降低了累积碳排放量, 这可能是由于刈割移除地上植物, 减少了凋落物的输入, 底物减少导致土壤微生物活性降低。但是随着处理时间的延长, 氮添加和刈割对该农牧交错带盐碱化草地土壤碳动态的影响还有待进一步探究和发现。     

北方农牧交错带温性盐碱化草地土壤呼吸对不同形态氮添加和刈割的响应

农牧交错带草地生态系统兼受农业和牧业的影响,属于脆弱生态系统,尤其是养分贫瘠的盐碱化草地,其生态系统结构和功能对外界干扰的响应更加强烈。位于晋西北地区的农牧交错带盐碱化草地,地理位置独特,区别于天然牧区草地生态系统。由于毗邻农田,农业氮肥的过量使用促进了活性氮气体排放,同时使得农牧交错带草地土壤碳氮循环发生改变。刈割是北方农牧交错草地生态系统的主要管理方式,为了深入探究氮添加和刈割管理方式对农牧交错带草地碳循环的影响,进一步厘清该区域草地生态系统的碳动态问题,该研究设置了一个不同形态氮添加和刈割的裂区实验,测定土壤呼吸对不同形态氮肥添加和刈割的响应,为进一步科学管理该区域草地提供可靠的依据。实验样地位于山西省右玉县境内的"山西农业大学农牧交错带草地生态系统野外观测研究站",于2017年设置不同形态氮添加和刈割处理,实验处理包括对照(不刈割和刈割)、尿素添加、缓释尿素添加、刈割+尿素添加、刈割+缓释尿素添加,每种处理6个重复,共36个小区。在不同处理条件下测定土壤呼吸速率、土壤温度、土壤水分、土壤微生物生物量、土壤无机氮含量、植物地上和地下生物量,并计算土壤累积碳排放量及CO_2通量。研究结果表明:(1)短期(2017–2018年)尿素和缓释尿素的添加显著提高了该地区土壤呼吸速率和土壤累积碳排放量。与添加缓释尿素相比,添加尿素处理下的土壤呼吸速率和累积碳排放量更高;(2)刈割显著降低土壤呼吸速率和累积碳排放量;(3)短期氮添加和刈割的交互作用对土壤呼吸速率没有显著影响。因此,短期氮添加促进了北方农牧交错带盐碱化草地土壤碳释放,刈割抑制土壤呼吸,降低了累积碳排放量,这可能是由于刈割移除地上植物,减少了凋落物的输入,底物减少导致土壤微生物活性降低。但是随着处理时间的延长,氮添加和刈割对该农牧交错带盐碱化草地土壤碳动态的影响还有待进一步探究和发现。     

刈割对草原化荒漠区驼绒藜(Krascheninnikovia ceratoides)根际土壤特性的影响

在休眠期对草原化荒漠中自然生长的驼绒藜(Krascheninnikovia ceratoides)进行不同频度的刈割处理(连年刈割、隔年刈割、对照),通过测定根际土壤理化性质、土壤微生物数量及土壤酶活性等指标,分析和讨论了不同频度的刈割处理对驼绒藜根际土壤特性的影响。结果表明:(1)连年刈割和隔年刈割都显著提高了根际土壤含水量,隔年刈割使根际土壤全碳含量显著上升、有机质含量显著下降,但刈割对根际土壤pH值和全氮含量的影响不明显;(2)刈割对根际土壤微生物总量的影响不明显,但显著影响细菌、真菌和放线菌的组成,连年刈割使真菌数量显著增加,隔年刈割使放线菌数量显著增加,驼绒藜根际土壤中放线菌所占比例最大,其数量表征了土壤的贫瘠程度;(3)刈割对根际土壤过氧化氢酶和中性磷酸酶活性有显著影响,两种刈割处理会显著提高土壤过氧化氢酶活性、降低土壤中性磷酸酶活性,而对土壤多酚氧化酶、脲酶、转化酶和碱性磷酸酶活性的影响不显著。总之,隔年刈割对植物根际土壤养分供给及土壤分解者的活性更加有利,而且土壤理化因子对土壤微生物数量和土壤酶活性的影响不显著。刈割对驼绒藜根际土壤特性影响的规律性不强,可能是由于半灌木刈割利用的时间较短,根际土壤各个测量指标之间尚未形成显著的相关性。     

