植物鞘氨醇-1-磷酸对暗诱导蚕豆气孔关闭及保卫细胞胞质pH和NO的影响

【目的】了解植物鞘氨醇-1-磷酸(Phyto-S1P)在暗诱导蚕豆气孔关闭中的作用及信号转导过程,为进一步阐明暗调控植物气孔运动的信号转导机制提供依据。【方法】以蚕豆(Vicia faba)为材料,借助药理学试验,基于一氧化氮(NO)特异荧光探针(DAF-2DA)和pH特异荧光探针(BCECF-AM)的激光共聚焦显微技术,通过测定气孔开度和保卫细胞NO和pH水平的变化,确定Phyto-S1P在暗诱导蚕豆气孔关闭中的作用机制。【结果】暗处理能显著诱导蚕豆气孔关闭且可引起NO水平升高,这种效应可被长链碱基激酶抑制剂DL-threo-二氢鞘氨醇(DL-threoDHS)和N,N-二甲基鞘氨醇(DMS)显著抑制;外源Phyto-S1P可明显诱导蚕豆气孔关闭,且可以提高NO水平,但NO特异清除剂cPTIO和NOS抑制剂L-NAME可明显抑制Phyto-S1P的这些效应,表明Phyto-S1P通过诱导NO的产生介导暗诱导气孔关闭。此外,暗诱导胞质pH升高和气孔关闭可被DL-threo-DHS和DMS显著抑制,外源Phyto-S1P可以明显诱导胞质pH升高和气孔关闭,且Phyto-S1P的这种效应可被丁酸显著抑制,该结果提示PhytoS1P通过诱导胞质碱化参与暗诱导气孔关闭。外源Phyto-S1P处理引起的保卫细胞胞质pH升高较NO水平升高滞后期短,达到峰值更早,且Phyto-S1P引起的NO水平升高可被丁酸显著抑制,这进一步证实Phyto-S1P诱导保卫细胞胞质碱化是NO产生的先决条件。【结论】Phyto-S1P通过诱导保卫细胞胞质碱化和NO产生介导暗诱导蚕豆气孔关闭,胞质碱化是NO产生的诱导因素。     

水杨酸对蚕豆保卫细胞气孔运动及质膜内向K+电流的影响

【目的】研究逆境信号水杨酸(SA)刺激条件下,蚕豆气孔保卫细胞中H2O2的产生及其对气孔运动的影响。【方法】以蚕豆为材料,利用表皮条生物分析、膜片钳等方法研究SA诱导蚕豆气孔关闭过程中质膜内向K+电流的变化。【结果】SA可以浓度依赖的方式诱导蚕豆叶片的气孔关闭。质膜NADPH氧化酶抑制剂二亚苯基碘(DPI)可削弱SA作用的45%~60%。借助膜片钳手段记录SA处理条件下全细胞内向K+电流的变化,胞外0.1mmol/L SA处理后20 min可抑制内向K+电流的70%左右。电极液中10μmol/L DPI作用20 min可逆转SA抑制全细胞内向K+电流的46%左右。【结论】SA诱导的气孔关闭可能与H2O2的产生有关,DPI逆转SA对保卫细胞内向K+电流的抑制作用暗示,H2O2可能通过抑制质膜内向K+电流而介导SA诱导的气孔关闭过程。     

过氧化氢参与水杨酸诱导的蚕豆气孔关闭过程观察

利用表皮条生物分析、激光扫描共聚焦显微术、显微注射等技术,研究观察了蚕豆气孔关闭过程,结果表明,SA浓度在1~1 000μmol/L时诱导的气孔关闭具有可逆性,而10-2mol/L时导致的气孔关闭不可逆;20 U/mL的过氧化氢酶(catalase,CAT)与SA共同处理时可逆转SA诱导气孔关闭作用的83%~90%。以H2O2荧光探针H2DCFDA结合激光扫描共聚焦显微术,直接检测保卫细胞内H2O2的产生,结果表明,与外源10-5mol/L的H2O2的处理结果类似。外施或通过显微注射技术而在保卫细胞内引入100μmol/L的SA均可引起保卫细胞内DCF荧光快速增强。在保卫细胞内显微注射CAT可完全阻止SA导致的DCF荧光增强。表明SA诱导的气孔关闭可能与H2O2的产生有关。     

