气孔开放时保卫细胞液泡中某些高聚物解聚对渗透调节的作用

电子显微镜观察显示: 蚕豆(V. faba L)叶片气孔开放前后, 保卫细胞液泡(GCV)中颗粒的平均体积下降了约3个数量级, 而分布密度增加了约2个数量级. 同时用激光共聚焦显微术的荧光比值法对气孔开放过程的跟踪测定说明, 在第1个可分辨的气孔开放动作前10 ~ 30 s时GCV的pH有一个约-0.5单位的变化, 一个快速的气孔开放过程紧随其后, 在约100 ~ 200 s的时间内达到稳定的约12 μm的开度. 提出了一个由-ΔpH变化诱导的与GCV 内某些高聚物解聚有关的渗透调节模式. 该模式所描述的渗透调节过程避免了传统“化学渗透”假说所依赖的耗能巨大的逆浓度梯度的跨膜运输, 是对气孔运动的多元调控假说的补充, 同时也为植物中其他快速运动机理的研究拓宽了思路.     

研究植物如何呼吸可能对节水大有帮助

<正>植物把它的气孔"关"得越紧,其失去和生长需要的水分也越少;而对某些植物进行遗传工程改造,能给农民提供更有效的节水农作物。关于植物如何呼吸的新发现,可能有助于科学家设计出需水量较少的植物。这项研究成果发表在2009年12月的《自然.细胞生物学》上。     

生物圈二号内生长在很高CO2浓度下的几种植物光合能力的变化

植物对CO_2浓度升高的响应表现在短期反应和长期适应两个方面。在短期反应方面:(1)光合作用起初随CO_2浓度升高而得到促进;(2)但随时间的延长表现为光合强度下降。这种现象主要与实验控制条件如光照、水分、养分及植物的生长空间受限有关。因而在对全球变化引起的植物适应研究方面,进行长期反应即适应(Acclimation)实验研究更有意义。但目前所进行的有关研究,植物生长的空间仍很小,且对幼苗处理为主,不能进行较大植株(尤其是高大树木)的实验。生物圈二号建于1991年,占地面积1.28hm~2,植物生长空间12.9×10~(14)m~3。原设计目的是为今后太空探险作准备,试图寻找适应人类生存的人工生态系统。但住人封闭实验后,CO_2浓度升高很快。1991年6月为500μmol·mol~(-1),到1992年2月即达到2500μmol·mol(-1);1993年2月升至4000μmol·mol~(-1);以后CO_2浓度维持在1000(夏季)～4000μmol·mol~(-1)(春季)之间。封闭实验2.5年后即不再继续住人实验。但是,生物圈二号却提供了世界上独一无二的全球变化研究的理想场所。里面的植物生长在很高的CO_2浓度里(平均>2200μmol·mol~(-1)约4.5年,且大多从种子或幼苗开始生长。生物圈二号内有热带雨林、沙漠、萨王纳群落、红树林、海洋、农田等多种类型的生态系统,约1000     

鹤庆栎(Quercus heqingensis n.sp.)的发现及其在古大气CO_2浓度重建中的应用

在云南鹤庆上上新统三营组中发现大量壳斗科栎属高山栎组植物(Quercus sect.Heterobalanus)叶片化石.这些标本主脉呈"Z"字微弯,基部粗壮,至叶尖变细,二级脉羽状互生,且互相平行,在近叶缘1/3~1/2处分叉;上表皮有单、多细胞毛基,无气孔,表皮细胞多为近四边形;下表皮只有单细胞毛基和环列型气孔器,表皮细胞为近四边形或五边形.这些特征虽然与毛脉高山栎(Q.rehderiana)、帽斗栎(Q.guyavifolia)及古帽斗栎(Q.preguyavifolia)等现生种和化石种比较相似,但仍与它们存在叶表皮毛密度和毛基类型的差异,故将其定为新种——鹤庆栎(Quercus heqingensis n.sp.).将鹤庆栎的气孔指数应用于已建立的其现存最近亲缘类群(Nearest Living Relatives,NLRs)——帽斗栎的气孔指数与大气pCO_2的关系式,定量重建出晚上新世时期的古大气CO_2浓度分别为263.42±24.86 ppm(沿海拔梯度采集样品重建结果)和234.25±22.49 ppm(历史标本样品重建结果),与前人结果相比基本一致,经过海拔校正后则十分吻合.同时进一步证明了晚上新世时期的古大气CO_2浓度低于现代水平,为利用现存最近亲缘类群作为代理(proxies)重建古大气CO_2浓度提供了可靠的证据.     