自然生草制苹果园土壤微生物、酶活性和养分含量对行间草耕翻还田的响应

果园生草是提高果园生产力、促进果园可持续生产的有效措施。为探究自然生草制苹果园行间草耕翻还田对土壤生物学性状和养分含量的影响,本试验以清耕(CK)为对照,设置草被刈割还田(NG)和草被刈割耕翻还田处理(NGR),研究不同草被还田方式对行间0~20 cm土层土壤微生物数量、酶活性以及不同形态氮、钾含量的影响。结果表明: 苹果园土壤中微生物以细菌占绝对优势,放线菌次之,真菌数量最少;与CK相比,NG和NGR处理均显著提高了土壤细菌和真菌数量,以NGR处理提升效果最显著,显著提高了土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性,增幅分别为59.0%、20.7%、38.3%和73.5%、45.9%、67.8%。NGR处理显著提高了土壤氮、钾养分含量,铵态氮、硝态氮、颗粒有机态氮、微生物生物量氮及速效钾和水溶性钾含量分别为CK的1.5、1.8、1.6、2.0、1.3和1.4倍,显著提高了果实可溶性糖含量和糖酸比,进而提高了果实品质。综上,NGR可提高苹果园土壤微生物数量、酶活性、氮钾养分含量和果实品质,是生草制苹果园一种可行的行间草被还田方式。     

氮素添加和刈割对内蒙古弃耕草地土壤氮矿化的影响

以内蒙古多伦县恢复生态学试验示范研究站弃耕10余年的草地为研究对象,于2006年起分别设置对照、氮素添加、刈割和氮素添加+刈割4种处理,每种处理6次重复,研究弃耕草地氮素添加和刈割对土壤氮矿化的影响,结合土壤理化性质和植被地上生产力的动态变化,分析弃耕草地土壤氮矿化对植被恢复的响应,为当地草地恢复与重建提供理论依据和数据支持。实验结果表明:1氮素添加显著增加了植物地上净初级生产力(ANPP)和土壤无机氮库,与对照相比分别提高115%和196%,同时显著提高了土壤总硝化速率;但是氮素添加对总氨化速率、土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量碳氮比(MBC/MBN)、微生物呼吸(MR)以及呼吸熵(q CO2)均无显著影响;2总氨化速率和硝化速率对刈割处理的响应均不显著,但是刈割处理显著降低了土壤MR(P0.05);3氮素添加+刈割处理5—7a后,土壤总氨化和硝化速率均无显著变化;但是氮素添加+刈割处理显著增加了ANPP、土壤无机氮库和q CO2,同时显著降低了MBC和MBC/MBN。这说明在弃耕草地适应性管理中,氮素添加可以显著提高草地生产力,但是长期的氮添加对土壤微生物氮的转化是否有利还值得我们进一步研究。     

刈割、施肥和浇水对矮嵩草补偿生长的影响

通过对青海海北高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸进行为期3年的野外控制试验, 研究了刈割(留茬1 cm、3 cm及不刈割)、施肥(2.5 g·m^-2尿素+ 0.6 g·m^-2磷酸二胺、不施肥)和浇水(20.1 kg·m^-2、不浇水)处理对矮嵩草补偿生长(包括分株密度、株高和分株地上生物量)的影响, 及其比叶面积、叶片净光合速率和相对增长率的变化, 探讨矮嵩草补偿生长的机制。研究结果表明: 刈割后, 矮嵩草的补偿生长高度和比叶面积显著降低; 分株密度有增加的趋势, 但会随刈割强度的增加而下降; 株高和生物量的相对增长率随刈割强度的增加而呈上升趋势; 补偿地上生物量在重度刈割处理下最高。施肥能显著增加矮嵩草的补偿高度、分株密度、补偿地上生物量、株高相对增长率、生物量相对增长率、比叶面积和净光合速率; 与不浇水处理相比, 浇水处理对重度刈割处理下的分株地上生物量、密度相对增长率、比叶面积和净光合速率无影响, 而显著降低了中度刈割处理下的补偿高度和株高相对增长率, 提高了不刈割处理下的分株密度和重度刈割处理下的生物量相对增长率。刈割、施肥和浇水处理的交互作用也显示出刈割与施肥对矮嵩草补偿生长具有拮抗效应, 而刈割与浇水具有协同效应。上述结果说明, 矮嵩草在刈割后可通过增加分株密度和相对增长率等途径来提高补偿能力, 弥补在生长高度上出现的低补偿, 而施肥可显著抵消刈割的不利影响, 提高矮嵩草的补偿能力。     

