钙离子与高山冰缘植物抗寒性的关系及其信号传导机制
文献类型：学位论文
| 作者 | 傅宣英 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2005 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 安黎哲 |
| 关键词 | 冰缘植物 高山离子芥 再生植株 悬浮细胞 低温胁迫 抗寒性 线粒体膜电位 活性氧 |
| 其他题名 | Studies on relationship and signaling mechanisms of Calcium and cold-hardiness in alpine subnival plant |
| 中文摘要 | 植物的抗寒性是国际植物学领域一直所关注的研究热点之一，研究结果有重要的理论意义和实践意义。本文以高山冰缘植物-高山离子芥（ChorisPorabungeanaFisch，et．Mey，Chorisporabungean）为材料，通过研究钙离子（calcium，Ca~(2+)）在高山离子芥组织和细胞中的积累及分布、Ca~(2+)-ATPose的活性、钙稳态在冰缘植物中的维持机理及生理意义、Ca~(2+)与细胞抗氧化系统的关系。揭示钙离子在植物的抗寒性中的作用及对寒冷信号的传导机制，阐释植物对寒低温胁迫的抗性机理。研究表明：-Ca~(2+)可提高高山冰缘植物的抗寒性。（1）以野生高山离子芥完整植株为研究材料，采用配置有能谱的扫描电子显微镜进行x-射线微区分析Ca~(2+)的含量，发现叶片中Ca~(2+)的含量明显高于叶柄和根中Ca~(2+)的含量，叶柄中Ca~(2+)的含量又高于根中Ca~(2+)的含量。叶和部分叶柄暴露在外界，而全部的根和部分叶柄埋在土壤中。叶片是首先和主要遭受寒冷胁迫的部位，Ca~(2+)在不同组织间积累的差异性，是高山冰缘植物适应环境的表现，Ca~(2+)水平高的组织抗寒性强，表明Ca~(2+)积累可提高抗寒性。（2）再生植株经低温胁迫后，再生植株Ca~(2+)水平升高，与未经低温胁迫的再生植株的Ca~(2+)水平相比有显著性差异。低温胁迫可引起Ca~(2+)水平升高，Ca~(2+)与植物抗寒性密切相关。二用共聚焦显微镜观察游离Ca~(2+)在细胞内的变化，探讨Ca~(2+)提高高山冰缘植物抗寒性的机理及其信号传递机制。（1）Ca~(2+)的鳌合剂EGTA可抑制低温胁迫条件下细胞内游离Ca~(2+)的积累，而游离Ca~(2+)是细胞传递外界刺激信号的第二信使，通过对Ca~(2+)抑制，表明Ca~(2+)在高山冰缘植物感受寒冷信号中起信使作用。（2）通过检测细胞中游离Ca~(2+)的分布和积累，在低温胁迫前游离Ca~(2+)在细胞中是较均匀的，经低温胁迫后，游离Ca~(2+)分布出现房室化现象，Ca~(2+)将寒冷信号传递到细胞中，其分布特点与未经低温胁迫的细胞中游离Ca~(2+)的分布明显不同,游离Ca~(2+)水平升高且主要集中在液泡中，可提高液泡中溶质浓度，避免因寒冷刺激引起的细胞内结冰，可降低低温胁迫对植物的伤害。三Ca~(2+)稳态和Ca~(2+)-ATPase参与了高山冰缘植物的抗，陈（1）用酶细胞化学方法研究Ca~(2+)-ATPase，结果显示Ca~(2+)-ATPase主要分布在细胞壁、质膜、线粒体、内质网和前质体上；在低温胁迫条件下，Ca~(2+)-ATPase仍保持很高活性，而且经48小时低温胁迫后，细胞Ca~(2+)-ATPase活性高于25℃条件下培养的细胞。Ca~(2+)-ATPase活性在低温胁迫下不失活，是抗寒性物种的特征。（2）Ca~(2+)稳态在高山冰缘植物抗寒中起重要作用。寒冷可引起细胞内c扩＋水平短时间升高，抗寒性植物可调节Ca~(2+)水平，但在不抗寒植物中，由于不能调节Ca~(2+)水平，长期过量Ca~(2+)集中在细胞中会引起细胞c扩"中毒，最终导致细胞死亡。用酶细胞化学的方法研究Ca~(2+)亚细胞定位的结果显示，在低温胁迫下，Ca~(2+)进入高山离子芥悬浮细胞后，初期主要分布在胞质、液泡和线粒体中，随着胁迫时间延长，细胞间和液泡中的Co2＋明显增多，这是植物抵御寒冷胁迫的一个重要机制。（3）Ca~(2+)-ATPase是维持细胞内Ca~(2+)稳态的一个关键。Ca~(2+)-ATPase是Ca~(2+)的"精密调节器"，质膜上的Ca~(2+)-ATPase可将细胞内的Ca~(2+)泵出胞外，液泡上的Ca~(2+)-ATPase可使Ca~(2+)进入液泡，其结果使进入细胞中的Ca~(2+)在细胞遭受低温胁迫后能迅速下降，避免细胞钙中毒，是植物的一个重要的生理机制。四初步探讨了在低温胁迫条件下Ca~(2+)对植物细胞的线粒体膜电位（MMP）改变和活性氧（ROS）水平的影响。（1）用流式细胞仪检测悬浮细胞MMP的变化，MMP在低温胁迫条件下未异常升高和降低，表明这种悬浮细胞的线粒体在低温胁迫下仍维持正常的呼吸功能。线粒体产生95％以上的细胞能量，Ca~(2+)作为普遍存在的细胞内第二信使，两者在细胞生命活动中具有重要意义。（2）同样用流式细胞仪检测悬浮细胞ROS水平的变化，在低温胁迫下，ROS水平有所升高，但细胞膜完整，呼吸功能正常，其机理有待进一步的研究。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 76 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/22035]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 傅宣英. 钙离子与高山冰缘植物抗寒性的关系及其信号传导机制[D]. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2005. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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