花满全球正当时

藏红报春,百花争艳;天行有常,花开有时。即使在没有严冬的地带,花开花落也标志着春去秋来的时令变化。但是,地质学上的记录告诉我们,地球上的植物并非始终如此。约在一亿三千五百万年以前,地球上到处生长着那些结着一颗颗球果的植物。针叶树和苏铁属植物靠风传授花粉,它们不需要什么鲜艳的花瓣去吸引动物来采集花粉。这些植物的种子与开花植物结出的那些甘美可口的果实大为不同。当时,有一些山桂(一种现在已经绝迹的针叶树)逐渐演化成雌雄同株的繁殖结构(早期的花是雌雄同体的)并且还可能试验着进行昆虫传授花粉。甲虫是当时唯一的花粉传授者;采集花粉时,花粉附近、张开的球果里的胚珠也可能由于甲虫不分青红皂白地乱     

植物保卫细胞中毒蕈碱型乙酰胆碱受体的定位

动物神经传导中的递质乙酰胆碱（ACh)在植物的许多生理过程中起重要作用,但关于植物中乙酰胆碱受体的研究较少。用绿色荧光物质BODIPY FL标记的高亲和性配体ABT对气孔保卫细胞的毒蕈碱型乙酰胆碱受体（mAChR)进行定位研究。发现该受体存在于蚕豆和豌豆的保卫细胞质膜上,蚕豆保卫细胞内部显示出特异的荧光标记,推测该受体可能存在于保卫细胞叶绿体膜上,mAChR在保卫细胞上的定位为ACh调控气孔运动提供了新的可能的信号转导途径。     

植物气孔计算生物学模型及其应用

气孔作为植物与外界进行碳、水交换的重要器官,将光合作用所需要的二氧化碳导入植物体内,并且通过蒸腾作用将水分散失到大气中.因此,深入了解气孔行为、有效调控气孔开度,对于提高植物的光合作用和水分利用效率具有深远的意义.气孔运动是由离子的运输、积累和释放所驱动的保卫细胞体积变化所引起的.然而,复杂的离子交换机制阻碍了人们对气孔运作机制的深入了解.定量系统的计算生物学分析方法为探索微观离子运输与宏观气孔生理活动之间的联系提供了一种有效的研究手段.通过系统整合保卫细胞离子运输、信号传导和离子稳态平衡等相关信息建立定量动态保卫细胞模型,可以为研究者在细胞和分子层面上对保卫细胞离子运输和气孔行为的研究工作提供有效的指导.本文通过回顾气孔建模工作的发展历程和研究现状,比较了传统经验、半经验的气孔模型和新式计算生物学模型,提出进一步发展气孔计算生物学促进计算生物学在我国农业领域的发展.     

乙酰胆碱在植物根冠间信息传递中的作用

以蚕豆幼苗为材料, 在分根实验保持植物地上部分水势基本不变的情况下, 轻度渗透胁迫可以引起根尖中单位时间内通过木质部汁液的上运量及叶片下表皮中乙酰胆碱(ACh)的含量明显下降, 并与蒸腾速率的变化有很高的相关性, 显示来自根的ACh的减少可能作为一种信号调控气孔的行为. 渗透胁迫可能影响根尖中ACh的合成或代谢, 进而影响到木质部汁液和下表皮中的ACh含量, 最终影响气孔行为. 为证明植物在根冠间传递正、负信号协调气孔行为, 以适应复杂多变的环境提供了证据.     

阿斯匹林促进植物生长

人们已经知道在花瓶中放入一片阿斯匹林可使花儿保持更长一段时间,目前,科学家们已能解释这其中的奥秘.他们发现阿斯匹林中的活性物质水杨酸(邻羟苯甲酸)可以激活植物体内的防御系统,抵抗病菌侵入.这一发现为植物抗真菌、病毒及其它病菌提供了新的可能,同时它还表明水杨酸对植物的作用与荷尔蒙类似,它或许还能激活植物体内的其它过程.在过去20年间,科学家们已发现植物对人工合成的阿斯匹林颇为敏感,阿斯匹林可使植物打开叶片上的气孔;促进叶片生长,有时还能使其开花.     