喀斯特峰丛洼地不同土地利用方式土壤肥力特征

基于网格法(5 m×5 m)采样,研究了喀斯特峰丛洼地不同土地利用方式(火烧、刈割、刈割除根、封育、种植玉米、种植牧草)下表层(0～20 cm)土壤肥力特征,利用主成分分析影响土壤肥力的主要因子,典范相关分析探讨土壤养分和土壤微生物的耦合关系.结果表明: 研究区6种土地利用方式土壤呈微碱性,pH 7.83～7.98,不同土地利用方式土壤养分含量不同,分别为有机碳76.78～116.05 g·kg^-1、全氮4.29～6.23 g·kg^-1、全磷1.15～1.47 g·kg^-1、全钾3.59～6.05 g·kg^-1、碱解氮331.49～505.49 mg·kg^-1、有效磷3.92～10.91 mg·kg^-1、有效钾136.28～198.10 mg·kg^-1,除pH呈弱变异外,其他指标均呈中等至强度变异.不同土地利用方式对土壤肥力的影响不同,有机碳、全氮、全磷、碱解氮等主要养分受影响最大,沿封育、火烧、刈割、刈割除根、种植牧草、种植玉米的人为干扰增加梯度而减少;其次是土壤微生物,尤其是放线菌;典范相关分析表明,火烧迹地的全磷与土壤微生物生物量磷,全钾与土壤微生物生物量碳,全氮与放线菌的相互影响最大,刈割、刈割除根、封育、种植玉米、种植牧草土壤全氮与土壤微生物生物量碳,速效磷与土壤微生物生物量氮,pH与土壤微生物生物量碳、真菌,全氮、全钾与土壤微生物生物量磷,pH与真菌、放线菌相互之间的影响最大.土地利用方式的变化改变了喀斯特峰丛坡地土壤肥力特征.在喀斯特地区进行生态恢复与重建时,应采取合理的土地利用方式,提高喀斯特退化生态系统的土壤质量.     

Role for dopamine in malonate-induced damage in vivo in striatum and in vitro in mesencephalic cultures

Defects in mitochondrial energy metabolism have been implicated in the pathology of several neurodegenerative disorders. In addition, the reactive metabolites generated from the metabolism and oxidation of the neurotransmitter dopamine (DA) are thought to contribute to the damage to neurons of the basal ganglia. We have previously demonstrated that infusions of the metabolic inhibitor malonate into the striata of mice or rats produce degeneration of DA nerve terminals. In the present studies, we demonstrate that an intrastriatal infusion of malonate induces a substantial increase in DA efflux in awake, behaving mice as measured by in vivo microdialysis. Furthermore, pretreatment of mice with tetrabenazine (TBZ) or the TBZ analogue Ro 4-1284 (Ro-4), compounds that reversibly inhibit the vesicular storage of DA, attenuates the malonate-induced DA efflux as well as the damage to DA nerve terminals. Consistent with these findings, the damage to both DA and GABA neurons in mesencephalic cultures by malonate exposure was attenuated by pretreatment with TBZ or Ro-4. Treatment with these compounds did not affect the formation of free radicals or the inhibition of oxidative phosphorylation resulting from malonate exposure alone. Our data suggest that DA plays an important role in the neurotoxicity produced by malonate. These findings provide direct evidence that inhibition of succinate dehydrogenase causes an increase in extracellular DA levels and indicate that bioenergetic defects may contribute to the pathogenesis of chronic neurodegenerative diseases through a mechanism involving DA.     

