环境因素和ABA对葡萄试管苗气孔开闭的影响

黑暗、低温、低湿、高渗等环境因素和ABA处理,虽能降低葡萄试管苗叶气孔开度,但因长时处于饱和湿度和弱光下的气孔保卫细胞发育不良,造成气孔口过度开放,而保卫细胞胀缩变化的幅度,不足以使这种过度开放的气孔口关闭。通过分步炼苗降低试管苗气孔口的开度后,保卫细胞膨压的变化就能使气孔关闭了。试管苗叶气孔在暗中的关闭率,可作为炼苗适合程度的生理指标。     

槐树试管苗在移栽驯化过程中叶表面结构的扫描电镜观察

用扫描电子显微镜观察了槐树试管试管苗在移栽驯化及大田生长过程中叶表面结构的变化。结果表明：随着移栽驯化及大田生长过程的延长,表皮细胞周缘突起增多,细胞之间相互嵌合,连结紧密;表皮蜡质结晶密度、长度及蜡质厚度逐渐增加,其结晶由“星”状转化为针状及棒状;气孔器密度及气孔开度由大到小,气孔器下陷程度增加。显示出试管苗在移栽驯化及田间生长过程中,叶表面结构对环境的适应性,其主要变化向着防止水分过度散失的方     

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.     

拟南芥保卫细胞微丝骨架的解聚可能参与了细胞外钙调素诱导的气孔关闭

细胞外钙调素(CaM)在植物的许多生理活动中都执行着重要功能, 但它对气孔运动的作用及其调控机制, 人们了解的很少. 以模式植物拟南芥为材料, 研究了细胞外CaM在保卫细胞壁上的存在及其对气孔运动的调控机制. 结果表明, 拟南芥保卫细胞壁中存在有分子量为17 kD的CaM, 并应用W7-琼脂糖和CaM抗血清初步证明了保卫细胞壁中存在的CaM可能具有促进气孔关闭和抑制气孔开放的作用. 在应用外源CaM诱导气孔关闭的实验中, 保卫细胞微丝骨架由长而呈辐射状分布的聚合态逐步解聚, 气孔开度也随着降低. 药理学实验结果表明, 保卫细胞微丝骨架的解聚能明显地促进外源CaM诱导的气孔关闭, 而微丝骨架的聚合则抑制这一过程. 研究结果还表明, 外源CaM能诱导保卫细胞[Ca²⁺]_cyt升高; 当使用Ca²⁺螯合剂EGTA时, 外源CaM诱导的[Ca²⁺]_cyt升高和气孔关闭运动均受到抑制. 为此推测细胞外CaM可能是通过诱导保卫细胞[Ca²⁺]_cyt升高, 导致微丝骨架的解聚, 进而促进气孔的关闭运动.     

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。     

槐树试管正常苗与超度含水态苗茎叶的比较形态学研究

槐树(Sophora japonica L.)子叶经培养获得了大量的试管苗,依其形态正常与否可将其分为正常苗、超度含水态苗和介于二者之间的过度含水态苗。其自由水含量明显不同,正常苗低于50％,超度含水态苗高于79％,而过度含水态苗约为70％。以扫描电镜对其茎、叶的形态学结构进行了比较研究,结果表明:正常苗茎、叶表皮结构基本类似于实生苗,而过度及超度含水态苗的茎、叶表皮层结构变异较大。主要表现在其表面凹凸不平,表皮层外稀有或无蜡质存在,表皮细胞形状及排列不规则,叶片近、远轴两面气孔器密度、大小及开度均较正常苗显著增大;保卫细胞形态、结构异常。上述特征,均显示出槐树试管过度及超度含水态苗易失水干化,这可能是其在移栽过程中难以成活的主要原因之一。     

水分胁迫下蚕豆（Vicia faba L．）气孔关闭与叶片细胞中ABA区隔化与再分配的关系

应用胶体金免疫电镜定位技术研究水分胁迫下叶片ＡＢＡ的再分配。表明：水分胁迫初期蚕豆叶肉细胞中ＡＢＡ的量与对照相比无明显变化,但水分胁迫可导致表皮细胞质外体ＡＢＡ含量明显增加;保卫细胞在水分胁迫前即含有大量ＡＢＡ;ＡＢＡ主要分布在叶绿体和细胞核,细胞的腹壁及相邻外壁和内壁也有大量ＡＢＡ存在,但背壁ＡＢＡ的量很少;气孔完全开放时背壁ＡＢＡ含量更少,当水分胁迫导致气孔关闭时,保卫细胞背壁ＡＢＡ含量大增,说明气孔运动与保卫细胞中ＡＢＡ的区隔化与再分配密切相关。     

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。     

拟南芥保卫细胞中茉莉酸甲酯诱导的H2O2产生与MAPK信号转导体系的可能关系

蛋白激酶MEK1/2的专一抑制剂PD98059可抑制茉莉酸甲酯(MeJA)诱导的拟南芥保卫细胞中H2O2的产生和气孔的关闭.MeJA和H2O2诱导气孔关闭后,再用PD98059处理,可使关闭的气孔重新开放,同样,外源PD98059处理,能使MeJA诱导增强的H2O2探针的荧光强度降低.此结果表明,类属于MAPKK的蛋白激酶MEK1/2参与了MeJA诱导的拟南芥气孔关闭的信号转导过程,其作用机制可能是通过调节MeJA诱导保卫细胞产生和积累H2O2而起作用.     