过氧化氢诱导蚕豆气孔保卫细胞一氧化氮的产生

过氧化氢(H2O2)和一氧化氮(NO)已被证明是植物中的信号分子,生物和非生物胁迫都可以导致H2O2和NO的产生.以蚕豆下表皮为材料,通过表皮条生物分析方法和激光扫描共聚显微镜显微技术,检测了H2O2诱导蚕豆气孔关闭过程中NO的产生.H2O2以浓度依赖的方式诱导气孔关闭,NO也有类似的作用.100 μmol/L H2O2诱导的气孔关闭作用可明显地被25 μmol/L一氧化氮合酶(L-NAME)专一性抑制剂或200 μmol/L一氧化氮清除剂(cPTIO)逆转.但L-NAME和cPTIO单独处理时对气孔开度几乎无影响.表皮条经100 μmol/L H2O2处理,再用NO分子探针乙酰乙酸盐-4,5-二氨基荧光黄(DAF-2 DA)孵育后,与对照相比,保卫细胞胞质中荧光强度明显增加.结果表明NO可能参与H2O2诱导的气孔关闭,保卫细胞中H2O2可能是通过NOS途径诱导NO的产生,而且H2O2可能作为上游信号分子诱导NO的产生.     

磷脂酰肌醇3-磷酸对UV-B诱导蚕豆保卫细胞中过氧化氢产生和气孔关闭的影响

【目的】研究磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）催化产物磷脂酰肌醇3-磷酸（PI3P）对紫外线B（UV-B）诱导保卫细胞中过氧化氢（H2O2）产生和气孔关闭的影响,为进一步阐明植物细胞转导UV-B辐射信号的机制提供依据。【方法】以蚕豆（Vicia faba L.）表皮条为材料,采用PI3K的抑制剂沃曼青霉素（WM）和LY294002（LY）来抑制PI3P的形成,采用二苯基碘（DPI）和水杨基氧肟酸（SHAM）分别抑制H2O2形成的NADPH氧化酶途径和细胞壁过氧化物酶途径,通过气孔开度分析和激光扫描共聚焦显微镜技术,确定PI3P在0.8 W•m-2 UV-B辐射诱导蚕豆保卫细胞H2O2产生和气孔关闭中的作用。【结果】WM和LY能显著抑制UV-B诱导的保卫细胞H2O2产生和气孔关闭;外源H2O2处理能显著逆转WM和LY对UV-B诱导气孔关闭的抑制效应,但WM和LY不能抑制外源H2O2诱导的气孔关闭;UV-B诱导的保卫细胞H2O2产生和气孔关闭能被活性氧清除剂和SHAM显著抑制,但不能被DPI抑制。【结论】PI3P通过诱导蚕豆保卫细胞中产生于过氧化物酶途径的H2O2形成来介导UV-B辐射诱导的气孔关闭。     

PTK与H_2O_2在ABA诱导气孔关闭中的初步关系

酪氨酸蛋白激酶(protein tyrosine kinase,PTK)参与多种植物生理过程,但在气孔运动中的研究相对较少,且与过氧化氢(H_2O_2)在脱落酸(abscisic acid,ABA)诱导气孔关闭中的关系尚不清楚。通过PTK激酶的抑制剂和H_2O_2的清除剂及合成抑制剂的使用,初步研究了PTK在ABA诱导气孔关闭中的作用及与H_2O_2的相互关系。酪氨酸蛋白激酶抑制剂木黄酮(genistein)和tyrphostin A23抑制ABA和外源H_2O_2诱导的气孔关闭,且能够促进ABA诱导关闭的气孔重新开放。PTK参与ABA诱导的气孔关闭,且通过调控保卫细胞内H_2O_2水平进而调控气孔运动。     

植物浸提液对蚕豆保卫细胞气孔运动的影响

用20种浙江天台山优势度明显的植物浸提液,从中筛选得到6种对气孔运动效果明显的植物,即醉鱼草、芒萁、马醉木、革命菜、常春藤和络石,研究了它们对蚕豆保卫细胞K+通道和微丝的调控作用。结果表明:马醉木浸提液可拮抗微丝解聚剂(CD)对微丝的解聚,芒萁浸提液中可能存在外向K+通道的激活剂,络石浸提液和常春藤浸提液可以激活内向K+通道,络石可以明显抑制外向K+通道。而醉鱼草、芒萁、马醉木浸提液对外向K+通道活化有一定的作用,但革命菜浸提液的调控效果不明显。     

