梨花粉管超極化激活鈣通道的調(diào)控機(jī)制研究.pdf

1、花粉質(zhì)膜離子通道在調(diào)控花粉管生長中起重要的作用。本研究主要以砂梨‘豐水’品種為試材，研究了梨花粉管鈣通道在花粉管生長中的調(diào)控及其作用，主要結(jié)果如下:
　　1.研究了質(zhì)膜超極化激活鈣通道與花粉發(fā)育的關(guān)系。在花粉中鑒定到與花粉管相似的超極化激活鈣通道。不過，花粉質(zhì)膜超極化激活的鈣通道電流密度比花粉管小，但單通道的開放頻率扣電導(dǎo)率均不變，因此推斷，花粉中該通道電流較小的原因是由于花粉中該通道蛋白表達(dá)較低。此外，該通道的表達(dá)特性還與花粉發(fā)

2、育的時(shí)期，花粉是否水合以及花粉管生長長度密切相關(guān)。
　　2.研究了cAMP對花粉管鈣通道的調(diào)控作用。cAMP在調(diào)控花粉管生長中起重要作用，但是其作用機(jī)制還不清楚。本研究用膜片鉗技術(shù)證明，cAMP可以直接增強(qiáng)梨花粉管質(zhì)膜超極化激活鈣通道的開放頻率，增大穿過細(xì)胞膜的鈣電流。cAMP對離子通道的作用位點(diǎn)是在細(xì)胞內(nèi)而不是細(xì)胞外。cAMP類似物cGMP不能激活鈣通道。cAMP對鈣通道的激活有電壓依賴性，同時(shí)還需要胞內(nèi)ATP參與。此外，該通道

3、還可以通過單價(jià)陽離子K+。cAMP激活的鈣通道對胞內(nèi)[Ca2+]cyt比較敏感，高濃度的[Ca2+]cyt抑制該通道的開放。
　　3.研究了亞精胺對花粉管生長調(diào)控作用的機(jī)制。在植物細(xì)胞中，亞精胺參與調(diào)控多種生理代謝與生長發(fā)育過程。在此，本試驗(yàn)研究了亞精胺對花粉超極化激活的鈣通道活性的影響。結(jié)果表明，亞精胺間接激活花粉超極化激活的鈣通道。在花粉中，亞精胺可被亞精胺氧化酶(Spermidineoxidase)催化氧化形成過氧化氫(H2

4、O2)，而膜片鉗單通道結(jié)果表明，過氧化氫可直接激活花粉超極化激活的鈣通道的活性。所以推測，亞精胺通過亞精胺氧化酶產(chǎn)生H2O2，H2O2激活質(zhì)膜超極化激活鈣通道從而調(diào)控花粉管的生長。
　　為進(jìn)一步證明多胺氧化酶參與調(diào)控亞精胺對花粉管超極化激活鈣通道的影響，應(yīng)用敲除多胺氧化酶基因的擬南芥突變體Atpao3進(jìn)行遺傳學(xué)驗(yàn)證。在亞精胺處理下，野生型擬南芥花粉的鈣電流增大，而突變體的電流差異不明顯。同時(shí)，離體和活體的試驗(yàn)證據(jù)均顯示，突變體花粉

5、管生長速率下降，種子數(shù)目降低等表型。這些結(jié)果都證實(shí)了亞精胺是通過多胺氧化酶氧化產(chǎn)生的過氧化氫調(diào)控花粉超極化激活的鈣通道活性，從而影響花粉管的生長發(fā)育。
　　4.研究了鞘胺醇-1-磷酸對花粉管生長的調(diào)控作用。鞘胺醇-1-磷酸是一種鞘胺醇在鞘胺醇激酶處理下的產(chǎn)物，它作為一種重要的信號分子參與了細(xì)胞的分化、增殖和死亡等過程。在植物中的研究表明，它參與了ABA誘導(dǎo)的保衛(wèi)細(xì)胞的開關(guān)調(diào)控過程。本研究證實(shí)了鞘胺醇-1-磷酸作為一種外源的信號分子

6、通過異三聚體G蛋白激活花粉質(zhì)膜超極化激活的鈣通道，使得Ca2+內(nèi)流增加，調(diào)控了花粉管的生長。
　　5.研究了胞內(nèi)自由鈣對質(zhì)膜外向K+通道的調(diào)控，探討了血紅素對梨花粉管外向鉀通道(outwardKchannel，K+out)的作用。首先在梨花粉管原生質(zhì)體中鑒定到一種介導(dǎo)鉀外流的通道，全細(xì)胞和單通道結(jié)果表明，它對細(xì)胞內(nèi)自由鈣濃度敏感。此外，細(xì)胞內(nèi)血紅素直接抑制K+out的通道開放率，但不影響通道本身的電導(dǎo)率。當(dāng)將細(xì)胞內(nèi)自由鈣濃度提高時(shí)

7、，血紅素對K+out抑制作用消失。血紅素與NADPH共同處理可以提高通道的開放率。但是，在血紅素氧化酶(hemeoxygenase，HO)抑制劑SnPP的處理下，即使有NADPH共同作用，血紅素仍然抑制K+out的活性。一氧化碳(CO)是血紅素的代謝產(chǎn)物。CO可直接激活梨花粉管K+out，并且其作用效果有明顯的濃度依賴性，它的激活作用可被K+通道廣譜性抑制劑TEA+抑制。這些證據(jù)提供了調(diào)控梨花粉管生長的一個(gè)新的途徑，即血紅素和一氧化碳正