H2S位于SOS上游参与盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭

以拟南芥野生型、SOS突变体(Atsos1、Atsos2和Atsos3)、H2S合成相关酶L-/D-半胱氨酸脱巯基酶(L-/D-CDes)基因缺失突变体(Atl-cdes和Atd-cdes)和过表达株系(OEL-CDes和OED-CDes)为材料研究了H2S和SOS信号转导途径在盐胁迫诱导拟南芥气孔关闭中的作用及其相互关系。结果表明,盐胁迫能够引起拟南芥叶片H2S含量、L-/D-CDes活性及其基因表达量显著升高,诱导野生型拟南芥和OEL-CDes和OED-CDes叶片气孔关闭,但对Atl-cdes和Atd-cdes气孔开度无显著影响;而H2S清除剂次牛磺酸(hypotaurine,HT)可减弱盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭的作用,表明H2S参与盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭过程。外源H2S诱导野生型拟南芥气孔关闭,但对SOS突变体气孔开度无显著影响;同时盐胁迫下Atsos1、Atsos2和At-sos3亦表现出H2S含量及L-/D-CDes活性显著升高,且与野生型相比,盐胁迫对Atl-cdes和Atd-cdes叶片AtSOS基因表达量无显著影响。表明盐胁迫诱导气孔关闭过程中H2S位于SOS上游。     

转CiCHS基因拟南芥的黄酮代谢及抗氧化能力分析

该研究克隆了中间锦鸡儿的查尔酮合成酶基因(CiCHS)并转入野生型拟南芥和tt4突变体,用qRT-PCR检测了转基因拟南芥中内源AtCHS基因的表达量,用分光光度法分析了转基因拟南芥的总黄酮、丙二醛含量及DPPH自由基清除能力,用HPLC法检测了转基因拟南芥的柚皮苷含量。结果显示:(1)转基因拟南芥中,内源AtCHS基因的表达量约为野生型的十分之一,总黄酮含量明显高于野生型;HPLC测得转基因株系中柚皮苷含量高于野生型;紫外照射处理前后转基因拟南芥中丙二醛积累量明显少于野生型。(2)转基因株系提取物对DPPH自由基清除能力显著高于野生型。(3)CiCHS基因互补拟南芥tt4突变体,转基因株系的种皮呈现浅棕色。研究表明,中间锦鸡儿CiCHS基因异源表达后生成了柚皮苷,使转基因植物的抗氧化性增强,部分恢复了tt4突变体的种皮颜色。     

ECS1参与调节CO2诱导的拟南芥气孔关闭和H2O2积累

CO2浓度升高可以诱导植物叶片气孔关闭,提高植物对高浓度CO2的适应性.但植物如何感知CO2浓度变化并启动气孔关闭反应的分子机制至今仍不十分清楚.利用高通量、非侵入的远红外成像技术,建立了拟南芥(Arabidopsis thaliana)气孔对CO2浓度变化反应相关的突变体筛选技术,筛选出对环境CO2浓度敏感的拟南芥突变体ecs1.遗传学分析表明,ecs1 为单基因隐性突变体,突变基因ECS1编码一个跨膜钙离子转运蛋白.与野生型拟南芥相比,360 μL·L-1CO2可引起ecs1突变体叶片温度上升和气孔关闭,ecs1突变体对900 μL·L-1CO2长时间处理具有较强的适应性.进一步的实验表明,360 μL·L-1CO2即可诱导ecs1突变体叶片积累较高浓度的H2O2,而900 μL·L-1CO2才能够诱导野生型拟南芥叶片积累H2O2.因此,ECS1可能参与调节高浓度CO2诱导的拟南芥气孔关闭和H2O2产生,H2O2可能作为第二信号分子介导CO2诱导拟南芥气孔关闭的反应.     

