范文一:18.与视锥细胞相比
18(与视锥细胞相比,视杆细胞的特点是
A(数量少 B(对光敏感度高 C(能产生色觉 D(分辨能力强
【答案】 B
【分析】 本题旨在考查考生对视网膜两种感光换能系统知识的掌握。视网膜内存在视杆细胞和视锥细胞两种感光细胞。人眼一侧视网膜内约有1.2 x 108个视杆细胞和6 x 106个视锥细胞。视杆细胞外段成圆杆状,细胞内的膜盘膜上存在大量单一的视色素,即视紫红质,对光的敏感度高,但只能分辨明暗,故无色觉,视杆细胞和与之相连接的双极细胞以及视神经节细胞组成视杆系统,该系统的会聚程度高,因而其分辨能力较差;视锥细胞外段成圆锥状,不同的视锥细胞的膜盘膜上镶嵌着不同的视色素,对光的敏感度较低,且能分辨颜色,视锥细胞和与之相连接的双极细胞以及视神经节细胞组成视锥系统。该系统呈单线联系,因而其分辨能力较强。故正确答案是B。
本题难度为0.736。
19(下列选项中,符合非特异性感觉投射系统功能的是
A(产生某种特定的感觉
B(维持和改变大脑皮质的兴奋状态
C(激发大脑皮质发出传出冲动
D(参与形成躯体平衡感觉
【答案】 B
【分析】 本题旨在考查考生对感觉的非特异投射系统功能的掌握。从丘脑到大脑皮质的感觉投射纤维,根据其解剖和功能的不同,可分为特异投射系统和非特异投射系统。前者与大脑皮质具有点对点的投射关系(其功能是产生某种特定的感觉,并通过与运动相关神经元的纤维联系,激发大脑皮质发出传出冲动;后者则经反复换元后弥散性地投射到大脑皮质的广泛区域,起维持和改变大脑皮质兴奋状态的作用(但与躯体平衡感觉无关。故正确答案是B。
本题难度为0.828。
20(切除动物前庭小脑后,动物将表现为
A(站立不稳 B(四肢乏力 C(运动不协调 D(静止性震颤
【答案】A
【分析】 本题旨在考查考生对小脑运动调节功能的理解。从功能学角度,小脑可分为前庭小脑、脊髓小脑和皮层小脑三部分。前庭小脑的主要功能是控制躯体的平衡和眼球的运动。切除动物的前庭小脑后,动物将不能保持躯体的平衡状态。表现为步基宽、站立不稳、步态蹒跚和容易跌倒等症状,还可出现位置性眼震颤,以及不再发生运动病。因为脊髓小脑具有协调随意运动和调节肌紧张的作用,故本题备选项中的四肢乏力、运动不协调和静止性震颤都是脊髓小脑损伤后的表现。故本题正确答案是A。
本题难度为0(638。
21(寒冷刺激可引起下丘脑促垂体区释放
A(CRH B(TRH C(GnRH D(GHIH
【答案】B
【分析】本题旨在考查考生对下丘脑调节肽的了解和掌握。下丘脑调节肽是由下丘脑促垂体区的肽能神经元所分泌的肽类激素,目 前已知有9种,即促甲状腺激素释放激素(TRH)、促性腺激素释放激素(GnRH)、促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)、生长索释放激素(GHlH)、生长素释放抑制激素(GHRIH)或生长抑素(SS)、催乳素释放因子(PRF)、催乳素释放抑制因子(PIF)、促黑(素细胞)激素释放因子(MRF)、促黑(素细胞)激素释放抑制因子(MIF)。寒冷刺激引起释放的下丘脑调节肽是TRH,由此而引起下丘脑-腺垂体-甲状腺轴的活动,使甲状腺激
素分泌增多,起到增加产热量,抵御寒冷的效应。故正确答案是B。
本题难度为0(683。
22(影响甲状旁腺分泌最重要的因素是
A(血钙浓度 B(血磷浓度 C(血碘浓度 D(血钾浓度
【答案】A
【分析】 本题旨在考查考生对甲状旁腺激素分泌调节因素的掌握。甲状旁腺激素是体内调节钙和磷代谢、维持血钙稳定的最重要的激素。因此,血钙浓度也能反过来调节甲状旁腺激素的分泌。能调节甲状旁腺激素分泌的因索还有其他因素,如血磷、血镁浓度以及儿茶酚胺、前列腺素等,但血钙浓度是调节甲状旁腺激素分泌最重要的因素,是一种负反馈调节。备选项中的血碘浓度和血钾浓度是干扰性选项,前者试图混淆甲状旁腺激素与甲状腺激素的分泌调节,后者则试图混淆甲状旁腺激素与醛固酮的分泌调节。故正确答案是A。
本题难度为0(861。
23(机体受到刺激而发生应激反应的系统是
A(下丘脑一腺垂体一肾上腺皮质系统
B(下丘脑一神经垂体系统
C(交感一肾上腺髓质系统
D(迷走一胰岛素系统
【答案】A
【分析】 本题旨在考查考生对肾上腺糖皮质激素生理作用的掌握。当机体受到多种有害刺激如感染、缺氧、饥饿、创伤、手术、疼痛、寒冷及精神紧张等刺激时,血中ACTH浓度急剧增高,糖皮质激素大量分泌,这一反应称为应激反应。在应激反应中,下丘脑一腺垂体一肾上腺皮质轴的活动增强,可提高机体对应激刺激的耐受和生存能力。机体在遥到急剧环境变化时可通过交感一肾上腺髓质系统,使血中儿茶酚胺类激素水平明显升高,这一反应称为应急反应,其意义是提高机体的警觉性和应变能力。虽然应激反应和应急反应的刺激可以相同,但动员的体内系统不同,意义也不同。迷走一胰岛素系统则在机体处于休整恢复、促进消化、蓄积能量的情况下活动加强,恰与应激状态相反;下丘脑一神经垂体系统的血管升压素虽与应激反应有关,但非主要激素。故正确答案是A。
本题难度为0.542。
24(下列关于雌激素生理作用的叙述,正确的是
A(抑制输卵管运动
B(促进子宫内膜腺体增生和分泌
C(促进阴道上皮细胞增生和角化
D(促进乳腺发育并引起泌乳
【答案】C
【分析】本题旨在考查考生对雌激素生理作用的理解。雌激素具有促进女性生殖器官和乳腺发育的作用。雌激素对生殖器官发育的作用包括:促进卵泡发育、成熟和排卵;促进子宫发育,使子宫内膜发生增生期变化,但不引起腺体分泌;增加子宫颈黏液分泌;促进输卵管上皮增生、分泌和输卵管运动;促进阴道上皮细胞增生、角化,糖原含量增加(使阴道分泌物呈酸性。雌激素对乳腺的作用是促进乳腺导管和结缔组织的增生,产生乳晕,但对泌乳有抑制作用。故正确答案是C。
本题难度为0.442。
25(下列氨基酸中,属于酸性氨基酸的是
A精氨酸 B(甘氨酸 C(亮氨酸 D(天冬氨酸
【答案】D
【分析】 本题旨在考查考生对氨基酸分类的掌握程度。备选项中的甘氨酸和亮氨酸属于非极性疏水性氨基酸;精氨酸侧链含胍基,属于碱性氨基酸;天冬氨酸侧链含羧基,属于酸性氨基酸。故正确答案是D。
本题难度为0(682。
26(下列RNA中,参与形成原核生物50S大亚基的是
范文二:植物叶肉细胞电信号模型与仿真研究
第 25卷 第 11期 计 算 机 仿 真 2008年 11月
( ) 文章编号 : 1006 - 9348 2008 11 - 0106 - 05
植物叶肉细胞电信号模型与仿真研究
1 1 1 2 颜小飞 ,黄 岚 ,王忠义 ,王 成
( )1. 中国农业大学信息与电气工程学院 ,北京 100083; 2. 国家农业信息化工程技术研究中心 ,北京 100097 摘要 :植物能够对温室温度调节作出响应并通过电信号的变化将其表现出来 ,因此 ,植物电信号可以作为评定一个平稳的温 度调节过程中潜在的有用信息 。研究运用修正的 Hodgk in - H uxley方程 ,建立了基于细胞膜上离子通道的机理模型 ,用来描
2 + 述温度诱导的植物叶肉细胞电信号变化 。在仿真模型中将温度变化引起的 Ca离子流等效为激励信号 。利用可靠的多通 道植物电信号监测系统实测到的温度诱导的植物电信号来检验模型 ,结果表明模型是可信的 ,还表明降温速率影响植物电 信号的变化 。初始降温速率大于 0. 004 ? / s时可以引起不传递的阈下反应 ,且阈下反应的变化幅度随降温速率的增大而增
: TP391. 9 文献标识码 : A 中图分类号 加 ,变化幅度在 1 mV ,95 mV。
关键词 :温度 ;植物电信号 ;模型 ;模型检验 ;温室
M ode l in g an d S im u la t ion of E lec tr ica l S igna ls in M e sophy ll C e lls 1 1 1 2YAN X iao - Fe i, HUAN G L an, WAN G Zhong - Yi, WAN G Cheng
( 1. Co llege of Info rm a tion and E lec trica l Enginee ring, Ch ina A gricu ltu ra l U n ive rsity, B e ijing 100083, Ch ina;
)2. N a tiona l Enginee ring R e sea rch Cen te r fo r Info rm a tion Techno logy in A gricu ltu re, B e ijing 100097, Ch ina A BSTRAC T: E lec trica l signa ls in h ighe r p lan ts w ill be changed to re spond to the temp e ra tu re regu la tion in green2 hou se du ring grow th and deve lopm en t. The se signa ls can be u sed a s po ten tia l and u sefu l info rm a tion to e stim a te whe the r the cou rse of regu la tion fo r environm en t of greenhou se is stab le. B a sed on mod ified Hodgin - H uxley equa2 tion, a m echan ism mode l of the p lan t ce lls m em b rane po ten tia l u sing the p ub lished ion ic channe ls da ta in p la sm a m em b rane is p ropo sed; and th is mode l is u sed to de sc ribe the temp e ra tu re - induced e lec trica l signa ls in p lan ts. In