被迫进化的植物

正在我国横断山脉宽阔的山坡上,一种开浅黄色花朵的高山植物——梭砂贝母(中药材川贝的重要来源)正顽强地生长着。由于植物鲜绿色的外表在灰暗地面上很容易被发现,所以一些梭砂贝母的外表进化成了棕色或灰色。植物进行这样的伪装通常是为了躲避采食者,但植物学家没有发现其他什么动物采食梭砂贝母,从而意识到,     

环境中的药物影响农作物

<正>科学家最近在分析非类固醇抗炎药物对农作物的影响时发现,哪怕在环境中只有极低剂量,一些常用药物(例如双氯芬酸和布洛芬等)也会对多种常见农作物(例如生菜和萝卜)造成影响。科学家对此很关注,因为现有废水处理系统无法从污水中除掉很多种化合物。这项研究调查了可食用植物的一系列改变,例如植物中水分含量、根和嫩枝长度、植物总体大小和光合作用效率等。结果发现,许多药物都以非常特异的方式影响着植物的生长。植物所受到的这类影响,又     

热带巨型叶植物芭蕉叶片内结构异质性

叶片是植物进行光合作用的主要场所,叶片面积是决定叶片光合作用的重要因子之一.以往对于叶片的解剖结构和生理功能的研究中,常常忽略同一叶片不同部位的结构及功能的差异,尤其是对于某些巨大叶片的结构和功能的异质性更是缺乏了解.为什么具有巨大叶片的植物在自然界十分稀少仍然是科学之谜.本研究选取了具有典型巨型叶片的单子叶植物芭蕉(Musa balbisiana Colla)作为实验材料,测定了叶片不同部位的结构和解剖特征.结果发现,沿主脉方向从叶片基部到叶片尖端,主脉导管直径、叶片厚度、保卫细胞长度呈剧烈下降趋势,比叶重在上部约1/2处呈下降趋势,而栅栏组织和海绵组织的比(P/S值)和气孔密度呈增长趋势,叶绿素含量、叶脉密度和气孔面积指数则无明显变化.沿平行脉从叶片中部到叶片两侧边缘,叶片厚度和比叶重呈现剧烈下降趋势,叶绿素含量、气孔密度和气孔面积指数在边缘约1/3范围内剧烈下降,栅栏组织和海绵组织的比和叶脉密度则呈现上升的趋势.从叶基到叶顶端主脉的导管直径急剧减少可能会影响叶片顶端的水分供应,而叶片两侧边缘气孔面积指数的明显减小、再加上大叶片水汽界面层厚会使边缘部位蒸腾散热功能受到抑制,从而抑制该部位的生理功能,这些因素可能导致芭蕉叶片面积不能继续增大.与叶片小一些的海芋大型叶相比,芭蕉叶内结构的异质性更加强烈.     

赤霉素对打破菊芋块莖休眠的效应

赤霉素对打破植物种子和块莖的休眠研究,近来已引起国內外研究者的注意,并已在桃树种子和馬鈴薯块莖方面获得了良好的效果.作者为了打破菊芋块莖的生理休眠期,最近进行了赤霉素打破菊芋块莖休眠的研究,茲將研究結果报导如下。实驗材料为白色菊芋(Helianthus tuberosus L.)块莖(济南本地品种),其生理休眠期在100天以上。1958年12月15日,从地下取出菊芋块莖90个(大小一致),分成3組,每組30个。第一組和第二組分別用10ppm和20ppm赤霉素溶液(由中国科学院植物生理研究所贈給,在此致謝)浸湿,放置在玻璃缸中盖好,8小时后(此时块莖表面即將近全部干燥)再浸湿一次,前后共浸湿三次(32小时)。第三組用蒸溜水代替赤霉素溶液,进行同样处理。处理后播种在     

渗透胁迫诱导的玉米叶片电信号功率谱的变化

为了定量描述植物电信号功率谱特征及其变化, 定义了植物电信号边缘频率(SEF)、重心频率(SCF)、功率指数(PI)和功率谱熵(PSE)并给出了计算方法, 研究了渗透胁迫下玉米叶片电信号功率谱的变化. 结果表明, 正常生长的玉米叶片电信号的SEF 约为0.2 Hz, SCF 约为0.1 Hz, 叶片电信号主要为0~0.1 Hz 的慢波; 在渗透胁迫2 h 时, 玉米叶片电信号的SEF 和SCF 向高频段移动, 0.1~0.2 Hz 的快波比重升高, 细胞活动受到激发, 与此同时, PSE 急剧增加, 讨论了渗透胁迫诱导的叶片电信号SCF 和PSE 升高的原因. 研究还发现, 在渗透胁迫过程中, PSE 与SCF 的变化之间有很强的关联性, 认为植物电信号功率谱PSE 或SCF 的变化可以作为渗透胁迫下叶片细胞开始对水分亏缺实施调控的灵敏信号, 通过对PSE 或SCF 的测量可以实现对植物需水状况的早期预警和诊断.     

