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研究发现植物气孔开闭调控新机制

作者: 郑金武 来源: 中国科学报
2020-05-14 09:51 
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为适应环境的影响,植物的气孔会经常开闭,这对于植物平衡光合作用中二氧化碳的摄入和蒸腾过程中水分的释放是很重要的。但植物气孔开闭调控的机制仍在深入研究中。

日前,来自瑞士苏黎世联邦理工学院、中国浙江大学的一个联合研究团队发表在《植物细胞》杂志的一篇综述论文指出,葡萄糖是保卫细胞(植物气孔的两个“唇”)中主要的淀粉代谢产物,并且在蓝光诱导的气孔开放过程中,葡萄糖是气孔的主要能量来源,这一发现有助于揭示植物气孔开闭调控的新机制。

保卫细胞中的淀粉降解是蓝光诱导下气孔打开的标志之一。为了研究这一现象,研究团队利用了淀粉降解双突变体amy3-bam1。在淀粉降解双突变体amy3-bam1中,蓝光诱导的穿过保卫细胞质膜的氢、钾和氯等离子转运并未发生改变,这表明淀粉降解产物不会直接影响保卫细胞运输离子的能力。

长期以来,人们认为淀粉降解产生的碳骨架可用于合成苹果酸,并且苹果酸合量变化与保卫细胞原生质体体积有关。

然而,该研究发现,amy3-bam1双突变体的保卫细胞中苹果酸的浓度与野生型相似,并未发生明显的改变;而葡萄糖的水平却显著降低。这表明葡萄糖是保卫细胞中主要的淀粉代谢产物,并且在蓝光诱导的气孔开放过程中作为主要能量来源。

通过比较野生型、amy3-bam1双突变体和aha1突变体在光-暗交替条件下的气孔动力学与淀粉动力学变化,该研究发现,转换到光下时的气孔开放速率,与淀粉的量及其迅速分解的能力有关。在amy3-bam1双突变体和aha1突变体中,保卫细胞淀粉降解导致了气孔张开的延迟。这进一步表明了气孔开放速率与保卫细胞糖稳态存在相关性。

此外,研究发现在高光强以及红光条件下,气孔开放与淀粉降解无关,进一步的研究表明,红光诱导下的气孔变化,是由叶肉细胞光合作用产生的蔗糖及其通过AHA1(氢离子转运阶段)转移到保卫细胞的过程进行驱动的。

同在《植物细胞》杂志发表的来自美国密歇根州立大学的Anne Rea评述论文指出,此前的研究者们一直持有的观点,是保卫细胞淀粉被分解成糖,并转化为苹果酸盐。但中瑞联合研究团队的研究发现,挑战了关于保卫细胞代谢与离子转运之间关系的一些早期假设,并最终挑战了气孔开放动力学。(郑金武)

蓝光照射下保卫细胞的气孔开放反应.jpg

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