2 + th is mode l, Caion cu rren t induced by change s of temp e ra tu re is trea ted a s stim u li. The reco rded temp e ra tu re - in2 duced e lec trica l signa ls in p lan ts u sing a re liab le m u lti - channe l mon ito ring system a re app lied to ve rify the mode l and hypo the sis. Exp e rim en ts and sim u la tion re su lts ind ica te tha t the mode l is re liab le and the coo ling ra te can affec t the amp litude of induced e lec trica l signa ls in p lan ts. W hen the in itia l coo ling ra te is grea te r than 0. 004? / s, a sub - th re sho ld re spon se cou ld be de tec ted in p lan ts. Mo reove r, w ith coo ling ra te rising, the amp litude of the sub - th re sh2 o ld re spon se w ill inc rea se, and its range is u sua lly from 1mV to 95mV.
KEYW O RD S: Temp e ra tu re; E lec trica l signa l in p lan t; Mode l; Mode l te st; Greenhou se
,对于同一株植物 ,一些温度改变过程不 以往研究表明 1 引言
会诱导植物电信号的变化 ,而另一些温度改变过程会形成刺 环境温度的变化会改变植物细胞膜的结构及活性 ,直接
激而诱导植物产生电信号 。温室中温度的设置与调节会对 影响植物的生理过程 ,反映在气孔状态 、光合速率 、植物电信 温室作物生长产生影响 ,在温度调节过程中植物会对此作出
号变化上 。相对于气孔状态 、光合速率等生理参数 ,温度变 响应 ,并通过电信号的变化表现出来 。因此 ,评定一个平稳
的温度调节过程可以用植物电信号的变化来反映 。但是 ,目 化诱导的植物电信号的检测与分析报道相对较少 。研究表
前温度刺激引起植物电变化机理和预测模型的研究不多 ,限 明 ,不仅动作电位提供了一种植物体内长距离的信号传导机 制了对检测到的植物电信号的进一步分析和应用 。
()制 ,而且不能传递的局部电位 阈下反应 对植物的生理状态 由于参与植物细胞电活动的离子通道不同于动物细胞 , ( ) 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 60571027 ; 国 家 863 计 划 [ 2 - 3 ] [ 1 ] ( )2006AA10 Z202 因此本文在国内外对高等植物叶肉细胞氯离子通道 、外 也有着较大的影响 。 [ 4 ] [ 4 ] 收稿日期 : 2008 - 07 - 04 修回日期 : 2008 - 07 - 13 向钾离子通道 、内向钾离子通道 、非选择性阳离子通道
综合分析了这些通道在温度诱导的叶肉细胞电信号中的作 3. 1 植物叶肉细胞膜电位变化理论模型
在温度或去极化电流等非伤害性刺激形式下 ,研究 用 ,并尝试从离子机制角度首次建立了描述温度响应的植物
非敏感 高 等 植 物 的 叶 肉 细 胞 中 可 以 记 录 到 相 应 的 叶肉细胞生物电模型 ,并用日光温室中所检测到的植物电信 [ 10 ] 动 。外界刺 激 达 到 一 定 强 度 后 , 植 物 叶 肉 细 胞 胞 号对模型进行验证与分析 。 2 + (Ca通过非选择性阳离子通道 这种通道可以通过钙 2 + )阳离子 穿过细胞膜 , 胞质内的 Ca浓度增加 , 从而使 2 研究方法 - , 大量 C l由细胞内流 出 , 导 赖型的阴离子通道被激活 2. 1 植物电信号的检测[ 2 - 3, 5 ] 胞膜去极化 。参与植物叶肉细胞电活动的阴离子 植物电信号的检测包括胞内测量 、胞外测量 、膜片钳测 [ 3 ] 几乎不失活 ,其单通道电导为 32p S。 量和非损伤微电极测量 ,不同的检测技术能够为我们展示不 一些学者提出叶肉细胞电活动的阴离子通道与保 [ 2 ] 胞的慢速阴离子通道相似 ,在此研究基础上 ,建模时 同层面上的植物电信号的变化特征 。细胞内测量可在细胞 离子通道的动力学过程进行了假定 ,使其符合实验现象 水平上对生物电现象进行检测和研究 ,通常采用的是尖端直 肉细胞膜上存在外向 K离子通道 ,但只有当膜电位去极
- 47mV 时该通道才开始被激活 ,即温度刺激引起去极 μ径小于 1m 的玻璃微电极 ,它可插入细胞附近及细胞体内 , + [ 4 电位变化幅度达到 100mV 以上时才会引起 K 外流 引出的是少数几个甚至单个细胞的电活动 ,但不适用于长时 而 ,研究者们记录的温度变化引起的叶肉细胞膜电位变
度一般不会超过 100mV ,因此 ,与保卫细胞不同 ,叶肉细 间记录 。细胞外测量方法能够检测多细胞产生的电信号 ,适 + 活动中使细胞膜复极化的离子电流并非是以外向 K 电 于对叶片等进行长时间的监测 。由于植物电信号是微弱信 主 。目前 ,尽管对植物叶肉细胞复极化过程中离子活动
9的研究还比较少 ,但叶肉细胞复极化过程确实存在 ,于 ( Ω ) 号 ,因此必须应用高输入电阻 > 10的生物电 放大器才 们在建模时对复极化离子电流项进行了假设 ,并使其通 [ 7 ] 能将其不失真地拾取放大 ,然后输出到记录装置上 ,如图 动力学过程与实验现象相符合 。
从植物生理学的角度来说 ,关于高等植物细胞的胞 1所示 。测 量 和 参 比 电 极 选 择 非 极 化 电 极 , 如 A g /A gC l 电 钙离子流的产生机制仍然不甚清楚 。目前还没有在蚕 极 。本研究组研制的多通道植物电信号采集系统已经通过 南芥等高等植物叶肉细胞膜上找到参与膜去极化的选 2 + 2 + [ 7 - 8 ] () Ca通道 专 司 Ca的 特 异 性 离 子 通 道 , 但 可 以 观 () 了可靠性 包括重复性 、再现性 验证 ,除了进行电信号 2 +2 + Ca离子流的变化 。研究发现 , Ca渗透性通道的逆转 2 + 2 + 的记录 ,还可以 同 步 记 录 2 路 叶 温 、CO、空 气 温 度 、土 壤 温 2 比 Ca的平衡电位低 100mV 以上 ,可见 , Ca极有可能 [ 11 ] 过细胞膜上非选择性阳离子通道进入细胞的 。一些 度 、空气相对湿度和 2 路有效辐射 。本研究中将采用该系统 2 + 认为 Ca是一种信号物质 ,在植物电活动中作为第二 2 + 来检测温度改 变 所 引 起 的 电 信 号 , 并 用 其 验 证 模 型 的 可 靠 对于温度诱导 的 Ca变 化 , 本 文 采 用 P lie th 提 出 的 温 2 + [ 12 ] 图 1 植物电信号的测量 Ca变化的定量关系来反映这 一激励过程 。因此 性 。 2 + (时将外部 环 境 诱 导 的 Ca变 化 等 效 为 一 个 激 励 刺 2. 2 实验材料与步骤 ) ,这样就能用定量的模型描述高等植物电信号变化 号
2. 2. 1 实验材料 律 ,也能为运用现代信号处理的方法解析植物电信号提
论依据 。 将蚕豆种植在 0. 5L 的塑料罐中 ,土壤包含 70 %的蛭石
植物叶肉细 胞 膜 的 电 学 特 性 模 型 如 图 2 所 示 。 和 30%的腐殖土 , 其中含有植物生长所需要 的 全 部 营 养 元 GC l表示阴离 子 通 道 电 导 , GX 表 示 复 极 离 子 通 道 电
表示漏电导 ; EC l表示阴离子通道逆转电位 , EX 表示复 素 。生长条件 :光照 16 h,室温 15 - 22?,一周浇水 4 次 。 24 () 子通道逆转电位 , EL 表示漏电流 背景电流 平衡电位 天后进行实验 。 研究以修正的 Hodgk in - H uxley方程来描述植物叶肉细
信号 ,模型细节见附录 1。 2. 2. 2 实验步骤 3. 2 模型验证方法(蚕豆叶片下表皮去掉 5mm 3 5mm ,将其浸入溶液 成分 : 一个模型的计算结果要通过检验才能验证其正确 2 + [ 9 ] [ 13 ] Ca结合常数来计算 CaC l 的加入量 。利用多通道植物 2 ( : 标准溶液包含 0. 5 mM CaC l, 2. 5 mM H ep e s - N aOH pH 6. 合理性 。植物电信号模型可采用如下的检验方法 2 电信号采集系统进行测量 。 2 + ) 1残差合格模型检验 :令残差序列为 ) 5 , 10 mM 蔗糖和 1. 5 mM KC l。 Ca浓度小于 0. 1 mM ,溶 ) ( ) ( ( ) e 1 e 2 e n 液中还含有 1 mM 钙离子螯合剂 BA PTA。用质子 化作用和 Δ {k } =?? , , 3 模型和验证 ( ) ( ) ( )s1 1 s1 2s1 n
图 2 植物叶肉细胞膜电学特性图
n 1 ΔΔ称 kZ = ki = 1, 2, ? , n为平均模拟相对误差 。给 i ?n i
