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.     

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。     

乙酰胆碱与蚕豆气孔运动的关系

在蚕豆（ViciafabaL）幼苗中,很尖的切除可以引起植株蒸腾速率的逐渐下降;而在这一过程中植株地上部水势保持不变;外施乙酰胆碱可以使蒸腾速率基本恢复到断根前的水平。利用气质联动技术对乙酰胆碱的内源性进行了鉴定,结果表明蚕豆的类乙酰胆碱提取物具有与人工合成的乙酰胆碱和高等动物脑组织中类乙酰胆碱提取物相同的质谱谱线,说明乙酰胆碱是蚕豆中的一种内源物质。为了对乙酰胆碱进行快速而准确的测定,建立了测定乙酰胆碱的热裂解的气相色谱法。利用这种方法测定的结果表明,在从根的切除到不定根重新长成的整个过程中,叶片下表皮中乙酰胆碱的含量与叶片的蒸腾速率及根的存在和生长状态密切相关,表明内源的乙酰胆碱可能参与调控植物的气孔行为;这一推论又为乙酰胆碱对表皮条中气孔开度的刺激效应和乙酰胆碱酯酶抑制剂neostig－mine可以增加气孔对乙酰胆碱的敏感性的实验进一步证实。     

乙酰胆碱与蚕豆气孔运动的关系

在蚕豆(Vicia faba L.)幼苗中,根尖的切除可以引起植株蒸腾速率的逐渐下降;而在这一过程中植株地上部水势保持不变;外施乙酰胆碱可以使蒸腾速率基本恢复到断根前的水平。利用气质联动技术对乙酰胆碱的内源性进行了鉴定,结果表明蚕豆的类乙酰胆碱提取物具有与人工合成的乙酰胆碱和高等动物脑组织中类乙酰胆碱提取物相同的质谱谱线,说明乙酰胆碱是蚕豆中的一种内源物质。为了对乙酰胆碱进行快速而准确的测定,建立了测定乙酰胆碱的热裂解的气相色谱法。利用这种方法测定的结果表明,在从根的切除到不定根重新长成的整个过程中,叶片下表皮中乙酰胆碱的含量与叶片的蒸腾速率及根的存在和生长状态密切相关,表明内源的乙酰胆碱可能参与调控植物的气孔行为;这一推论又为乙酰胆碱对表皮条中气孔开度的刺激效应和乙酰胆碱酯酶抑制剂neostigmine可以增加气孔对乙酰胆碱的敏感性的实验进一步证实。     

蚕豆保卫细胞中钙调素的免疫电镜定位

以蚕豆横切和平切气孔为材料,对钙调素进行了免疫胶体金电镜定位的结果表明:在蚕豆保卫细胞的细胞核、细胞质、细胞膜、叶绿体、液泡、高尔基体、细胞壁中都有金颗粒分布,在线粒体上的分布较少.     

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。     

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     

共聚焦显微技术研究ABA诱导蚕豆气孔保卫细胞H2O2的产生（简报）

The methods of confocal laser scanning microscopy (CLSM) and microinjection were used to study ABA-induced H2O2 in guard cells (Vicia faba), which were labeled with H2O2 specific probe-2, 7-dichlorofluorescin diacetate(H2DCFDA). The results indicated 100 U/mL catalase (CAT) could inhibit partly stomatal closure induced by ABA. 10(-3) mmol/L ABA could significantly induce H2O2 production in chloroplast in guard cells of Vicia faba following microinjection, and 100 U/mL CAT could partly abolish the effects following simultaneous microinjection of ABA and CAT. These suggest that H2O2 is possibly involved in ABA signaling leading to stomatal closure.     

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     

保卫细胞的光合作用在光调节的气孔运动中的功能

本文介绍植物叶片上保卫细胞中叶绿体在光诱导气孔开放过程中的作用等研究进展,并对叶肉细胞中的光合作用与气孔运动之间的关系也作简要分析和讨论。     

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.     