土荆芥腐解液对蚕豆幼苗光合特性和保卫细胞活性的影响

[目的]探讨土荆芥腐解液对蚕豆幼苗光合特性和保卫细胞活性的影响,为揭示土荆芥的入侵机制提供理论依据.[方法]采用表皮条分析法和盆栽试验,分析土荆芥腐解液作用下蚕豆幼苗株高、地上部鲜重和干重、叶面积、实际光化学效率(ΦPsⅡ)和最大光化学效率(Fv/Fm)等指标的变化情况,并检测保卫细胞的活性及细胞核异常率.[结果]土荆芥腐解液处理蚕豆幼苗的叶面积变化不明显,但地上部生物量和株高显著下降(P<0.05,下同),且具有时间和浓度依赖性;土荆芥腐解液处理蚕豆叶片的叶绿素荧光参数Fv/Fm和ΦPsⅡ均发生不同程度变化,但与对照(CK)均无显著差异(P>0.05).在土荆芥腐解液的作用下,蚕豆叶片的保卫细胞活性降低,细胞核出现错位、固缩、拉长或降解等畸变特征;随腐解液浓度的增加,保卫细胞死亡率及细胞核畸变率显著升高.[结论]土荆芥腐解液对蚕豆幼苗的光反应影响不明显,但其较强的细胞毒性能引起叶片气孔保卫细胞发生畸变,活性降低,进而导致幼苗气孔运动受阻,吸收CO2的能力下降,光合效率降低而影响幼苗生长发育.     

外源蔗糖促进蚕豆离体表皮上气孔开放的研究

在非光合条件下研究了外源蔗糖对经暗饥饿处理、超声波“分离”的离体蚕豆(Vicia faba)下表皮上气孔的效应.结果发现,在相对较长的24h无菌培养过程中,外加蔗糖能显著促进离体蚕豆下表皮上气孔的开放.在无气孔开放促进剂Fusicoccin(FC)存在的情况下,0.1 mol/L蔗糖在0.01 mol/LMES-NaOH和MES-KOH(pH 6.1)中,分别增加开度(宽度)达2.0μm和2.6μun;在10-6mol/LFC的存在下,0.1 mol/L蔗糖在MES-NaOH和MES-KOH中,分别增加开度达5.0μm和5.5μm;不同浓度的蔗糖(0.005～0.2mol/L)对气孔开度的试验表明:其开度的增加值与外源蔗糖的浓度呈正相关,其最大开放时的浓度为0.1 mo/L.同时还观察到,蔗糖可维持保卫细胞的活力和其中为数不多的叶绿体的完整性.此研究从另-角度证实了前人关于蔗糖在气孔运动中的渗透调节作用.     

外源水杨酸介导Cu2+对蚕豆气孔运动的调控研究

采用表皮条生物分析法,研究了不同浓度的Cu2+、水杨酸以及它们共同处理时对蚕豆叶片气孔运动的影响.结果表明,低浓度的铜离子对气孔开放有明显的促进作用;高浓度的铜离子促进气孔关闭,且呈现时间效应;不同浓度(0.01、0.1、1 mmol/L)的外源水杨酸单独处理时显著抑制蚕豆表皮气孔开放,当浓度达到1 mmol/l时,处理2～3 h后,气孔几乎完全关闭;当0.01 mmol/L外源水杨酸加入到含各种浓度铜离子的缓冲液中时,气孔孔径急剧增大,随着水杨酸浓度的增加,缓解作用减弱,表明一定浓度的水杨酸可缓解高浓度铜离子对气孔开放的抑制效应.     