ΔΔ定 a, 当 kZ < a且="">< a成立时="" ,="" 则此模型为残差合格模型="" 。="" i="">
对于实际应用而言 , a低于 0. 2即为合格 。
n 2 ) ( ) 2小误差概率合 格模型检验 : 设 S = S 1 i, C = ?i = 1 n 1 2 ( ) ε( ) S 1 - S 分别为 S 1的均值和方差 。若 P = { | k -? n k = 1
ε | < 0.="" 6745c="" }="" 称为小误差概率="" ,="" 对于给定的="" p,="" 当="" p=""> P 0 0时 , 称模型为小误差概率合格模型 。通常 P > 0. 95为优 , P > 0. 8为合格 , P > 0. 70为勉强合格 , P ? 0. 70为不合格 。
4 结果与讨论 图 3 钙浓度及膜电位变化的仿真曲线 4. 1 模型模拟温度变化引起的植物叶肉细胞电信号
2 + 利用模型模拟了不同温度变化对蚕豆叶肉细胞 Ca离
() ( ) 子流及电信号的影响 图 3。在不同的降温速率下 ,图 3 a
( ) 为温度变化过程 , b 为温度改变引起 的胞内钙浓度变化 , ( )c为蚕豆叶肉细胞膜电位变化 ;其中 ,曲线 1、2、3、4 分别代 表初始降温速率为 0. 1 ? / s、0. 06 ? / s、0. 02? / s、0. 005 ? / s 下的仿真结果 。在实际中 ,降温速率一般不会超过 0. 06 ? / s。在 初 始 降 温 速 率 为 0. 1? / s、0. 06? / s、0. 02? / s、0. 005? / s下均没有动作电位产生 。实际上 ,不同的温度变化 速率会导致不同的植物电信号变化 ,由于植物叶肉细胞的静
息电位在 - 200V , - 147V ,当去极化幅度达不到阈值 ,则只 图 4 实测曲线与仿真曲线
能是阈下反应 ,而阈下反应与刺激强度相关 ,阈下反应变化
表 1 模型的残差检验 幅度为 1 mV ,95 mV;模型在一定程度上定量解释了植物对 实验数据 模拟数据 残差 相对误差 时间 外界环境变化的敏感性 ,并可以解释文献 [ 10 ] [ 14 ]中的实 ( )s Δ ε( )k x ^x k
2 - 117 - 114. 67 - 2. 33 . 0199 039 验现象 。 1 6 - 100 - 97. 22 - 2. 78 0. 0278 ΔΔ= k = 0. 0226 < 0.="" 2且="" k="">< 0.="" 2,="" 因此该模型为残i="" i="" 9="" i="1" 10="" -="" 97="" -="" 96.="" 27="" -="" 0.="" 73="" 0.="" 0075="" 4.="" 2="" 模型验证结果="" 差合格模型="" 。="" 14="" -="" 100="" -="" 97.="" 81="" -="" 2.="" 19="" 0.="" 0219="">
μ细胞内 Ca离子浓度 [ Ca ] i = 0. 1 M 18 - 105 - 99. 8 - 5. 2 . 0495 0
22 - 108 - 102. 04 - 5. 96 0. 0552 细胞外 Ca离子浓度 [ Ca ] o = 1 mM 26 - 111 - 104. 47 - 6. 53 0. 0588 温度变化 、光强变化会改变细胞内 Ca离子浓度 [ 30 - 113 - 107. 03 - 5. 97 0. 0528 ) 3模型 34 - 116 - 109. 63 - 6. 37 0. 0549 dV 38 - 118 - 112. 2 - 5. 8 0. 0492 Is tim = Cm + I j ?d t 42 - 120 - 114. 67 - 5. 33 0. 0444
46 - 122 - 117 - 5 0. 0410 Is tim 为刺激电流 , I为离子电流之和 , I为某种j j ? 50 - 125 - 119. 19 - 5. 81 0. 0465 2 (μ) () 通道 电 流 A / cm, V 为 膜 电 压 mV , Cm 为 膜 面 积 54 - 128 - 121. 24 - 6. 76 0. 0528 2 (μ)( ) F / cm , t为时间 s。 58 - 130 - 123. 15 - 6. 85 0. 0527
( ) 1氯离子通道电流 IC l 62 - 132 - 124. 93 - 7. 07 0. 0536
66 - 134 - 126. 61 - 7. 39 0. 0551 GC l = GC l?s m ax 70 - 135 - 128. 17 - 6. 83 0. 0506 ()IC l = GC l? V - EC l 74 - 136 - 130 - 6 0. 0441 2 )(GC l为电导 m S / cm , GC l为氯离子通道最大 m ax 78 - 137 - 131. 35 - 5. 65 0. 0412 2 2 () m S / cm, GC l = 32m S / cm , EC l 为 氯 离 子 通 道 逆 m ax
位 , EC l = 41. 3 mV; s为门控激活参数 。 用小误差概率检验方法对模型进行验证 : 39 d s αβ( )( )( ) 1 = 1 - s+0 0 s s( )= - 61. 13 x 的均值 : xZ = x kd t ? 39 k = 1 () V +150/ 35. 6 39 = 0. 015 ×e α s ( ) 1 ( )0 2 0 2 )( ( )- xZ = 1810. 1 x 的方差 : S= x k() - V +24/ 25. 3 1 ? β = 0. 83 ×e 39 k = 1 s
( ) 2复极化电流 IX S= 42. 55 1 2 39 GX = GX?n m ax 1 εε( )= - 2. 73 残差均值 : = k ?39 k = 1 ()? V - EX IX = GX
2 计算小误差概率 : () (GX为电导 m S / cm, GX 为通道最大电导 m S / m ax 2 0. 6745S= 28. 697 1 GX = 85m S / cm, EX = - 150 mV; n为门控激活参数 m ax ε( ) ε) ( P = P | k - | < 0.="" 6745s="1"> 0. 95, 因此模型 1 dn ( αβ)= 1 - n + n n精度为优 。 d t
() 0. 0076 ×V + 112. 5 a= n () - V +112. 5/ 9. 2 1 - e 5 结论 / 78. 4 - V β= 0. 96 ×e n植物电信号对环境因子变化的响应是一个复杂的科学 ( ) 3背景电流
问题 ,建模的影响因素很多 ,运用修正的 Hodgk in - H uxley方 由一些漏过细胞膜的非特异离子形成的电流 , 具有
间依赖特点 , 也参与复极化 。 程 ,建立基于细胞膜上离子通道的机理模型来描述温度诱导 () I= 0. 78 ×V + 148 b
的植物电信号是可行的 ,模型具有如下特点 : ? 由预测模型 ( ) 4等效刺激电流 Is tim
外界刺激由细胞表面的受体识别引起细胞内钙离 所模拟的温度改变所引起的电信号曲线和实测变化规律相 度增加 , 导致电压依赖型氯离子通道活性增加 , 将其作 一致 ; ? 根据不同植物特点修正模型参数 ,预测温度调节对 效为刺激电流 。由温度引起的胞内钙离子浓度可以由以
( ) ( ) 式来描述 。T表示温度 ?, t为时间 s, ra te为温度初 植物电信号的影响 ; ? 随着监测资料的不断增加 ,预测模型 ( ) 化率 ? / s, con为常数 。 还可不断地更新 、优化 ; ? 为在温室生产中检测与分析植物 d T - t / tc= ra te ×e d t 电信号提供理 论 依 据 , 植 物 电 信 号 检 测 系 统 的 精 度 应 优 于 n1 dT d T - tem p = d t d t1mV。 - 2
附录 1 d [ C a ] tem p = Iin0 + Iin m ax ×- n1d t ( )K + tem p )1细胞参数 ( ( ) )KQ T - T0 n2 Iex m ax ×e×[ C a ] n2 n2μ叶肉细胞体积 10pL ,直径 = 26. 8m;单位膜面积电容为 Km + [ C a ]
2μ1F / cm
m em b rane po ten tia l change s of ep ide rm al and m e sop hyll ce lls in [ C a ] d Iex m ax )× ( [ C a0 ] = P0 ×s ig n [ C a ] -d t Kp + [ C a ] grow ing leaves of P isum sativum [ J ]. P lan ta, 1995 , 197: 127 -
d [ C a ] 2 134. (μ)A / cm Is tim = con × d t [ 6 ] S Shaba la, I N ewm an. L igh t - induced change s in H yd rogen, Ca l2 T0 = 25? c ium , Po ta ssium , and Ch lo ride ion fluxe s and concen tra tion s from
) (the M e sop hyll and Ep ide rm a l tissue s of bean leaves. U nde rstand ing T = Tin itia l 初始温度
