活性氧在气孔运动中的作用

水分代谢是植物基础代谢的重要组成部分,气孔开关精细地调节着植物水分散失和光合作用。气孔运动受到多种因子的调控,保卫细胞内大量的第二信使分子是响应外界刺激、调节保卫细胞代谢方式、改变保卫细胞水势进而引起气孔开关的重要功能组分。细胞内的活性氧就是其中重要的成员之一。保卫细胞中的活性氧包括过氧化氢、超氧阴离子自由基和羟自由基等,这些活性氧可以通过光合作用、呼吸作用产生或通过专门的酶催化合成,在触发下游生理反应、完成信号转导后由专门的酶将其清除。在植物激素(脱落酸、水杨酸)、一氧化氮、质外体钙调素、细胞外ATP等因子调节气孔运动的过程中,活性氧都发挥了介导作用。该文对于近年来活性氧在气孔运动过程中发挥的作用方面的研究进展进行了综述。     

云杉针叶三磷酸腺苷酶活性的超微细胞化学定位

用磷酸铅沉淀技术研究了云杉幼龄针叶及成龄树针叶细胞的三磷酸腺苷酶(ATPase)活性定位。从形态结构上可以看到,种子萌发的幼龄针叶细胞的细胞壁较薄, ATP酶活性反应产物磷酸铅颗粒主要分布于细胞质和细胞质膜上。成龄针叶细胞壁较厚,内质网等细胞器发达,ATP酶主要在细胞壁有较高的活性反应。两者细胞的液泡及细胞核中也有少量定位。幼龄针叶ATP酶活性较成龄针叶的活性较弱, 这种活性变化与不同发育时期叶的生理功能有关。     

植物组织中ATP、ADP、AMP量的测定及能荷指标

用萤火虫发光器中的萤光素-萤光素酶测定腺三磷是最专一而灵敏的方法。常用来作细胞(花粉、精子)和以毫克计的组织或细胞器中的ATP含量的分析。萤光素-萤光素酶不仅可用于ATP的专一测定,如借助特     

蒙古沙冬青气孔及保卫细胞内向钾离子通道特性研究

蒙古沙冬青是一种豆科,常绿灌木,主要分布在我国西北地区。蒙古沙冬青作为沙生植物的一种,有很强抗旱能力。蒙古沙冬青具有很低的蒸腾强度,其蒸腾作用与气孔的活动密切相关。气孔开放过程,保卫细胞质膜上的内向钾离子通道介导钾离子进入保卫细胞。本研究通过观测蒙古沙冬青和拟南芥气孔及保卫细胞原生质体,结果显示,蒙古沙冬青气孔密度明显比拟南芥气孔密度要低;蒙古沙冬青气孔保卫细胞周长是拟南芥的1.7倍;而蒙古沙冬青保卫细胞的体积约是拟南芥的3倍。通过膜片钳技术,记录蒙古沙冬青和拟南芥保卫细胞原生质体内向钾离子通道电流,膜电位为-180 m V时,蒙古沙冬青电流密度明显小于拟南芥。蒙古沙冬青保卫细胞内向钾离子通道转运钾离子的能力比较弱,可推测蒙古沙冬青气孔不易开放。通过比较发现,旱生植物蒙古沙冬青低的气孔密度和保卫细胞弱的转运钾离子能力,是其具有低的蒸腾强度关键。     

冬小麦(Triticum aestivumL)分蘖节细胞内三磷酸腺甙酶活性的细胞化学研究

采用磷酸铅沉淀的细胞化学方法,对冬小麦分蘖节细胞内的三磷酸腺甙酶(ATP-ase)活性进行了亚显微结构的定位,并试验了ATP-ase 在5℃低温下的反应活性。结果指出:无论在一般采用的常温(22℃)反应条件下,或是在5℃的低温反应中,在小麦分蘖节细胞的质膜、胞间连丝、核仁,染色质以及液泡中,均显示出很高的ATP-ase 的活性反应;在造粉体周围的细胞质以及细胞间隙内,也观察到ATP-ase 活性反应的磷酸铅沉淀物;而在线粒体、质体和内质网上,则一般未表现出ATP-ase 的活性。对于ATP-ase 活性在小麦分蘖节细胞各部位的定位情况及其可能的功能意义,以及ATP-ase 在5℃低温下的高活性反应同冬小麦植株在低温下抗寒锻炼的关系,进行了讨论。     