2018年中国植物科学若干领域重要研究进展

2018年中国植物科学继续呈现快速发展的态势, 我国科学家在国际植物科学主流学术刊物发表论文数量大幅增加, 取得了多项具有重要影响的成果。调控植物生长-代谢平衡实现可持续农业发展入选2018年度中国科学十大进展; 中国被子植物区系进化历史研究入选2018年度中国生命科学十大进展。以水稻为代表的农作物和果蔬等经济作物研究在国际上已呈现出明显的优势, 若干领域已从“追赶”状态跨越到“领跑”地位。该文对2018年中国科学家在植物科学若干领域取得的重要研究成果进行了概括性评述, 旨在全面追踪和报道当前中国植物科学领域的发展前沿和热点, 展示中国科学家所取得的杰出成就。     

2017年中国植物科学若干领域重要研究进展

2017年中国植物科学继续保持高速发展态势, 重大成果频出, 具体表现在中国植物学家在国际顶级学术期刊发表的文章数量平稳上升。中国植物科学领域的研究工作者成果精彩纷呈, 如新型广谱抗病机制的发现、水稻广谱抗病遗传基础及机制和疫霉菌诱发病害成灾机制研究等。2017年中国生命科学领域十大进展评选中, 有两项植物科学领域的研究成果入选。水稻生物学、进化与基因组学和激素生物学等领域学科发展突出。另外, 值得一提的是, 长期从事高等植物与代谢途径调控分子网络研究和水稻品种设计育种的李家洋院士的研究成果“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”荣获2017年国家自然科学一等奖。这一具有重大国际影响的开创性贡献标志着中国植物科学在该领域的国际科学前沿居于引领和卓越地位。该文对2017年中国本土科学家在植物科学若干领域取得的重要研究成果进行了系统梳理, 旨在全面追踪和报道当前中国植物科学领域发展的最新前沿动态, 与广大读者共同分享我国科学家所取得的辉煌成就。     

我国葫芦科植物离体培养研究进展

葫芦科植物包括多种瓜类蔬菜,对其进行离体培养研究具有重要的理论和实践意义。综述了国内在葫芦科植物器官培养、体细胞胚胎发生、花药培养、原生质体培养和体细胞杂交及离体遗传转化等方面取得的研究进展,并对葫芦科植物离体培养、遗传转化与育种的前景作了展望。     

SSTR5 ablation in islet results in alterations in glucose homeostasis in mice

Somatostatin (SST) peptide is a potent inhibitor of insulin secretion and its effect is mediated via somatostatin receptor 5 (SSTR5) in the endocrine pancreas. To investigate the consequences of gene ablation of SSTR5 in the mouse pancreas, we have generated a mouse model in which the SSTR5 gene was specifically knocked down in the pancreatic beta cells (betaSSTR5Kd) using the Cre-lox system. Immunohistochemistry analysis showed that SSTR5 gene expression was absent in beta cells at three months of age. At the time of gene ablation, betaSSTR5Kd mice demonstrated glucose intolerance with lack of insulin response and significantly reduced serum insulin levels. Insulin tolerance test demonstrated a significant increase of insulin clearance in vivo at the same age. In vitro studies demonstrated an absence of response to SST-28 stimulation in the betaSSTR5Kd mouse islet, which was associated with a significantly reduced SST expression level in betaSSTR5Kd mice pancreata. In addition, betaSSTR5Kd mice had significantly reduced serum glucose levels and increased serum insulin levels at 12 months of age. Glucose tolerance test at an older age also indicated a persistently higher insulin level in betaSSTR5Kd mice. Further studies of betaSSTR5Kd mice had revealed elevated serum C-peptide levels at both 3 and 12 months of age, suggesting that these mice are capable of producing and releasing insulin to the periphery. These results support the hypothesis that SSTR5 plays a pivotal role in the regulation of insulin secretion in the mouse pancreas.     

2018年中国植物科学若干领域重要研究进展

2018年中国植物科学继续呈现快速发展的态势, 我国科学家在国际植物科学主流学术刊物发表论文数量大幅增加, 取得了多项具有重要影响的成果。调控植物生长-代谢平衡实现可持续农业发展入选2018年度中国科学十大进展; 中国被子植物区系进化历史研究入选2018年度中国生命科学十大进展。以水稻为代表的农作物和果蔬等经济作物研究在国际上已呈现出明显的优势, 若干领域已从“追赶”状态跨越到“领跑”地位。该文对2018年中国科学家在植物科学若干领域取得的重要研究成果进行了概括性评述, 旨在全面追踪和报道当前中国植物科学领域的发展前沿和热点, 展示中国科学家所取得的杰出成就。     

我国葫芦科植物离体培养研究进展

葫芦科植物包括多种瓜类蔬菜,对其进行离体培养研究具有重要的理论和实践意义.综述了国内在葫芦科植物器官培养、体细胞胚胎发生、花药培养、原生质体培养和体细胞杂交及离体遗传转化等方面取得的研究进展,并对葫芦科植物离体培养、遗传转化与育种的前景作了展望.     