Effects of Exterior Abscisic Acid on Calcium Distribution of Mesophyll Cells and Calcium Concentration of Guard Cells in Maize Seedlings

In this study, the direct effects of exterior abscisic acid （ABA） on both calcium distribution of mesophyll cells and cytosolic calcium concentration of guard cells were examined. The distribution of Ca^2＋ localization were observed with calcium antimonate precipitate-electromicroscopic-cyto-chemical methods after treated with ABA and pretreated with ethylene glycol-bis-（2-aminoethylether）-N,N,N＇,N＇-tetraacetic acid （EGTA）, verapamil （Vp）, and trifluoperazine （TFP）. The laser scanning confocal microscopy was used to measure the cytosolic calcium concentrations of guard cells under different treatments. The results showed that the cytosolic Ca^2＋ concentration of mesophyll ceils was induced to increase by ABA, but to decrease in both outside cell and the vacuoles within 10 rain after treatments. The cytosolic calcium concentration of guard cells was increased gradually with the lag in treatment time. However, both EGTA and TFP could inverse those effects, indicating that the increase of cytosolic calcium induced by exterior ABA was mainly caused by calcium influx. The results also showed that calmodulin could influence both the calcium distribution of mesophyll cells and calcium concentration of guard cells. It shows that calmodulin participates in the process of ABA signal transduction, but the mechanism is not known as yet. The changes both calcium distribution of mesophyll cells and calcium concentration of guard cells further proved that the variations of cytosolic Ca^2＋ concentration induced by ABA were involved in the stomatal movements of maize seedlings.     

金钱树四倍体的诱导与鉴定

以金钱树块茎为材料,采用秋水仙素溶液处理不定芽生长点,研究秋水仙素浓度和处理时间的诱变效果。结果表明:0.1%的秋水仙素溶液浸泡处理块茎的不定芽48 h效果最好,其诱导率为30%。通过流式细胞仪对金钱树植株DNA相对含量的测定,鉴别出四倍体和嵌合体。四倍体植株与二倍体植株在叶厚、保卫细胞大小、气孔密度等方面存在明显差异,其中气孔的形态及密度可作为鉴别四倍体、嵌合体和二倍体的重要性状。     

西瓜叶表皮微形态特征与倍性相关性研究

通过显微镜观察3个西瓜品种的二倍体和同源四倍体的气孔保卫细胞叶绿体数目,同时测定气孔长度和计算气孔密度。结果表明：二倍体和四倍体的平均叶绿体数分别为9．9±0．19,18．1±0．50;符合染色体数目1：2的比例,两倍性间的叶绿体数差异达极显著水平。初步提出以叶绿体数15为界来判定倍性,少于15的为二倍体,大于或等于15的为四倍体。气孔长度与倍性相关性不显著;不同倍性间气孔密度有显著差异。叶绿体数和气孔密度可作为西瓜染色倍性的鉴定依据。     

棉属中染色体倍性与叶片气孔性状的关系

观察了棉属(Gossypium)不同染色体组、不同染色体倍性的种间杂种及其加倍后代的28个材料的叶片气孔,测定了气孔密度、气孔保卫细胞的大小及其中叶绿粒数目.结果表明,不同染色体组间、不同棉种间和不同染色体倍性间在这些性状上均存在明显的差异.这些差异的总趋势是染色体倍性间>染色体组间>种间>种内.染色体倍性提高,气孔保卫细胞的大小及其中叶绿粒数目增加,而气孔器密度减小.认为叶片气孔保卫细胞中的叶绿粒计数配合保卫细胞大小和气孔器密度的测量,可以用于不同染色体倍性棉花植株的鉴定.     

玉米无卫型气孔突变体细胞系植株的再生和遗传

通过玉米花药培养建立了能长期继代再生的单倍体胚性细胞无性系。继代培养２年后，在加入较高浓度的２．４－Ｄ的继代培养基上，再生小植株叶片出现了无卫型气孔结构的变异，建立起Ｓｍｌ玉米无卫型气孔变异体细胞系。移栽成活植株仍存在无卫型等异常气孔，经秋水仙碱加倍，获得极少雄花不育加倍植株，用其他自交系花粉授粉，得到异交结实后代，对其中ＥＡ＿１株系多代套袋自交。无卫型气孔在Ｆ＿１代植株叶片上不出现，而在其他自交后代中出现，但自交后即纯合。遗传分析表明无卫型气孔结构变异是受一对隐性基因控制，从而首次在玉米中获得无卫型气孔突变体纯系。     

Longevity of guard cell chloroplasts in falling leaves: implication for stomatal function and cellular aging

Guard cell chloroplasts in senescing leaves from 12 species of perennial trees and three species of annual plants survived considerably longer than their mesophyll counterparts. In Ginkgo biloba, stomata from yellow leaves opened during the day and closed at night; guard cell chloroplasts from these leaves showed fluorescence transients associated with electron transport and photophosphorylation. These findings indicate that guard cell chloroplasts are highly conserved throughout the life-span of the leaf and that leaves retain stomatal control during senescence.     