the ion ic ba sis of ligh t - induced b ioe lec trogene sis[ J ]. P lan t Phys2 ()Tend 结束温度
io logy, 1999 , 119: 1115 - 1124. (μ)Iin0 = 0. 0193 稳态内向离子流 ,M / s [ 7 ] 黄岚 , 王忠义 , 徐志龙 , 刘志存 , 赵勇 , 侯瑞锋 , 王成. 多道植 (μ) Iinm ax = 2. 5; 激活时最大内向离子流 ,M / s物电信号监测系统 [ J ]. 现代科学仪 , 2006 , 4: 45 - 47. (μ)K1 = 1; M [ 8 ] C W ang, e t a l. Mon ito ring and ana lysis of elec trica l signals in wa2 n1 = 3; te r - stre ssed p lan ts[ J ]. N ew Zea land Jou rna l of A gricu ltu ra l R e2 (μ)Iexm ax = 1; 激活时最大外向离子流 ,M / s search, 2007 , 50: 823 - 829. (μ) Km = 0. 5; M [ 9 ] S M H arrison, D M B ers. The effec t of temp e ra tu re and ion ic n2 = 2; strength on the app a ren t Ca - affin ity of EGTA and analogou s Ca Q = 10; - che la to rs BA PTA and d ib romo - BA PTA [ J ]. B ioch im. B io2 2μP0 = 0. 005; M / s p hys. A c ta, 1987 , 925: 133 - 143. μ( )Kp = 0. 5; M / s [ 10 ] E Kro l, H D ziub in ska, K Trebacz. Low - temp e ra tu re induced ( ) (μ) Ca 0 = 0. 1; 细胞质 Ca初始离子浓度 , M tran sm em b rane po ten tial change s in the live rwo rt Conocep ha lum
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tion po ten tial in Cha ra: new in sigh ts w ith new techn ique s [ J ]. ()ra te = - 0. 06; 温度初始变化率 , ? / s Jou rna l of Exp e rim en ta l Bo tany, 1997 , 48: 609 - 622. ()tc = 60; 时间常数 , s [ 12 ] C P lie th. Temp e ra tu re sen sing by p lan ts: ca lc ium - p erm eab le
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( ) () 颜小飞 1982 - , 女 汉族 , 山东威海人 , 硕士研 201: 415 - 423.
究生 ,主要研究方向为信息检测 ; J T M E lzenga, E V Vo lkenbu rgh. Cha rac te riza tion of a ligh t - [ 3 ]
( ) () 黄 岚 1968 - ,女 汉族 ,北京人 ,副教授 , 硕士 con tro lled an ion channe l in the p la sm a m em b rane of m e sop hyll
生导师 ,主要研究方向为计算机应用 ; cells of p ea [ J ]. P lan t Physio l. , 1997 , 113: 1419 - 1426. ( ) () 王忠义 1968 - , 男 汉族 , 吉林梅河口人 , 副教 W L i, S M A ssm ann. Cha rac te riza tion of a G - p ro tein - regu la ted [ 4 ] 授 ,硕士生导师 ,主要研究领域为信息检测 ; ou tward K + cu rren t in m e sop hyll ce lls of V icia faba L [ J ]. P roc.
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范文三:干旱胁迫及不同钾水平下烟草叶肉细胞中钾的再分布
干旱胁迫及不同钾水平下烟草叶肉细胞中钾的再分布
日期:2010/2/27 10:31:06 作者: 来源:
魏永胜1 , 梁宗锁2 , 张福锁3
(1 西北农林科技大学生命科学学院,陕西杨陵712100 ;2 中国科学院、水利部水土保持研究所,黄土高原土壤侵蚀和干旱农业国家重点实验室, 陕西杨陵
712100 ;3 中国农业大学植物营养系,北京100094)
摘要:研究了干旱胁迫及不同水平下K+ 在烟草叶肉细胞的液泡、线粒体、叶绿体中的分布。结果表明,无论是正常水分条件下还是干旱胁迫下,施K肥可以提高叶肉组织中K的含量;烟草叶肉细胞中K+ 主要集中在液泡中,叶绿体中次之,线粒体中最少。干旱胁迫下,K+ 在烟草叶肉细胞内存在明显再分配现象,不施钾
+植株在干旱胁迫下液泡中K 总量变化不大,但所占比例减少;而线粒体、叶绿体
中K+ 总量和所占比例均明显增加。施钾植株干旱胁迫下液泡中K+ 所占比例也有减少,但总量增加;线粒体中K+ 总量和所占比例均减少,叶绿体中K+ 总量和所占比例均明显增加,且叶绿体中K+ 的变化趋势随施钾量增加而增强。结果还表明,在不同干旱程度下,适量施钾可以减少烟草叶肉细胞光合活性的下降。 关键词:干旱胁迫;烟草;叶肉细胞;钾;再分布
中图分类号:S572 ;Q945. 78 文献标识码:A
Redistribution of potassium in tobacco mesophyll cell under
soil
drought stress and different levels of potassium suppl ied
WEI Yongsheng1 , L IANG Zongsuo2 , ZHANG Fusuo3
( 1 College of L if e Sci . , Northwest Sci . and Techn. Univ . of A gric. and Forest ry , Yangling , S haanxi 712100 , China ;2 State Key L ab. of Soil Erosion and Dryland Farming on Loess Plateau , Inst . of Soil and Water Conserv . CAS , Yangling ,S haanxi 712100 , China ; 3 Dept . of Plant
Nut r. , China A gric. Univ . , Beijing 100094 , China)
Abstract : Pot experiment of potassium redist ribution at different part s of tobacco mesophyll cells was carried out in greenhouse. The result showed that the potassium content of mesophyll increased with potassium supplied under normal or drought
conditions. Most of the potassium was in the vacuole , little in the chloroplast and least in the mitochondrion. There were obvious redist ribution of potassium among vacuole , mitochondrion , chloroplast under drought . The potassium content in vacuole of tobacco changed little without potassium supply , but it s ratio reduced. Both of potassium content and ratio of chloroplast and mitochondrion were increased obviously. The potassium content in vacuole of tobacco increased , but the ratio reduced with potassium supplied under drought .Mitochondrion potassium content and ratio were also reduced , and potassium content and proportion were in creased in chloroplast with supplied potassium. The result also showed that reduction of photosynthesis activity
of mesophyll cells could be prevented by supplied potassium.