Changes in aquatic vegetation in Rhine floodplain streams in Alsace in relation to disturbance

Abstract. Changes are described in aquatic vegetation in oligotrophic, groundwater-fed Rhine floodplain streams in Alsace (eastern France), resulting from disturbance. Disturbance factors include changes in nutrients, either permanent ones - effluent from a waste water treatment plant or trout hatcheries - or periodic ones: flooding. Regular inputs of high levels of phosphate and ammonia modified the macrophyte vegetation in these streams. The floristic composition, which was characteristic of oligotrophic waters upstream of the eutrophicated sector, changed to that of a eutrophic situation as originally found downstream. Periodic disturbance by floods which normally occur once a year, irregularly eutrophicates the small streams, causing the development of a mixture of eutrophic and oligotrophic species. Six macrophyte communities are distinguished, indicating different trophic levels. The aquatic vegetation is adapted to the variations of phosphate and ammonia levels. Hence, aquatic macrophytes can be used as bio-indicators of fluctuations in water nutrient levels in relation to the type of disturbance.     

Apoptosis in experimental myocardial infarction in situ and in the perfused heart in vitro

We report the appearance of apoptotic cells in experimental myocardial infarction (rabbit heart) in in situ and in vitro preparations. Apoptosis was recognized by intravital staining with Hoechst 33342 (Ho342), by nick-end labeling (TUNEL) and by DNA laddering. A steady rise in the relative number of apoptotic cardiomyocytes (apoptotic index) was noted in in situ preparations. Apoptosis was first noted 6 h after the onset of ischemia with its highest value occurring after 72 h. Apoptotic nuclei were absent in remote areas of the left and right ventricles. Apoptotic nuclei within the infarcted area showed diminished intensity of Ho342 fluorescence. Three days after ischemia, a border zone adjacent to the infarcted area consisting of apoptotic macrophages was recognized. A novel finding was the appearance of apoptotic cardiomyocytes in the isolated perfused ischemic heart. Occurring as early as 50 min after the onset of ischemia, a high apoptotic index was present adjacent to the ligature placed around the coronary artery. This observation provides the opportunity to selectively examine factors leading to apoptosis in the ischemic heart under controlled experimental conditions.     

Morphine-potentiated platelet aggregation in in vitro and platelet plug formation in in vivo experiments

The detailed mechanisms underlying morphine-signaling pathways in platelets remain obscure. Therefore, we systematically examined the influence of morphine on washed human platelets. In this study, washed human platelet suspensions were used for in vitro studies. Furthermore, platelet thrombus formation induced by irradiation of mesenteric venules with filtered light in mice pretreated with fluorescein sodium was used for an in vivo thrombotic study. Morphine concentration dependently (0.6, 1, and 5 microM) potentiated platelet aggregation and the ATP release reaction stimulated by agonists (i.e., collagen and U46619) in washed human platelets. Yohimbine (0.1 microM), a specific alpha(2)-adrenoceptor antagonist, markedly abolished the potentiation of morphine in platelet aggregation stimulated by agonists. Morphine also potentiated phosphoinositide breakdown and intracellular Ca(2+) mobilization in human platelets stimulated by collagen (1 microg/ml). Moreover, morphine (0.6-5 microM) markedly inhibited prostaglandin E(1) (10 microM)-induced cyclic AMP formation in human platelets, while yohimbine (0.1 microM) significantly reversed the inhibition of cyclic AMP by morphine (0.6 and 1 microM) in this study. The thrombin-evoked increase in pH(i) was markedly potentiated in the presence of morphine (1 and 5 microM). Morphine (2 and 5 mg/g) significantly shortened the time require to induce platelet plug formation in mesenteric venules. We concluded that morphine may exert its potentiation in platelet aggregation by binding to alpha(2)-adrenoceptors in human platelets, with a resulting inhibition of adenylate cyclase, thereby reducing intracellular cyclic AMP formation followed by increased activation of phospholipase C and the Na(+)/H(+) exchanger. This leads to increased intracellular Ca(2+) mobilization, and finally potentiation of platelet aggregation and of the ATP release reaction.