一种用透明胶带粘取叶片表皮观察气孔的方法

用普通塑料透明胶带粘取叶片下表皮观察植物的气孔,比印迹法和撕取下表皮观察气孔的方法具有操作简单、速度快、真实性强的优点,尤其适宜于试管苗等幼嫩材料的气孔变化动态和形态学指标的研究.此法可以防止因保卫细胞失水而导致气孔开张度的变化,能真实地观察植物不同阶段和时期气孔的变化动态.     

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。     

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.     

UV-B辐射对蚕豆叶片气孔运动的间接效应与NO和H2O2有关

0.2 W.m-2的UV-B辐射不仅能诱导整体蚕豆叶片气孔导度和开度的显著降低,而且能明显降低蚕豆叶肉光合活性,但该强度的UV-B辐射却不能明显影响离体表皮条的气孔开度.说明0.2W.m-2的UV-B主要通过间接途径调控了蚕豆叶片气孔运动.借助药理学试验和激光扫描共聚焦显微镜技术,进一步对该间接效应过程中是否有NO和H2O2的参与进行了探讨.结果显示:NO专一性清除剂cPT IO和一氧化氮合酶(NO S)抑制剂L-NAM E均能有效地抑制UV-B辐射诱导的叶片气孔关闭和保卫细胞内源NO水平的升高;H2O2清除剂抗坏血酸(A SC)和过氧化氢酶(CAT)也能有效地逆转UV-B辐射诱导的气孔关闭和保卫细胞内源H2O2含量的升高.另外,外源NO或H2O2处理也能有效地诱导叶片气孔关闭.结果说明0.2W.m-2的UV-B辐射对蚕豆叶片气孔关闭的间接诱导与NO和H2O2有关.     

UV-B对拟南芥叶片不同来源H2O2的活化和气孔关闭的诱导

在UV-B调控植物许多生理过程中过氧化氢(H2O2)作为第二信使发挥着重要作用,但H2O2来源途径并不清楚。该研究借助气孔开度分析和激光扫描共聚焦显微镜技术,探讨H2O2在介导不同剂量UV-B诱导拟南芥叶片气孔关闭过程中的酶学来源途径。结果发现:0.5W.m-2 UV-B能诱导野生型拟南芥叶片保卫细胞的H2O2产生和气孔关闭,且该效应能被NADPH氧化酶抑制剂二苯基碘(DPI)抑制,而不能被细胞壁过氧化物酶抑制剂水杨基氧肟酸(SHAM)抑制,同时该剂量UV-B也不能诱导NADPH氧化酶功能缺失单突变体AtrbohD和AtrbohF以及双突变体AtrbohD/F保卫细胞的H2O2产生和气孔关闭;相反,0.65 W.m-2 UV-B既能诱导野生型也能诱导NADPH氧化酶突变体保卫细胞的H2O2产生和气孔关闭,且该效应能被SHAM抑制,却不能被DPI抑制。结果表明,不同剂量UV-B通过活化不同生成途径的H2O2来诱导拟南芥叶片气孔关闭,即低剂量UV-B主要诱导NADPH氧化酶AtrbohD和AtrbohF途径来源的H2O2生成,而高剂量UV-B主要活化细胞壁过氧化酶途径来源的H2O2。     

玉米叶片气孔及花环和维管束结构对水分胁迫的响应

采用盆栽种植,以玉米品种郑单958为试验材料,设置对照（CK）、轻度（LS）、中度（MS）和重度（SS）水分胁迫 (土壤含水量分别为田间持水量的75%～85%、65%～75%、55%～65%、45%～55%)4个水分梯度,从气孔开度的调控、花环结构的变化、叶片维管束水分运输等方面研究了玉米对土壤水分胁迫的应激反应.结果表明：随着水分胁迫程度的不断加剧,气孔保卫和副卫细胞中过氧化氢(H₂O₂)的积累量逐渐增多,应用荧光染色定位也发现H₂O₂荧光强度逐渐增强,而气孔开度和气孔导度均逐渐减小.同时,花环的正常结构被破坏,花环细胞排列凌乱且体积逐渐变小,维管束鞘细胞变得不规则;大维管束断面面积、木质部面积以及韧皮部细胞数均减少,总的叶片和上、下表皮的厚度逐渐变薄.此外,花环细胞和维管束鞘细胞中叶绿体数目减少,且在中度胁迫下花环细胞中叶绿体的分布发生了变化,由紧贴细胞质膜内侧环靠细胞壁分布向偏细胞中心扩散.发现玉米气孔关闭可能是由保卫细胞和副卫细胞中的H₂O₂共同调节,副卫细胞中的H₂O₂对保卫细胞主导的气孔关闭具有协同作用.总之,在水分胁迫下,玉米通过改变叶片花环结构和厚度、叶绿体的分布,减小木质部和韧皮部面积等降低叶片表面水势,促进气孔关闭,减少体内水分散失,以减轻干旱胁迫对其伤害.     