百合花粉母细胞间细胞融合期间腺苷三磷酸酶活性的细胞化学定位及其与染色质胞间转移的关系

用标准的磷酸铅沉淀的细胞化学方法,对百合花粉母细胞间染色质穿壁运动期间及其前后三个时期中的腺苷三磷酸酶(ATP 酶)活性进行了超微结构的定位。结果表明:(1)在穿壁前,ATP 酶活性主要定位于质膜、胞间连丝及细胞间隙;在内质网、高尔基体、质体和某些局部的基质(groundplasm)中,也表现有 ATP 酶活性反应的产物;但在染色质和核仁中,一般都没有这种反应。(2)在穿壁时,染色质从一个细胞穿壁转移到另一个相邻细胞,同时看到染色质和核仁内出现密集的 ATP 酶活性反应产物;在内质网和高尔基体的腔内以及质体的片层上也产生明显的 ATP 酶活性反应;而在质膜、胞间连丝及细胞间隙内 ATP 酶活性明显降低,甚至看不到明显的活性反应。(3)在穿壁后,质膜及细胞间隙中又产生明显的 ATP 酶活性反应产物,但核内染色质上的 ATP 酶活性则显著降低,而核仁内则仍有较高的活性。同前二个时期一样,内质网、高尔基体和质体上的 ATP 酶仍表现明显的活性反应。最后讨论了三个不同发育时期 ATP 酶活性及其分布部位的改变与染色质胞间转移的关系。     

DGP1, 一个受干旱诱导的保卫细胞特异性启动子的构建与功能分析

植物气孔运动的分子调控离不开高效的基因开关系统, 保卫细胞特异性表达的启动子近几年备受关注. 将保卫细胞特异性表达元件和干旱应答元件进行改造, 构建成一个新的受干旱诱导的保卫细胞特异性的启动子DGP1. 转基因烟草的组织化学定位表明, DGP1驱动的gus基因在受到干旱诱导的情况下, 在保卫细胞中特异性表达, 而在未经干旱处理植株的保卫细胞和干旱处理的根、茎和花中均不表达. 对GUS活性进行定量测定, 结果显示GUS活性明显地受干旱诱导, 并且随着处理时间的延长而增强, 其中干旱诱导8 h后GUS的活性是诱导前的179倍. 而根、茎和叶肉组织在干旱诱导后GUS活性虽然有所提高, 但变化不大. 这些结果表明, 植物在遭遇干旱胁迫时, DGP1启动子可以驱动目的基因在保卫细胞专一性表达, 这就为通过基因工程的途径调控气孔开关运动奠定了基础.     

丝蛋白合成和分泌期家蚕丝腺中有氧氧化特性分析

【目的】有氧氧化中葡萄糖(Glc)、丙酮酸(PA)、乙酰Co A(AC)、还原型吡啶核苷酸(NADH)和腺苷三磷酸(ATP)摩尔数的理论比值为1∶2∶2∶10∶30~32,而己糖激酶(HK)、磷酸果糖激酶1(PFK1)、丙酮酸激酶(PK)、丙酮酸脱氢酶(PDH)、柠檬酸合酶(CS)、异柠檬酸脱氢酶(ICDHm)、α-酮戊二酸脱氢酶(α-KGDH)、NADH泛醌还原酶(NCR)、琥珀酸泛醌还原酶(SCR)、泛醌细胞色素C还原酶(CCR)、细胞色素C氧化酶(CCO)和ATP合酶(AS)活性的理论比值为1∶1∶2∶2∶2∶2∶2∶10∶2∶12∶12∶26~28。本研究旨在分析丝蛋白合成和分泌期家蚕Bombyx mori丝腺有氧氧化的特性。【方法】利用分光光度法和高效液相色谱法测定了上述生化指标的变化。【结果】丝蛋白合成和分泌期家蚕丝腺中检测不到Glc,产物含量以1/30 ATP,1/10 NADH,1/2 AC和1/2 PA的顺序递增;糖酵解途径相关酶活性,以PFK1活性最低;三羧酸循环相关酶活性以1/2 ICDHm,1/2α-KGDH和1/2 CS的顺序递增;氧化磷酸化相关酶包括1/26 AS,1/10 NCR,1/2 SCR,1/12 CCR和1/12 CCO的活性以1/26 AS活性最低;1/26 AS,1/2 ICDHm,1/2 PDH和PFK1的活性依次递增。NADH含量、ATP含量、PFK1活性、PDH活性和NCR活性在丝蛋白合成期升高,但在丝蛋白分泌期下降。【结论】据此推测,家蚕丝腺中PFK1,ICDHm和AS分别是糖酵解途径、三羧酸循环和氧化磷酸化的限速酶;糖酵解途径、丙酮酸脱氢、三羧酸循环和氧化磷酸化速率依次递减;有氧氧化速率在丝蛋白合成期升高,相反在丝蛋白分泌期降低。     

胚胎发育过程中腺三磷酶作用的研究概况

腺三磷酶(ATPase)是一种能够催化高能磷酸化合物腺三磷(ATP)分解的酶,ATP 分解后产生出大量的储藏能,因此 ATPase-ATP 系统在各种生命活动,包括胚胎发育的能量供给过程中,起着重要的作用。ATP-ase 除了与发育过程中能量的供给有关之外,还关     