IQM1基因过量表达对拟南芥气孔运动及根系生长的影响

拟南芥钙调素结合蛋白IQM家族共有6个成员,已证实IQM1是一个不依赖Ca2+的钙调素结合蛋白,其功能缺失突变体iqm1表现气孔开度小和根短的表型,而且突变体气孔开度并不因光、暗、脱落酸等诱导而变大或变小。该实验构建了IQM1基因双元表达载体并转化拟南芥,通过分子筛选及IQM1表达量分析,获得了IQM1基因过量表达植株。表型分析发现,IQM1过量表达植株在光诱导气孔开放处理后气孔开放度明显比野生型和iqm1-1增大,在暗诱导气孔关闭处理后气孔开度则显著变小;IQM1过量表达植株的主根比野生型和iqm1-1长,侧根数量比野生型和iqm1-1多,但IQM1过量表达对植株的生长形态、抽薹期、开花期及座果等方面却没有明显影响。研究表明,IQM1基因在植物气孔运动及根系生长中起着重要作用。     

拟南芥类受体蛋白激酶基因CRK45对外源钙离子的响应

以拟南芥野生型和类受体蛋白激酶基因CRK45的T-DNA插入突变体crk45为材料,采用差异基因表达筛选技术检测ABA处理后野生型和crk45中基因表达的差异。结果显示:(1)crk45突变体中有1个基因的表达比野生型高约4倍。(2)NCBI数据库检索表明,该基因编码的蛋白具有EF手型结构,蛋白序列全长为130个氨基酸,是典型的Ca2+结合蛋白,故命名为CRK45抑制的钙离子结合蛋白(CICBP)。(3)Northern blotting分析结果显示,ABA处理后crk45突变体中CICBP的表达明显升高,证明CICBP基因的确受ABA诱导,且其表达受CRK45的抑制。(4)外源75mmol/L的Ca2+处理后,crk45突变体的萌发率(30.8%)显著高于野生型(17.16%),说明在Ca2+介导下CRK45的功能是抑制种子萌发。(5)qRT-PCR检测显示,野生型中CRK45的表达受Ca2+诱导明显升高,而crk45突变体中的表达一直保持很低,说明crk45突变体是一个基因敲除突变体;Ca2+处理后crk45突变体中CICBP基因表达上调,而野生型中CICBP的表达反而降低,说明Ca2+处理下CRK45抑制CICBP基因的表达。研究表明,ABA或Ca2+处理后,CRK45通过负调控CICBP基因的表达,从而抑制拟南芥种子萌发。     

ECS1参与调节CO2诱导的拟南芥气孔关闭和H2O2积累

CO₂浓度升高可以诱导植物叶片气孔关闭, 提高植物对高浓度CO₂的适应性。但植物如何感知CO₂浓度变化并启动气孔关闭反应的分子机制至今仍不十分清楚。利用高通量、非侵入的远红外成像技术, 建立了拟南芥(Arabidopsis thaliana)气孔对CO₂浓度变化反应相关的突变体筛选技术, 筛选出对环境CO₂浓度敏感的拟南芥突变体ecs1。遗传学分析表明, ecs1为单基因隐性突变体, 突变基因ECS1编码一个跨膜钙离子转运蛋白。与野生型拟南芥相比, 360 μL·L^–1CO₂可引起ecs1突变体叶片温度上升和气孔关闭, ecs1突变体对900 μL·L^–1CO₂长时间处理具有较强的适应性。进一步的实验表明, 360μL·L^–1CO₂即可诱导ecs1突变体叶片积累较高浓度的H₂O₂, 而900 μL·L^–1CO₂才能够诱导野生型拟南芥叶片积累H₂O₂。因此, ECS1可能参与调节高浓度CO₂诱导的拟南芥气孔关闭和H₂O₂产生, H₂O₂可能作为第二信号分子介导CO₂诱导拟南芥气孔关闭的反应。     