Key words : drought stress ;tobacco ( Nicotiana tabacun ) ;mesophyll
cell ;potassium;redist ribution
K+ 在植物体内有很强的移动性,当植物受旱时, K+ 在不同器官间、细胞及细胞器之间不同区域内分布变化受供水状况的影响明显,而K+ 的分布反过来也直接影响这些部位的水分分布和植物整体的水分关系;调节水分在该区域的数量和移动方向,进而影响各器官的生长与干物质积累,最终影响收获产品的品质和产量。同时, K+ 通过促进叶绿素的合成和类囊体膜的稳定,促进光合磷酸化作用,加强CO2
的同化,促进作物的正常呼吸作用、氧化磷酸化作用以及ATP 的形成。许多研究表明,合理施用钾肥可改善作物体内的钾素营养状况,提高作物抗旱能力和水分利用效率(WUE) ,增强抗逆性,增加作物产量和改善作物品质。但目前人们普遍认为, K+ 主要通过渗透调节作用增强作物的抗旱性,而对干旱条件下K+ 如何在细胞不同区域内进行重新分配,如何影响细胞功能的原因研究不多。
为此,本试验在人工控制土壤水分和施钾水平条件下研究干旱条件和不同钾水平下K+ 在烟草叶肉细胞内叶绿体、线粒体、液泡等不同细胞器和部位中的分布,探讨这种分布变化对细胞水分关系和功能的影响,以期为北方干旱条件下如何提高烟叶含钾量提供依据。 1 材料与方法
1. 1 试验设计
试验于2000 年6 月至2000 年月12 月在西北农林科技大学资源环境学院日光温室内进行(室内温度在22 ℃以上) 。将25 ℃下催
芽的烟草种子直播于22cm ×20cm 的生长钵中(干土6kg) ,供试土壤为 土,其有机质含量117 % ,NH+42N 613 mg/ kg ,NO-32N 10110 mg/ kg ,速效P 2310 mg/kg ,速效K 12817 mg/ kg ,Cu、Fe、Mn、B 含量分别为1146 、118 、8510 、015 mg/ kg , pH 811 。供试烟草( Nicotiana
tabacun ) 品种为NC89 (陕西省农科院提供) ,供试肥料为硫酸钾、尿素、三料磷肥(含P2O5 42 %) 。
试验设3 个施钾水平:不施钾( F1) 、中等钾水平( F2) 每盆施K 214g、高钾水平( F3) 每盆施K 418g。N、P 肥用量3个处理均为每盆012g。按盆称取肥料,粉碎后与土壤混匀装盆。在钾处理的基础上设正常供水和干旱2 个处理:干旱处理(W1) 含水量为田间持水量的40 %~45 % ,正常供水(W2) 含水量为田间持水量的70 %~75 %作对照。在烟苗生长至8 叶1 心时各处理选择生长均匀一致的植株进行水分处理,并采取逐日称重法进行水分控制,使土壤含量始终保持在处理范围内。每个处理18 盆,每盆种烟1 株。
试验于11 月2 日加设持续干旱处理,即在正常供水处理的植株最后一次浇水后,对3 个施肥处理停止供水,使土壤含水量自然落干,经38d 后使土壤含水量下降到田间持水量的30 %。在此期间定期测定土壤含量并测定相关生理指标。每个处理3 盆,每盆种烟1 株。
1. 2 测定项目及方法
细胞器分离:采用离心分离法,获得烟草叶肉细胞的活体叶绿体线粒体,并分别采用2 ,6 - 二氯酚靛酚还原法和詹纳斯绿染料活染
法对分离提取的叶绿体及线粒体进行定性活体鉴定,证明所获得的细胞器为活体。将活体叶绿体及线粒体以去离子水胀破,沸水浴15 min 提取K+ ,用日立18- 80 型原子吸收分光光度计测定K+ 含量,以提取的细胞器总K占样品干重的百分比表示,并计算叶肉细胞中液泡、线粒体、叶绿体中的钾分别占3 者总K量的相对比例( %) 。光合速率和胞间CO2 浓度:选择叶位相近、大小相似的叶片用L ICOR26400 光
合仪测定。
2 结果与分析
2. 1 控制水分条件下烟草叶片光合速率变化
表1 看出,正常水分条件下,烟草叶片的光合速率随施钾增加而增加,且上午的光合速率明显高于下午。干旱胁迫下,施钾植株光合速率高于不施钾植株,不施钾植株的光合速率下午明显低于上午,而施钾植株光合速率上下午之间无差异。干旱胁迫处理与正常供水处理相比,在上午干旱胁迫处理的植株光合速率明显低于正常供水处理,且F2 处理光合速率下降最少,光合速率明显高于F1 和F3 处理;下午,干旱胁迫下F1 和F3 处理的光合速率均明显降低,而F2 处理植株下午的光合速率无变化,且明显高于F1 和F3 处理。
2. 2 控制水分条件下烟草叶片胞间CO2 浓度变化
表1 还看出,正常供水条件下,无论是上午还是下午,不同施钾处理间烟草叶片的胞间CO2 浓度无明显变化。干旱胁迫下,在光合速率
较高的上午,烟草叶片的胞间CO2 浓度随施钾增加而增加,差异明显。
与正常供水处理相比,F1 处理胞间CO2 浓度明显升高,而此时光合速
率却明显降低, F3 处理植株在胞间CO2 浓度明显降低的同时,光合速
率也明显降低,F2 处理胞间CO2 浓度无明显变化,光合速率降低。在
光合速率较低的下午,F3 处理植株叶片胞间CO2 浓度明显低于F1 和
F2 处理,F1 与F2 处理间则差异不明显。说明不施钾烟草植株光合速率下降的主要原因是非气孔限制,即叶肉细胞光合活性下降引起的;施钾植株光合速率下降则主要是气孔限制。说明施钾可以减少叶肉细胞光合活性的下降。
2. 3 不同处理地上部分干物质累积量
表2 表明,不同施钾处理下干旱胁迫烟草地上部分干物质累积量均减少。正常供水条件下干物质累积量随着施钾量的增加而增加,施钾可降低茎/ 叶比值和叶脉/ 叶肉比值;而干旱胁迫下F2 处理烟草地上部分干物质累积量最高,施钾处理烟草的茎/ 叶比值和叶脉/ 叶肉比值增加。
2. 4 控制水分条件下烟草叶肉及叶脉组织含钾量
干旱胁迫下烟草叶肉组织中的含钾量明显高于正常供水处理的叶片;在同样的水分条件下,随着施钾量的增加,叶肉组织中含钾量也明显增加,说明增施钾肥可以提高叶肉组织中钾的含量,尤其是在正 常供水条件下。叶脉中含钾量与叶肉组织中含钾量结果有相同趋势(表3) 。
2. 5 控制水分条件下烟草叶肉细胞内钾的分布
表4 的结果表明,无论是正常水分条件下还是干旱胁迫下,烟草叶肉细胞中K+ 主要集中在液泡中,叶绿体和线粒中占有少量K+ ,而线粒体最少。在干旱胁迫下K+ 在液泡中的分布量随施钾量的增加而增加,线粒体中的分布量以F2 处理最高,叶绿体中K+ 的分布量则以F3 处理最高。在正常供水条件下,F2 处理的液泡中分布量最高,F3 处理的线粒体和叶绿体中K+ 分布量最高。叶肉细胞中的K+ 在3 个部位中分布的比例变化不同于含量的变化,干旱胁迫下液泡中K+ 所占比例比正常供水条件下减少,而线粒体与叶绿体中K+ 所占比例除F3处理的线粒体外,均比正常供水时有所增加。
2. 6 持续干旱处理下叶肉细胞中K+ 含量变化
持续干旱处理下,不同钾处理的液泡含K+ 量所占比例有相同的变化趋势,即随着土壤含水量的降低迅速上升,当土壤含水量降为17 %左右时达到最大,以后基本稳定,并呈弱的下降趋势, 其中以F1 、F3 处理变化较大(图1a) 。线粒体、叶绿体含K+ 量所占比例有相同的变化趋势与液泡的相反,随着土壤含水量的降低先迅速下降,当土壤含水量降为17 %左右时达到最小, 而在后期稍有升高(图1b、c) 。