一氧化氮在乙烯诱导蚕豆气孔关闭中的作用

以蚕豆为材料研究了一氧化氮(nitric oxide,NO)和乙烯对气孔运动的影响。结果表明,10μmol/L的NO供体硝普钠(sodium nitroprusside,SNP)以及0.04%的乙烯能明显诱导蚕豆气孔关闭,并且二者共同处理后,能够增强其促进气孔关闭的作用。乙烯合成抑制剂AVG可以减弱NO诱导气孔关闭的程度,NO清除剂c-PTIO和NR抑制剂NaN3也可减弱乙烯诱导气孔关闭的程度,而一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)抑制剂L-NAME对乙烯诱导气孔关闭的作用不明显。推测,在调控蚕豆气孔关闭过程中,NO可能主要通过NR途径参与乙烯调控气孔关闭过程。     

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。     

水杨酸、茉莉酸和乙烯在调控蚕豆气L运动中的相互关系

以蚕豆下表皮为材料研究了水杨酸、(±)茉莉酸和乙烯对气孔运动的影响及其相互关系。结果表明,在一定范围内,水杨酸和乙烯利都可诱导气孔关闭,并且二者能够相互增强其作用强度;(±)茉莉酸能够促进气孔开度增大,加入(±)茉莉酸减弱了乙烯利对气孔运动的影响,(±)茉莉酸和乙烯利存在拮抗效应。降低内源乙烯的水平可以增强(±)茉莉酸促进气孔张开的作用、降低水杨酸的诱导气孔关闭效应。而水杨酸和(±)茉莉酸之间的关系比较复杂。     

H2S介导ABA诱导蚕豆气孔运动的生理机制研究

以蚕豆为实验材料,利用药理学实验和分光光度法,研究了ABA处理及ABA与H2S合成抑制剂共处理对蚕豆气孔运动的影响,以及体内H2S水平、H2S合成酶L-/D-半胱氨酸脱巯基酶(磷酸吡哆盐依赖性酶)活性变化.结果表明:(1)光下H2S的合成抑制剂羧甲氧基胺半盐酸盐(AOA)、羟氨(NH2OH)、L-/D-半胱氨酸脱巯基酶分解产物C3H3KO3+NH3均明显抑制ABA诱导的蚕豆气孔关闭;(2)外源ABA能够明显提高叶片的H2S水平及L-/D-半胱氨酸脱巯基酶活性;(3)AOA、NH2OH、C3H3KO3和NH3均可以逆转ABA所引起的H2S水平及L-/D-半胱氨酸脱巯基酶活性的升高.研究发现,ABA可通过增强L-/D-半胱氨酸脱巯基酶活性,促进L-/D-半胱氨酸分解生成H2S,进而诱导蚕豆气孔关闭.     

Ca~(2+)参与NO对蚕豆气孔运动的调控

观察了Ca2 + 、Ca2 + 的螯合剂和Ca2 + 通道抑制剂对NO调控的蚕豆气孔运动的影响。结果表明 ,NO的供体 1～ 10 0 μmol/LSNP (sodiumnitroprusside ,硝普纳 )可诱导气孔关闭 ;除去表皮条缓冲液中的Ca2 + 后 ,NO不再影响气孔的运动 ;Ca2 + 的螯合剂EGTA和BAPTA几乎可以完全抑制NO诱导的气孔关闭作用 ;胞内钙通道抑制剂钌红 (rutheniumred)和L型Ca2 + 通道阻断剂硝苯吡啶 (nifedipine)能够减弱SNP诱导气孔运动的关闭趋势 ;加入Ca2 + 通道抑制剂LaCl3 ,则外源NO失去其诱导气孔关闭的作用。说明在NO调控的气孔运动中 ,在NO信号途径的下游可能涉及来自胞内和胞外Ca2 + 的参与 ,并且胞外Ca2 + 更为重要。     

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.     

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。     

在非光合条件下外源蔗糖能促进蚕豆的气孔开放

蚕豆植株经暗饥饿处理40h后,取其下表皮,再用超声波“原位分离”下表皮上的保卫细胞对,然后在无菌、非光合条件下,用外源蔗糖处理蚕豆下表皮上的保卫细胞对,考察其对气孔开放的效应。结果发现,在1d的无菌培养过程中,蔗糖显著促进了气孔的开放。100mmol/L的蔗糖在10mmol/L的MES-NaOH/KOH(pH6.1)缓冲液中,开度分别增加2.0/2.6μm;在1μmol/L的气孔开放促进剂fusicoccin(FC)的存在下,100mmol/L的蔗糖在MES-NaOH/KOH(pH6.1)缓冲液中分别增加开度5.0/5.5μm。不同浓度（5～200mmol/L）的蔗糖处理结果表明气孔开度的增加与蔗糖浓度呈一定的正相关,浓度为100mmol/L的蔗糖处理表现出最大促进作用。同时还初步观察到,蔗糖可维持保卫细胞存活率和叶绿体的完整性。