H2S位于SOS上游参与盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭

以拟南芥野生型、SOS突变体印tsosl、Atsos2和Atsos3）、H2S合成相关酶L-／D-半胱氨酸脱巯基酶（L-／D-CDes）基因缺失突变体（Atl-cdes和Atd-cdes）和过表达株系（OEL—CDes和OED-CDes）为材料研究了H,s和SOS信号转导途径在盐胁迫诱导拟南芥气孔关闭中的作用及其相互关系。结果表明,盐胁迫能够引起拟南芥叶片H,S含量、L-／D-CDes活性及其基因表达量显著升高,诱导野生型拟南芥和OEL—CDes和OED．CDes叶片气孔关闭,但对Atl-cdes和Atd-cdes气孔开度无显著影响;而H2S清除剂次牛磺酸（hypotaurine,HT）可减弱盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭的作用,表明H2S参与盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭过程。外源H2S诱导野生型拟南芥气孔关闭,但对SOS突变体气孔开度无显著影响;同时盐胁迫下Atsosl、Atsos2和Atsos3亦表现出H2S含量及L-／D-CDes活性显著升高,且与野生型相比,盐胁迫对Atl-cdes和Atd-cdes叶片AtSOS基因表达量无显著影响。表明盐胁迫诱导气孔关闭过程中H2S位于SOS上游。     

PTPases抑制剂对外源NO调控蚕豆气孔运动的影响

以蚕豆(Vicia fabaL.)气孔保卫细胞为材料,研究了酪氨酸蛋白磷酸酶(protein tyrosine phosphatases,PTPases)的抑制剂氧化苯胂(phenylarsine oxide,PAO)、钒酸钠(NaVO3)和Zn2 对外源一氧化氮(NO)调控蚕豆气孔运动的影响。结果表明,NO供体硝普钠(sodium nitroprusside,SNP)能诱导蚕豆气孔关闭,其效应在0.001~0.1 mmol.L-1浓度范围内随着SNP浓度的增大而增强;不同浓度的PAO、NaVO3和Zn2 对光诱导的气孔张开几乎没有影响,但都可以抑制黑暗或SNP诱导的气孔关闭,表明酪氨酸蛋白磷酸酶参与NO调控蚕豆气孔运动的信号转导过程,在NO调控蚕豆气孔运动中起着重要的作用。     

拟南芥中两个可能的SDD1新等位基因的鉴定与分析

SDD1是气孔发育过程中的关键调控基因,编码一个类枯草杆菌（Bacillus subtilis）蛋白酶的丝氨酸蛋白酶。从EMS诱变的拟南芥（Arabidopsis thaliana）中筛选到2株类似sdd1-1的气孔密度突变体,即e281和g204。其气孔密度和指数均比野生型增加约1.5倍,气孔成簇。遗传分析和基因测序证实它们是2个不同的SDD1新等位基因,其突变分别导致了底物结合位点N区域和催化三联体之一--S区域的氨基酸变化,分别为S变成T及S变为F。形态学和生理学研究表明,SDD1基因不同位点发生突变可导致不同的生物学效应;而且SDD1等位基因间存在拮抗作用,其可能属于基因转应作用中的负效应。     

拟南芥bso-1突变体的基因定位及表型分析

通过EMS化学诱变在拟南芥Columbia(Col-0)野生型突变体库中筛选获得1株器官显著增大的突变体,命名为big size organ1(bso-1)。遗传分析表明,bso-1受单个隐性核基因控制。表型观察发现,突变体植株的幼苗、花、果荚及种子与野生型相比都表现出明显的增大。组织切片结果显示,突变体种子的增大主要由胚细胞个体增大导致胚体积增大而实现,因此突变体种子的重量也较野生型有明显增加。利用图位克隆方法将相关基因初步定位在4号染色体上SSLP标记T5L19与F28M11之间58kb区间内,生物信息学分析显示此区间内未见调控植物器官大小发育相关的已知基因的报道。该研究结果为进一步克隆bso-1突变体相关基因及探讨其在控制植物器官发育尤其是种子发育过程中的作用奠定了基础。     

幼龄胡杨气孔行为对土壤质地和地下水埋深变化的响应

气孔调节是植物适应水分条件变化的关键途径,研究多变生境中植物气孔行为对认识植物的适应具有重要意义。洪水漫溢新形成的河漫滩是胡杨更新的自然生境,其土壤质地和地下水埋深具高度时空异质性。已有研究主要集中于胡杨对地下水埋深变化的生理生态响应,而对土壤质地与地下水变化交互作用影响植物水分关系的认识不足。通过设置土壤质地(砂土(S₁)、砂壤土(S₂)、黏壤土(S₃)与地下水埋深(W₁(30 cm)、W₂(60 cm)、W₃(90 cm))交互试验模拟幼龄胡杨自然生境,观测分析了不同条件下胡杨气孔导度(G_s)、气孔导度斜率(g₁)、光合的气孔限制(L_s)的变化。研究结果表明：(1)胡杨气孔行为对地下水变化的响应受土壤质地影响;(2)相同地下水埋深时不同土质间G_s具显著差异,W₁时S₂与S₃的G_s...     