3 讨论
植物生长受抑制、光合速率下降是干旱胁迫所产生的最明显的生理效应,而K+ 不仅对维持细胞膨压,促进植物生长有利,同时对植物在干旱胁迫下维持光合作用也有重要作用。这可能与K+ 在植物体内流动性最大及其在植物光合中的作用有关。由于K+ 流动性强,可在不同组织间进行再分配,这种再分配会受到不同组织间水分再分配的影响,同时也会改变水分的分配,而影响生长和发育,在烟草生长发育中K+ 在叶肉细胞内不同部位间的分配和含量高低也直接影响叶肉细胞代谢。
叶肉细胞内K+ 的分布结果表明,烟草叶肉细胞中K+ 主要集中在液泡中,叶绿体次之,线粒体占有量最少。液泡所含K+ 的总量是细胞内最大的,远远高于叶绿体和线粒体占有量,叶绿体K+ 所占比例要高于线粒体。因此液泡所分配的K+ 的比例的微弱变化,都会引起线粒体及叶绿体中K+ 所占比例明显变化。
长期在干旱胁迫下,烟草叶肉细胞中液泡所分配K+ 的量要低于长期在正常水分下生长的植株,而叶绿体体分配K+ 含量明显增加,线粒体增加相对较少。从相对比例看,线粒体含K+ 量在F1 、F2处理的干旱胁迫时高于正常供水处理,而F3 处理则明显低于正常供水处理;无论是干旱处理还是正常供水,F2 处理所占比例均低于F1 和F3 处理。由于K+ 可激活呼吸代谢中的丙酮酸激酶、磷酸果糖激酶、琥珀酸激酶、苹果酸脱氢酶等关键酶,调节呼吸代谢速度,因此适量施钾处理植株可能会减少呼吸消耗量;同时K+ 进入叶绿体间质,维持间质的碱性,有助于维持叶绿体膜两边的电势差,保证光合正常进行,并促进
电子在类囊体膜上的传递及光合磷酸化作用;还能使氧化态辅酶Ⅱ转变为还原态辅酶Ⅱ(NADPH) ,促进CO2 的同化。相对较多的K+ 进入叶
绿体将有助于维持干旱胁迫下光合作用的正常水平,这可能是干旱胁迫下适量施钾( F2) ,烟草获得相对较高产量的原因。干旱时叶绿体、线粒体分配K+ 含量增加有助于水分向它们所在区域
调配,从而保证干旱胁迫下光合及呼吸的正常进行,维持整株烟草的正常生理活动。同时,控制水分条件下烟草叶片光合速率和胞间CO2 浓度的变化证明,不施K+ 的烟草植株光合速率下降的主要原因是非气孔限制, 即叶肉细胞光合活性下降引起的;施钾植株光合速率下降的主要原因是气孔限制。说明干旱胁迫下,施钾可以减少叶肉细胞光合活性的下降;但钾对干旱下植物光合作用的影响还有许多问题有待进一步研究。
在持续干旱下,土壤水逐渐减少,叶肉细胞中K+ 的分布不同于控制土壤水分处理结果。液泡所占有的K+ 量趋向增加,而线粒体和叶绿体所占有的K+ 量趋于减少,但当土壤水降至17 %左右时,变化均趋于平缓,且液泡所占有的K+ 量有减少趋势,而线粒体和叶绿体所占有的K+ 量有增加趋势。液泡所占有的K+ 量初期升高,可能会降低水势而增强细胞吸水能力,后期则可引导水分由液泡向外流。
但干旱初期的这种结果可能是K+ 在细胞内的重新分配的结果,而不是根系吸收K+ 增加的结果,因为此时叶肉含K+ 量是在降低。无论是初期水分的内向移动还是后期的外向移动,都会影响细胞质中的
水分含量。由于原生质中自由水含量原本较低,因此这种水分的运动对原生质含水量的影响较大,但影响的方向如何,则有待深入研究。
范文四:水稻磷脂酰丝氨酸合酶+SUI1在烟草叶肉细胞中的定位
水稻磷脂酰丝氨酸合酶 在烟草叶肉细胞中的定位 SUI,
, 赵娟 康书静 饶玉春 邱振楠 徐杰 胡江 张光恒 曾大力 郭龙彪 钱前
, 朱丽
中 国 计 量 学 院 生 命 科 学 学 院 杭 州 中 国 水 稻 研 究 所 水 稻 生 物 学 国 家 重 点 实 验 室 杭 州 浙 江 师 范 大 学 化 学 与 生 命 科 学 学 院 浙 江 金 华 通 讯 联 系 人
, , Co lle e o Lie Science China J ilianUniversit H anzhou , , , , , , China State K e Labarator or Rice Bio lo China g f fg y g y y fg y
, N ational Rice Re s earch Institute H anou , , , , , , China Co lle e o e mistr and Lie Science s Zheianormal Universit zhChN g g f y fj g y J inhua , , , , , , China Corre s ondinauthor Email zhuli, , , caas ,cn-p g Abstract SUI , sui,, - Arobacteriumg Kewords SUI ,y 赵 娟 康 书 静 饶 玉 春 等 水 稻 磷 脂 酰 丝 氨 酸 合 酶 在 烟 草 叶 肉 细 胞 中 的 定 位 中 国 水 稻 科 学
摘 要 在 克 隆 水 稻 编 码 磷 脂 酰 丝 氨 酸 合 酶 的 短 穗 颈 基 因 的 基 础 上 利 用 方 法 分 别 构 建 了 端 和 端 两 种 SUI , 融 合 载 体 和 利 用 农 杆 菌 侵 染 烟 草 叶 片 的 方 法 观 察 蛋 白 在 烟 草 叶 肉 细 胞 中 的 瞬 时 表 达 情 况 结 果 显 示 定 位 于 质 膜 和 核 上 而 定 位 于 质 膜 和 核 膜 上 并 且 两 种 融 合 蛋 白 在 质 膜 上 的 分 布 都 是 不 连 续 的 由 于 端 融 合 可 能 改 变 了 目 标 蛋 白 的 折 叠 方 式 及 跨 膜 方 式 从 而 影 响 蛋 白 的 正 确 定 位 因 而 蛋 白
主 要 定 位 于 烟 草 叶 肉 细 胞 的 质 膜 和 核 膜 中
关 键 词 水 稻 亚 细 胞 定 位SUI , 中 图 分 类 号 文 献 标 识 码 文 章 编 号
目前水稻生产上所用的不育系普遍存在不同程 产量
度的包穗现象 穗部包裹在剑叶叶鞘中 阻碍受精过 水稻中已发现了多个节间长度变化突变体 长
穗 颈 基 因 程 制种时 需 喷 施 赤 霉 酸 促进穗EUI , ELONGATE D UP P ERMOST 颈伸长 这不仅增加种子生产成本 同时也会 加重编 码 细 胞 色 素 单 加 氧 酶 I N TER N OD E ,
催化 的 环 氧 化 作 用 介 导 降 穗发芽 降低种子质量 因此 对包穗机制的研
解 大量活性 的累积造成 究 将有助于降低 杂 交 制 种 成 本 和 提 高 杂 交 水 稻 的 突变体最上节间 eui
收 稿 日 期 修 改 稿 收 到 日 期
基 金 项 目 中 央 级 公 益 性 科 研 院 所 专 项 基 金 资 助 项 目 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目
浙 江 省 转 基 因 农 作 物 新 品 种 培 育 科 技 创 新 团 队 项 目