植物碳汇系统与中国碳中和之路

<正>1碳达峰与碳中和研究的紧迫性1975年,Broecker^[1]在Science上发表一篇文章“Climat change:Are we on the brink of a pronounced global warming?”使得大气中CO₂增加导致气候变暖的概念第一次走进人们的视野.大气CO₂增加主要是由于人类对化石能源的利用及人类活动导致的土地利用改变^[2].目前,大气CO₂浓度约为415 ppm(1 ppm=1μmol/mol,Global Carbon Budget 2020https://www.globalcarbonproject.org/carbonbudget/index.htm)     

南极冰显示:植物正在加速生长

<正>一项新的研究表明,世界上的植物每年可以吸收额外的280亿吨二氧化碳。几十年来,科学家一直在试图弄明白我们向大气中排放的所有二氧化碳对植物都有什么影响。而寻求答案的最佳地点便是植物不能生存的地方,冰冷的不毛之地——南极洲。南极洲的冰在形成的时候包裹着气泡,它们将此大气样本保存了好几千年。这种混合物中的一种化学物质的含量揭示了植物在历史上任何时期的全球生长状况。加州大学默塞德分校的吉·坎贝尔(J.Elliott     

扫描质子探针在微量金赋存状态研究中的应用

目前,有关金的赋存状态研究,多集中在含金量为100ppm 以上之样品,对含金量<100ppm 甚至为几个 ppm 之样品中金的赋存状态研究相对较少,这在很大程度上受分析检测手段所制约。电子探针(EMP),虽然分辨率较高(≤1μm),但检出下限为100～500ppm;扫描电子显微镜(SEM),其分辨率也较高,但扫描元素的含量也须在100～300ppm 以上;电子顺磁共振谱(EPR)是判别晶格金颇为有效的方法之一,但顺磁离子的含量也须在几十个     

对流层大气中甲烷(CH_4)的观测研究

近二三十年的大气观测研究表明,全球对流层大气中CH_4每年以约1％的速率增长,其平均浓度已由1978年初的1.52ppm(体积比,下同)增至1987年9月的1.684ppm。CH_4是大气中除CO_2外含量最高的温室性微量气体,其温室加热效应仅次于CO_2和CFCs。CH_4还是     

用一年生植物研究大气△~(14)C分布与化石源CO_2排放

利用加速器质谱(AMS)技术,通过测量北京地区一年生植物放射性碳同位素(14C),系统分析了2009年5～9月北京地区大气△14C水平和化石源CO2浓度分布.研究结果表明,北京地区大气△14C最高值为29.6‰±2.2‰,最低值为-28.2‰±2.5‰,表现出远郊-近郊-市区依次递减趋势,这与由人类活动(人口密度、交通流量等)引起的化石源CO2排放增加呈相反的变化趋势,即人类活动频繁地区大气△14C值较低.2009年5～9月北京地区大气化石源CO2浓度变化范围为(3.9±1.0)～(25.4±1.0)ppm,每排放1ppm化石源CO2可使大气△14C水平下降～2.70‰.用AMS测量一年生植物14C这一方法,为快速示踪大气化石源CO2浓度提供了有效手段.     

茎尖培养与去病毒技术

引言植物病毒病的危害性是众所周知的,它严重地影响着植物产品的质量和产量,更严重地影响一些植物商品和原种的出口,因为检疫问题十分困难和麻烦。因此,当前在生产上提出了一个极为重要的课题——植物病毒病的防治研究。由于病毒病原是一类结构非常简单的分子生物,大部分是由核酸和蛋白质分子组成(只有极少数的病毒含有脂类和转录酶),其核酸为芯子,蛋白质亚基为外壳。对植物病毒来说,其核酸成分主要是RNA(核糖核酸)。正因为病毒的结构很简单,自己