香蕉叶片发育过程中不同甲酯化程度果胶的变化

采用免疫荧光标记技术,利用5种识别不同甲酯化程度聚半乳糖醛酸(HGs)果胶及香蕉果胶甲酯酶(PME)的单克隆抗体,对不同株龄香蕉叶片中PME及不同甲酯化程度的HGs定位、相对含量以及PME活性的变化进行分析,为探讨HGs和PME在香蕉生长发育及抵抗逆境过程中的功能和生理机制奠定基础。结果显示:(1)PME主要在组培苗的叶肉和保卫细胞中表达,其表达量及其酶的活性均随着香蕉株龄的增长而呈现下降趋势。(2)叶肉细胞也是各类不同甲酯化程度HGs的主要分布区域,其含量随着香蕉株龄的增长有不同程度的下降,但不同HGs在叶肉细胞中的含量以及在表皮、保卫细胞及叶脉中的分布模式不尽相同,保卫细胞中HGs的甲酯化程度较高。研究表明,香蕉的叶肉细胞是PME及这5种不同甲酯化程度HGs的主要分布场所,且这些HGs在香蕉发育过程中的含量变化趋势与PME相似。     

NO对He-Ne激光和增强UV-B辐射小麦幼苗气孔运动的作用机理研究

为探讨NO对He-Ne激光和增强UV-B辐射小麦（Triticum aestivuml）气孔运动的作用机理,采用低剂量（5 mW.mm-2）He-Ne激光和增强（10.08 kJ.m-2.d-1）UV-B辐射并结合药理学实验和激光共聚焦显微技术,对ML7113小麦的叶片及表皮条进行不同的处理,结果显示：（1）UV-B辐射既可诱导小麦叶片气孔关闭,又能够明显增加气孔保卫细胞和叶片的NO水平,且NO清除剂明显抑制了UV-B辐射诱导的小麦叶片气孔关闭,同时气孔保卫细胞和叶片内的NO含量明显减少。（2）一氧化氮合酶（NOS）抑制剂L-NAME对经UV-B辐射诱导的小麦幼苗气孔开度及保卫细胞和叶片内NO含量的抑制程度明显大于硝酸还原酶（NR）抑制剂NaN3对其的抑制程度,说明一氧化氮合酶（NOS）合成途径是小麦叶片经UV-B辐射后NO的主要产生途径。（3）就气孔开度而言,L〉CK〉BL〉B。就小麦叶片及保卫细胞内NO含量而言,B〉BL〉CK〉L。就硝酸还原酶（NR）和一氧化氮合酶（NOS）的活性而言,B组NR活性最低,NOS活性最高,L组NR活性最高,NOS活性最低。表明经He-Ne激光和增强UV-B辐射诱导的小麦气孔开度的变化确实与保卫细胞及叶片中NO含量的多少有关,气孔开度的减小及增大对应于NO含量的增多或减少,同时进一步证实了小麦叶片经He-Ne激光单独辐照后,NO的主要合成途径也来源于NOS途径。     

蚕豆保卫细胞原生质体质膜ABA结合蛋白与气孔对ABA敏感性的关系

在测定蚕豆(Vicia faba L.)保卫细胞原生质体质膜ABA结合蛋白的解离常数(Kd)和最大结合容量的基础上,进一步研究了几种因子(pH、光)对Kd和最大结合容量的影响。结果显示:pH并不改变结合蛋白的Kd值,而仅影响每个原生质体结合的分子数;光、暗处理的结果表明,光可使结合蛋白的Kd值增大,每个原生质体结合的ABA分子数减少,而暗处理可使结合蛋白的Kd值减小及每个原生质体结合的分子数增多,说明黑暗可提高气孔保卫细胞对ABA的敏感性,而光可以降低气孔保卫细胞对ABA的敏感性。因此,光、暗可以通过调节ABA结合蛋白的Kd值来调节气孔对ABA的敏感性。     

乙酰胆碱酯酶在蚕豆保卫细胞中集中分布

动物细胞中,乙酰胆碱酯酶负责把乙酰胆碱水解为胆碱和乙酸以起到终止信号的作用。蚕豆（ＶｉｃｉａｆａｂａＬ．）保卫细胞原生质体表面具有特异的水解乙酰胆碱的酯酶,光可以激活该酶的活性。组织学定位的结果显示,酶反应产物主要分布于气孔保卫细胞内壁和腹壁的外侧及内壁和腹壁中,表明一种类似于动物突触传递的机制可能存在于气孔保卫细胞和周围细胞之间,即乙酰胆碱发挥作用后由乙酰胆碱酯酶分解以终止其作用;此外开放的气孔周围具有更高的酶活性,说明乙酰胆碱酯酶可通过水解气孔周围的乙酰胆碱而调控气孔运动     