内切酶鉴定连接的 方 向 并 且 所 构 载 体 可 以 转 化 到 显著 伸 长 过 表 达 则 会 出 现 极 度 矮 秆 结 实 异 EUI
常等表 型 杨 蜀 岚 等 在 协 青 早 的 辐 射 群多个表达系统中进 行 基 因 分 析 为 研 究 者 带 来 了 极 体中发现了新 的 长 穗 颈 高 秆 突 变 系 其 长 穗 大的便利 eui,
颈高秆性状由一对 隐 性 基 因 控 制 并 将 该 基 因 定 位 在前期 的 工 作 中 我 们 通 过 组 培 诱 导 及 诱变于第 染色体 穗 颈 缩 短 突 变 体 对 外 施 不sui, 的方法获得了两个 不敏感的穗颈缩短突变 敏感 基因编码磷脂酰丝氨酸 合 酶 能 够I SU体 和 发现 该 基 因 编 码 一 个 磷 脂 酰 丝 sui-,, sui,-,
调控居间分生组织的发育进而对节间伸长和穗轴 氨酸合酶 基因突 变 后 通 过 影 响 细 胞 纵 向 伸 长 产 生 细胞的扩张起 到 关 键 作 用 突 变 体 会 产 生 sui, 穗颈缩短的突变表 型 对 水 稻 穗 颈 的 伸 长 具 有 重 要 穗颈缩短 株高变矮 结实率下降等表型 另 外 两 调控作用 为 了 进 一 步 明 确 其 生 物 学 功 能 本 研 个穗颈缩 短 基 因 也 分 别 被 定 位 于 第 染 色 体 和 第 究 分别构建了 端 端 融合载体 SUI ,
染色体 但目的基因均未克隆 和 利 用 绿 色 荧 光 蛋
磷脂酰丝 氨 酸 合 酶 广 泛 存 在 于 植 物 动 白在烟草中的瞬时表达来研究该基因的亚细胞定位 物 微生物中 在原核生物及酵母中催化 甘 油 情况 以进一步阐 明 该 基 因 在 水 稻 穗 颈 伸 长 过 程 中 二酯与丝氨酸合成 磷 脂 酰 丝 氨 酸 在 哺 乳 动 物 中 催 的作用方式
化磷脂酰 丝 氨 酸 在 卵 磷 脂 和 磷 脂 酰 乙 醇 胺 之 间 转
材料与方法 化 是合 成 磷 脂 酰 丝 氨 酸 等稀有磷脂的良好 工 具 酶 被 广 泛 应 用 于 医 药 及 食 试验材料 , ,
品生产 在细 菌 酵 母 哺 乳 动 物 中 的 研 究 较 草 烟由 浙 江 师 范 大 学 co bc Nitianataaum
陷 型 突 变 为深入 等 利用 酵 母 乙 醇 胺 缺提供 所用粳稻品种日本晴 为本 实 验 体分离出了酵母 基 因 并 对 基 因 及 其 产 P S S P S S 室 保存 载体 和 为中国科学院 物的分子结构进行 了 初 步 研 究 证 实 了 磷 脂 酰 丝 氨 上海生命科学研究院植物生理生态研究所滕胜研究 酸合酶是一个 膜 蛋 白 在 哺 乳 类 动 物 的 细 胞 中 有 员惠赠 载 体 构 建 所 用 试 剂 盒 定 向 克隆试两类 亚 型 和 缺 乏 其 中 一 种 亚 剂 盒 酶 混 合 物 购 自 型 不会对 小 鼠 的 生 存 造 成 影 响 而 同 时 缺 乏 两 种 公司 高 保 真 酶 购 自 则是致死的 证 明 小 鼠 组 织 需 要 磷 脂 酰 丝 氨 酸 的公司 各 种 限 制 性 内 切 酶 均 购 自 大 连
拟 南 芥 和 含量达到一定阈值 才 能 正 常 存 活 购 自 公 司 转 化 所 用 公司 胶回收试剂盒
烟草中过表达小麦磷脂酰丝氨酸合酶会引起磷脂酰 大肠杆菌感受态细胞及农杆根瘤菌感受态细胞由本 丝氨酸的大量累积 叶片出现坏死病斑 实验制备保存
绿 色 荧 光 蛋 白 引物设计与 扩增 , ,, PCR
作为一种荧光标记分子 在植物细胞瞬时 表 达 提取 日 本 晴 获 得 模 板 借 助 生 系统中 的 应 用 非 常 广 泛 能 够 与 目 标 蛋 白 融 物 软件 和 设计引物 合 在 波 长 的 激 光 照 射 下 发 出 绿 色 荧 表 参 照 试 剂 盒 说 光 并且相 对 于 传 统 的 转 基 因 体 系 利 用 构建明 在引物 端 加 个 碱 基 引 物 由 上 海 融合基因表达 载 体 通 过 真 空 渗 透 或 叶 片 注 射 等英潍捷 基 公 司 合 成 利 用 高 保 真 酶 分 方法在植物中进行亚细胞定位能够在短时间内高 别用 扩 增 日 本 晴 效检测目标蛋白在细胞 中 的 分 布 是 建 立 植 物 瞬 反 应 体 系 中 包 含
时表达系统的 优 先 选 择 但 是 传 统 的 载 体 构 建 方 法需要进行多次的酶切 连接反应 而且给引物设计 正 向 引 物 也带来 了 很 大 不 便 利 用 技 术 进 行 载 体 反 向 引 物
构建 只需要将目的基因克隆到入门载体上 就可以 在 型 仪 上 利用载体上特异的重组位点通过重组酶将目的基因 进行 扩 增 反 应 条 件 如 下 下 预 变 性 克隆到目标载体上 整 个 过 程 都 不 需 要 利 用 限 制 性 下 退 火 退 火 温 度 随 引 物 各 异
表 构 建 载 体 过 程 中 用 到 的 引 物 序 列,
Table , ,Markers used for carrier construction,
引 物名 称 引物 序 列 产物 退火 温 度
T
下 个 循 环 最 后 在 下 延 伸 扩结果与分析 增产物在 的琼脂糖凝胶中电泳分离 溴 水稻穗颈节间缩短基因 载体构建 , ,, GFP 化乙锭染色 紫外灯下观察 参照回收试剂盒说明回
根据亚细胞定位预测信息库 收目的片段 并由上海英潍捷基公司进行测序
的 预 测 结 果 蛋 白 在 端 没 载体构建, ,, GFP
有信号肽序列 与膜的结合 方 式 为 端 在 膜 内 的 多 入门载体构建 将 测 序 正 确 的 目 的 片 段 与 入 门
次跨膜结构 存在可识别的核定位信号 可能 载体 进行连 接 下 反 应 反 应 体
存在内质 网 定 位 信 号 根 据 上 述 信 息 为 了 系包含 平 末 端 产 物 盐 缓 冲
确定 蛋 白 的 亚 细 胞 定 位 情 况 我 们 分 别 构 建 液 载体 加 无 菌 水 至 取 连接
了 基 因 端 和 端 融 合 的 载 体 SUI 产物转化大肠杆菌感受态细胞 卡那霉素筛选 对转
端融合 和 端融 应 将 正 化子 质 粒 进 行 测 序 鉴 定 重 组 反合 以 基 因 的 全 序 列 为 模 板 设 计 SUI , 确的入门载体与目 的 载 体 进 行 连 接 反 应 体 系 包 含 引物 及 对目 的 基因 入 门 载 体 目 的 载 体 克隆酶反 全长 进 行 扩 增 表 参 照 定 向 应缓 冲 液 加 的 缓 冲 液 至 克隆 试 剂 盒 及 酶 混 合 物 重组酶冰 上 解 冻 后 快 速 涡 旋 次 重 试 剂 盒 说 明 首 先 构 建 了 载 体 的 组酶 加 入 上 述 重 组 体 系 下 反 应 或 过 两 个 入 门 克 隆 包 括 和 夜 之 后 加 蛋 白 酶 于 反 应 体 系 中 轻 轻 混 不 包 括 以 通 用 引 物 对获得的阳性匀 下 反 应 使 反 应 终 止 取 重组转化子进行双向测序 挑选序列完全 产物转化大肠 杆 菌 感 受 态 细 胞 经 卡 那 霉 素 筛 选 正确的入 门 克 隆 与 对 应 的 表 达 载 体 及 酶 切 鉴 定 后 将 正 确 重 组 的 载 体 转 化和 分 别 进 行 重 组 实 验 对 重 组 后 农杆菌感受态细胞备用 获得 的 和 阳 性 转