Infection Behaviour of Melampsora larici-populina on the Leaf Surface of Populus purdomii

Behaviours of urediospore germtube in Melampsora larici-populina on the leaf surface of Populus purdomii were studied by light microscope,scanning electron microscope (SEM),transmission electron microscope (TEM),and fluorescence microscope.Crab-like fusion cells on leaf surface,intercellular hyphal cells in leaf tissues,as well as nucleus states,were observed and counted up in this study.Under unsaturated humidity,32％ of germinated tubes fused into a distinguishable swollen crab-shaped cell at the merging site,and 10.5％ of observed crab-like cells had more than three nuclei.Wedge-shaped mycelia developed and then penetrated the leaf surface directly,or indirectly through stomata.Tips of germtube passed through the intercellular cells of poplar leaves directly were found in TEM.Aniline blue dyeing also showed that the infecting hyphae could invade into the cuticle and epidemic cell wall directly.For the case of infection through stomata,there were two different situations.Short branches and wedge hyphae usually penetrated the leaf surface via opened stomata,whereas,some germtube branches and wedge hyphae penetrated leaves through the guard cell walls or stoma lips.In the latter case,the stomata were always closed.The samples from wild forestlands had the same fused cells and wedge hyphae,but the occurrence rate was much higher than that in the chamber.Even under the saturated air humidity,germtubes could roll back and formed fusion structure,or merged together with their tips.The fusion cells might centralize the plasma of merged germtubes and have a strong survival capacity to protect germtubes from dying under arid circumstances,and provide a chance of genetic variation as well.     

秋水仙素诱导紫珠多倍体育种研究

试验采用秋水仙素处理紫珠的种子和幼苗茎尖生长点以诱导四倍体紫珠植株,并对秋水仙素的诱导时间和浓度进行了探讨,对诱导对象采用流式细胞分析仪鉴定和形态观察等方法进行了倍性鉴定.结果表明,秋水仙素成功地诱导出了四倍体紫珠植株,其中以6 mg/mL的秋水仙素对幼苗茎尖生长点处理48 h的效果较好,其形态变异率最高可达40.83％.四倍体紫珠植株较二倍体紫珠植株的形态有一定差异,表现为叶片普遍变大,气孔器保卫细胞较二倍体明显增大,叶绿体数目明显增多.同时,花径和果径平均增大37.26％和33.11％,观赏效果更加突出.     

枣愈伤途径诱导多倍体

以二倍体冬枣和临猗梨枣为试材,在大田条件下以茎粗3.5 cm左右的枝条为处理对象,短截后滴加浓度为4.0 mg/L的TDZ(附加2.0 mg/L硝酸银)溶液于截面形成层上,用泥+黑袋法进行覆盖,处理4~5 d后,愈伤刚刚形成时用秋水仙素处理愈伤。结果表明:临猗梨枣和冬枣分别以0.05%秋水仙素处理24 h和18 h的诱变率最高,经形态观察和细胞学检测,二者由愈伤途径分别获得了13.3%和6.7%的四倍体芽(2n=4x=48)。与二倍体相比,四倍体表现为叶片变厚、革质化加重,叶色变深,叶长、叶宽增大,叶形指数变小,叶缘锯齿增大、锯齿数目减少,叶片气孔明显变大,气孔密度减小,叶绿体数目增多,染色体数由2n=4x=24变为2n=4x=48。     

水稻叶片气孔分布与气孔密度的研究

用改良刮制法研究了水稻叶片的气孔分布与气孔密度。结果表明稻叶下表面气孔的分布不是随机的,表现出一定的规 律性。气孔在脉间区纵向排列成行;叶缘和主脉附近气孔分布较均匀;其他脉间区气孔行可分为两组,组内气孔行数因品种、 叶位和叶片上的具体部位而有差异。同一叶片气孔行数的顺序是基部>中部>尖部。稻叶气孔密度是籼稻普遍大于粳稻,且 籼稻、偏籼稻、粳稻和偏粳稻4种类型气孔密度的大小顺序为籼稻>偏籼稻>偏粳稻>粳稻,表现出明显的类型间差异。