保卫细胞碳代谢与气孔运动

作为气孔运动渗透调节的代谢基础 ,气孔保卫细胞的碳代谢有特殊的调控机理。本文介绍了气孔保卫细胞中参与碳代谢的主要酶的特性及调控特点 ,特别是保卫细胞叶绿体中催化苹果酸形成的PEP羧化酶 ,其磷酸化和去磷酸化参与了保卫细胞信号传递。保卫细胞碳代谢调控在气孔运动调节中的作用 ,并讨论了保卫细胞碳代谢与能量代谢的关系     

超氧阴离子通过提高[Ca2+]cyt调节保卫细胞K+通道和气孔运动

氧化信号参与了许多生理过程的调控。用膜片钳和激光共聚焦显微镜,采用可以产生O2^ 的甲基紫精处理蚕豆(Vicia faba L)保卫细胞,测定了O2^ 对气孔运动调节过程中胞质Ca^2 离子浓度和细胞质膜K^ 通道活性的变化,结果表明甲基紫精可以促进气孔的关闭,乙二醇四乙酸酯(Ethylene glycol bis(2-aminoethyl)tetra-acetic acid,EGTA)、抗坏血酸(Ascorbic acid,AsA)和过氧化物酶(Catalase,CAT)可以消除小于10^-5mol／L甲基紫精对气孔运动的影响;10^-2和10^-5mol/L的甲基紫精可使保卫细胞胞质Ca^2 浓度有不同程度提高,并伴随有钙震荡。蚕豆气孔保卫细胞质膜内向K^ 通道可被咆外甲基紫精抑制,而这种抑制和[Ca^2 ]cyt有关。推测甲基紫精产生的O2^-对蚕豆气孔运动的调节,主要是通过O2^ 诱导的胞内游离Ca^2 浓度的升高,从而抑制了通过保卫细胞质膜K^ 内向电流。     

保卫细胞碳代谢与气孔运动

作为气孔运动渗透调节的代谢基础,气孔保卫细胞的碳代谢有特殊的调控机理。本文介绍了气孔保卫细胞中参与碳代谢的主要酶的特性及调控特点,特别是保卫细胞叶绿体中催化苹果酸形成的PEP羧化酶,其磷酸化和去磷酸化参与了保卫细胞信号传递。保卫细胞碳代谢调控在气孔运动调节中的作用,并讨论了保卫细胞碳代谢与能量代谢的关系。     

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?     

气孔运动中的活性氧信号

大量研究证明活性氧(ROS)在气孔运动中起信号分子的作用。保卫细胞中ROS的产生依赖于特定的酶,其中NADPH氧化酶组分RBOH已得到深入研究,并已证实其参与生物与非生物胁迫反应。植物激素包括脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、乙烯、生长素及细胞分裂素等,它们均通过ROS的介导来调控气孔运动。生物胁迫(如毒性细菌和真菌)也会调控气孔运动。ROS参与这些调控过程。保卫细胞中存在多层次对ROS产生及其作用的调节,抗氧化活性物质和ROS敏感蛋白(如蛋白激酶和磷酸酶)均可传递ROS信号并调节气孔运动。ROS对离子通道调节的证据也越来越多。保卫细胞由于可通过ROS整合复杂的信号途径,已成为研究植物ROS信号转导过程的良好模式系统。     

气孔运动中的活性氧信号

大量研究证明活性氧(ROS)在气孔运动中起信号分子的作用。保卫细胞中ROS的产生依赖于特定的酶, 其中NADPH氧化酶组分RBOH已得到深入研究, 并已证实其参与生物与非生物胁迫反应。植物激素包括脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、乙烯、生长素及细胞分裂素等, 它们均通过ROS的介导来调控气孔运动。生物胁迫(如毒性细菌和真菌)也会调控气孔运动。ROS参与这些调控过程。保卫细胞中存在多层次对ROS产生及其作用的调节, 抗氧化活性物质和ROS敏感蛋白(如蛋白激酶和磷酸酶)均可传递ROS信号并调节气孔运动。ROS对离子通道调节的证据也越来越多。保卫细胞由于可通过ROS整合复杂的信号途径, 已成为研究植物ROS信号转导过程的良好模式系统。     

植物生理学基础实验用亚硝酸钴钠反应观察气孔保卫细胞内钾离子的变化

植物蒸腾作用及其与大气之间的气体交换,主要是通过气孔来调节的。气孔开关的机理也就成为植物生理学中重要问题之一。长期以来,植物生理学教学中都用保卫细胞内淀粉和磷酸葡萄糖的互变学说说明气孔开关的变化。