Ontogenetic changes in stomatal size and conductance of sunflowers

The ontogenetic changes in stomatal size, frequency and conductance (g_s) on abaxial and adaxial leaf surfaces of sunflower plants (Helianthus annuus L. Russian Mammoth) were examined under controlled environmental conditions. The stomatal frequency on the adaxial and abaxial leaf surfaces decreased with leaf ontogeny and insertion level. The ratio of adaxial to abaxial stomatal frequency did not change with leaf ontogeny and insertion level, and 42–44% of total stomata was apportioned to the adaxial surface. Ontogenetic changes in stomatal pore length were detected and increased with ontogenesis. The stomatal length of both leaf surfaces had linear relationships with leaf area. Ontogenetic changes in g_s were similar between the two surfaces. However the adaxial g_s was lower than abaxial g_s in leaves of higher insertion levels. Conductance had a linear relationship with width x frequency but not with pore area.     

Stomatal characteristics of ferns and angiosperms and their responses to changing light intensity at different habitats

气孔是植物与大气环境进行气体交换的重要通道, 在调控植物碳水平衡方面发挥着重要作用。为探讨生境和植物类型对气孔形态特征的影响以及气孔对光强变化的响应格局在不同植物间和不同生境条件下的变异, 选取开阔生境和林下生境的5种蕨类植物和4种被子植物, 测定了它们的气孔形态特征和气孔导度对光强变化的响应。此外, 还收集了8篇文献中开阔和林下生境的45种蕨类植物和70种被子植物的气孔密度和气孔长度数据, 以增大样本量从而更好地探讨不同生境条件下蕨类和被子植物气孔密度及长度的变异格局, 并通过分析生境和植物类型对气孔形态特征的影响来推测生境和植物类型对气孔响应行为的可能影响。实验结果表明, 与林下植物相比, 开阔环境下的植物气孔密度更大, 气孔长度更小, 气孔对光强降低的响应更敏感; 但植物类型对气孔形态特征的影响以及对气孔响应光强的敏感程度的影响均不显著。对文献数据的分析表明, 生境和植物类型对气孔形态特征均有显著影响。考虑到气孔响应快慢与气孔形态特征密切相关, 与蕨类植物相比, 被子植物小而密的气孔可能为其更快地响应环境变化提供了基础。研究表明生境和植物类型对气孔响应行为均有显著影响。     

不同生境条件下蕨类和被子植物的气孔形态特征及其对光强变化的响应

气孔是植物与大气环境进行气体交换的重要通道, 在调控植物碳水平衡方面发挥着重要作用。为探讨生境和植物类型对气孔形态特征的影响以及气孔对光强变化的响应格局在不同植物间和不同生境条件下的变异, 选取开阔生境和林下生境的5种蕨类植物和4种被子植物, 测定了它们的气孔形态特征和气孔导度对光强变化的响应。此外, 还收集了8篇文献中开阔和林下生境的45种蕨类植物和70种被子植物的气孔密度和气孔长度数据, 以增大样本量从而更好地探讨不同生境条件下蕨类和被子植物气孔密度及长度的变异格局, 并通过分析生境和植物类型对气孔形态特征的影响来推测生境和植物类型对气孔响应行为的可能影响。实验结果表明, 与林下植物相比, 开阔环境下的植物气孔密度更大, 气孔长度更小, 气孔对光强降低的响应更敏感; 但植物类型对气孔形态特征的影响以及对气孔响应光强的敏感程度的影响均不显著。对文献数据的分析表明, 生境和植物类型对气孔形态特征均有显著影响。考虑到气孔响应快慢与气孔形态特征密切相关, 与蕨类植物相比, 被子植物小而密的气孔可能为其更快地响应环境变化提供了基础。研究表明生境和植物类型对气孔响应行为均有显著影响。     