H+参与茉莉酸调控蚕豆气孔运动的信号转导

以BCECF-AM为pH的荧光探针,结合激光共聚焦扫描显微技术,研究H 可能参与茉莉酸(JA)调控气孔运动信号转导途径的结果表明,0.1~100μmol·L~(-1)浓度的(-)JA可诱导蚕豆气孔关闭,在引起气孔孔径改变之前,(-)JA能引起蚕豆保卫细胞胞质的碱化;而(±)JA可诱导气孔适当开放,它未引起蚕豆保卫细胞胞质中pH的明显改变。药理学实验证明,质膜上质子泵的抑制剂矾酸钠能减弱(-)JA诱导气孔关闭的作用;而质膜上质子泵的激活剂壳梭孢菌素(fusicoccin)基本上未改变(±)JA的作用趋势。(-)JA和(±)JA刺激保卫细胞胞质Ca2 变化则表现出不同趋势。说明不同异构体形式的JA在调节气孔运动中的作用和信号转导途径有所不同。     

H2S位于H2O2下游参与乙烯诱导拟南芥气孔关闭过程

H2O2和H2S是植物体内重要的信号分子,二者均参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程。以拟南芥野生型及其突变体为材料研究了H2O2和H2S在乙烯诱导拟南芥气孔关闭过程中的相互关系。结果表明,乙烯能够诱导野生型拟南芥叶片H2S含量及L-/D-半胱氨酸脱巯基酶(L-/D-CDes)活性显著增加,促进气孔关闭,但对H2O2合成突变体AtrbohD、AtrbohF、Atpao2和Atpao4植株叶片无显著作用;乙烯亦可引起H2S合成突变体Atl-cdes和Atd-cdes气孔保卫细胞H2O2水平的显著增加,但对其气孔运动没有显著作用。此外,H2O2清除剂和合成抑制剂均能抑制乙烯诱导的拟南芥叶片H2S含量和L-/D-CDes活性的增加及气孔开度的减小;而H2S清除剂和合成抑制剂虽能抑制乙烯诱导的气孔关闭,却不能改变乙烯对拟南芥叶片气孔保卫细胞H2O2的作用效应。由此表明H2S位于H2O2下游介导乙烯诱导拟南芥气孔关闭过程。     

过氧化氢在水杨酸诱导的蚕豆气孔关闭中的作用

许多植物病原菌可通过气孔进入叶片组织,因此减小气孔开度有利于提高植物的抗性。我们通过表皮条分析和激光扫描共聚显微镜得到的证据表明在保卫细胞中过氧化氢可能是水杨酸信号的中间环节。SA可以浓度依赖的方式诱导气孔关闭（图1A）,H2O2也有类似的作用（图1B）。100μmol/L的水杨酸诱导的气孔关闭作用可明显地被20U/ml的过氧化氢酶或10μmol/L的Vc逆转,但CAT和Vc单独处理时诱导气孔开放的作用很微弱。单细胞中基于荧光探针DCFH的时间进程实验表明直接外加（图版I）或显微注射100μmol/L的SA均可诱导保卫细胞中H2O2产生,但以显微注射双蒸水作为对照时对DCFH荧光无影响（图版II）。这些结果暗示了植物被病原菌感染时可能通过产生H2O2导致气孔关闭而阻止病原菌继续通过气孔侵入。     

过氧化氢在水杨酸诱导的蚕豆气孔关闭中的作用

许多植物病原菌可通过气孔进行叶片组织,因此减小气孔开度有利于提高植物的抗性,我们通过表皮条分析和激光扫描共聚显微镜得到的证据表明在保卫细胞中过氧化氢可能是水杨酸信号的中间环节。SA可以浓度依赖的方式诱导气孔关闭（图1A）,H2O2也有类似的作用（图1B）。100μmol/L的水杨酸诱导的气孔关闭作用可明显地被20U/ml的过氧化氢酶或10μmol/L的Vc逆转,但CAT和Vc单独处理时诱导气孔开放的作用很微弱,单细胞中基于荧光探针DCFH的时间进程实验表明直接外加（图版Ⅰ）或显微注射100μmol/L的SA均可诱导保卫细胞中H2O2产生,但以显微注射双蒸水作为对照时对DCFH荧光无影响（图版Ⅱ）,这些结果暗示了植物被病原菌感染时可能通过产生H2O2导致气孔关闭而阻止病原菌继续通过气孔侵入。     

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。