叶片生长进程中气孔发育对叶温调节的影响

鉴于气孔发育影响气孔导度和蒸腾速率,推测气孔发育可能影响叶温调节。为验证这一假设并阐述相关规律,在控光和控温条件下研究了冬青卫矛和华北紫丁香气孔发育、气孔导度、蒸腾速率及其与叶温的关系。结果表明,伴随冬青卫矛、华北紫丁香叶片生长气孔逐渐增大,但气孔密度下降;在此过程中,气孔导度和蒸腾速率逐步提高,而叶片温度降低;尽管冬青卫矛和华北紫丁香叶片的气孔密度和大小差异很小,但华北紫丁香近轴侧和远轴侧均有气孔分布,而冬青卫矛则只有远轴侧分布气孔,且相同条件下华北紫丁香的气孔导度和蒸腾速率高、叶温低。因此,气孔发育能够促进气孔导度和蒸腾速率提高,有助于降低叶温;近轴侧气孔可能更有利于蒸腾降温。     

Stomatal Conductance, Photosynthetic Rate, and Pigment Content in Ruellia Tuberosa Leaves as Affected by Coal-Smoke Pollution

Study of the effects of air pollution caused by thermal power plant emissions on some foliar traits of Ruellia tuberosa L. has shown that length and width of stomata, length of stomatal pore, stomatal density, photosynthetic rate, stomatal conductance and chlerophyll content were reduced in the polluted plants in pre-flowering, flowering as well as post-flowering phases of plant growth. Intercellular carbon dioxide concentration in the palisade tissue was increased at each stage of plant development. Stomatal index remained almost unchanged at the polluted site, except on the adaxial surface during the preflowering stage where it was higher as compared to the non-polluted plants.     

Elevated CO2 concentrations and stomatal density: observations from 17 plant species growing in a CO2 spring in central Italy

Stomatal density (SD) and stomatal conductance ( g _s) can be affected by an increase of atmospheric CO₂ concentration. This study was conducted on 17 species growing in a naturally enriched CO₂ spring and belonging to three plant communities. Stomatal conductance, stomatal density and stomatal index (SI) of plants from the spring, which were assumed to have been exposed for generations to elevated [CO₂], and of plants of the same species collected in a nearby control site, were compared. Stomatal conductance was significantly lower in most of the species collected in the CO₂ spring and this indicated that CO₂ effects on g _s are not of a transitory nature but persist in the long term and through plant generations. Such a decrease was, however, not associated with changes in the anatomy of leaves: SD was unaffected in the majority of species (the decrease was only significant in three out of the 17 species examined), and also SI values did not vary between the two sites with the exception of two species that showed increased SI in plants grown in the CO₂-enriched area. These results did not support the hypothesis that long-term exposure to elevated [CO₂] may cause adaptive modification in stomatal number and in their distribution.     

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。     

不同生境下入侵种假臭草叶片的气孔特征

【背景】探讨入侵种假臭草不同生境下气孔的变化规律,揭示假臭草种群在不同生境下所采取的生长对策及适应机制,可为入侵生物的防治提供参考。【方法】采取光学显微镜系统观察桉树林、木薯地、弃耕地、公路边4种生境下假臭草叶片的气孔特征。【结果】光照和土壤肥、水条件对假臭草叶片的气孔孔径（横轴方向和纵轴方向）、单个气孔器面积、气孔器总面积、气孔密度及气孔指数的影响显著。低光照及肥沃、湿润土壤生境与高光照及贫瘠、干旱土壤相比,假臭草的气孔孔径（横轴方向和纵轴方向）、单个气孔器面积、气孔器总面积较大,气孔密度及气孔指数较小。【结论与意义】假臭草叶片气孔特征表现可塑性,说明其对异质环境具有一定的生态适应能力。