利用农杆菌介导法在烟草中表达 , , 化子 分 别 进 行 及 酶 切 检 测 验 证 载 体 的 正 确
取携带表达载 体 的 农 杆 菌 在 带 有 卡 那 霉 素 和 性 以启动子 序 列 为 模 板 设 计 引 物 与 利福平抗性的 平板上活化后 挑取单克隆菌落 扩 增 可 获 得 约 的 接种于带有卡那霉 素 和 利 福 平 抗 性 的 液 体 培 产物 与 扩 增 可 获 得 养基中 培 养 达 到 值 OD 约 的 产 物 图 和 双 酶 切 H ind Sac
后 获 得 两 个 片 段 而 下离心 收 集 菌 体 细 胞 加 入 重 悬 液
可获得 和 吗 啉 代 乙 磺 酸
个 片 段 酶 切 可 获 得 高温高压灭菌 乙酰丁 Sac
两 个 片 段 而 可 香酮 高温高 压 灭 菌 重 悬 至 值 为 OD
获得 和 个片段 图 下恢复 培 养 将 侵 染 液 注 射 入 烟 草 叶
在烟草叶肉细胞中的亚细胞定位 , ,, SUI, 片内 将 烟 草 植 株 放 置 在 光 照 黑 暗
将鉴 定 正 确 的 载 体 和 条件下 侵 染 之 后 用 激 光 共 聚 焦 扫 描 电 子 显 微
与 对 应 空 载 体 和 镜检测 信号
泳道 和 是以 为引 物 扩 增 目 的 载 体 和 泳 道 是 以 为 引 扩 增 目 的 载 体 物 图 载 体 扩 增 鉴 定, PCR
Fi,, ,Verification of vectors bPCR amlification, gyp
泳道 酶切 空 目 的 载 体 泳 道 酶 切 目 的 载 体 泳 道 酶 切 空 目 的 载 体 H in Sac H in Sac Sac
道 酶切 目 的 载 体 Sac 泳
H in Sac H in Sac Sac
Sac
图 载 体 酶 切 鉴 定,
Fi,,, Veification of vectos bestiction enzme diestion,rrrr gyyg
分别 进 行 农 杆 菌 转 化 鉴 定 正 确 后 用 于 相对较小 蛋 白 主 要 定 位 于 烟 草 叶 肉 细 胞 的 侵染烟草叶片 瞬时表达约 后利 用 激 光 共 聚质膜和核膜中 焦 蛋 白 中 存 在 多 次 跨 膜 结 构 可 能 扫描电子显微 镜 观 察 绿 色 荧 光 的 定 位 结 果是融合蛋白在质膜定位不连续的原因 图 对 超过 个 叶 肉 细 胞 的 观 察 结 果 显 示 融合蛋白讨论 主要定位于烟草叶肉细胞的质膜和细胞核 中 融 合 蛋 白 则 主 要 定 位 于 烟 草 叶 肉 细 胞的 质 膜 和 核 等 对 个 来 源 于 人 的 基 因 亚 膜 中 和 在 质 膜中均表现细胞进行定位 发 现 绝 大 部 分 定 位 于 线 粒 体 和 质 膜 为 不 连 续 分 布 图 而 对 照 在 质 上的蛋白通常都在 端具 有 信 号 肽 序 列 用 于 牵 引 膜中的分 布 则 较 均 匀 图 这 些 结 果 说 明 目的 蛋 白 进 入 线 粒 体 和 质 膜 因 此 端 融 合 会影
端融 合 可 能 产 生 错 误 的 蛋 白 折 叠 和 跨 膜 结 响蛋白正确 定 位 甚 至 没 有 定 位 信 号 酵 母 构 从而影响 蛋 白 的 正 确 定 位 而 端 融 合 的 影 响 个基因中 的基因定位结果符合前述 但定
空载 体 融合 蛋 白 定 位 空载 体 融合 蛋白 定 位 图 蛋 白 在 烟 草 叶 肉 细 胞 中 的 定 位, SUI,
Fi,, ,Subcellula localization of SUI, fusion otein in tobacco mesohll cells,rrp gpy
位于细胞壁 过氧 化 物 酶 体 及 内 质 网 的 蛋 白 通 常 具 肽序 列 个 蛋 白 端 和 端 融 合 后 定 位 结 果 不 有 端信号肽序 列 因 此 端 融 合 会 使 蛋 白 同 但均有 荧 光 信 号 其 中 一 个 蛋 白 结 构 预 测 有 定位出现错 误 对 激 酶 转 录 因 子 及 表 面 受 体 端信号肽 个蛋白 端 和 端 融 合 后 定 位 结 果 也 大类 个 蛋 白 进 行 端 及 端 亚 细 胞 定不同 位 结但 果 端 融 合 无 定 位 信 号 其 中 个 结 构 预 测 显示 个 端融合 的蛋白及 个 端 融 合 有 端 信 号 肽 一 个 预 测 有 端 有 信 号 肽 这 些 结
果说 明 端 对 蛋 白 定 位 的 影 响 概 率 要 大 于 端 的蛋白产生了定位信息 其中 个 蛋 白 端 和
而且不论信号肽序列在 端还是 端 个 端融合后定位结 果 一 致 蛋 白 结 构 预 测 没 有 信 号
现不育 矮化等表型 对花粉发育具有 动 态 调 整 氨基酸与 端融合后通常 会 产 生 第 一 次 折 叠 错 误
的折叠结构也会对 定 位 产 生 影 响 有 时 错 误 的 折 叠 作用 在花粉发育 过 程 中 主 要 定 位 于 细 胞 核 与 内 质 信息还会对 本身的功能产生影响 造成没 有 荧 网膜
光信号的结 果 而 端 融 合 则 基 本 不 会 出 现 这 种 本研究 结 果 显 示 融 合 蛋 白 现象 其原因 是 端 处 于 蛋 白 折 叠 的 尾 部 对 折 叠 和 融 合 蛋 白 均 定 位 于 烟 草 叶 肉
蛋 白 构 造 的 影 响 较 小 此 外 有 些 方式及 细胞的质膜上 融 合 蛋 白 在 烟 草 蛋白如 依赖 端的结 构 被 泛 素 化 降 解 端 叶肉细胞的核膜中也有定位 这一结果与酵母 拟南 融合蛋白质的降解 不 受 影 响 在 细 胞 内 的 表 达 水 平 芥 水 稻 等 的 研 究 一 致 融合蛋白在核中的定位不较低 而 端融合 泛素化 降 解 被 影 响 就 会 大 幅 提 集中在核膜而是分布于整 个细胞核 这 一 结 果 高 在细胞 内 的 表 达 量 为 了 明 确 的定表 明 端 融 合 可 能 产 生 错误的蛋白位情况 并综合考虑 端 端 的 影 响 本 研 究 分别 折叠 使 原 本 集 中 在 核 膜 上 的 蛋 白 分 散 于整个细 构 建 了 端 和 端 两 种 融 合 蛋 白 结 果 显 示 胞 核 此 外 端 融 合 可 能 对 的 跨
定 位 于 质 膜 和 核 而 定 位 于 膜结 构 有 一 定 的 影 响 图 显 示
质膜和核膜 结 构 预 测 端 没 有 信 号 肽 序 列 融合蛋白在质膜上表 现 为 明 显 的 不 连 续 分 布 但 端在跨膜结构的最前端处于膜内 因此 端融 而 的 不 连 续 状 态 则 不 是 非 常 明 合可能是改变了 目 标 蛋 白 的 折 叠 方 式 及 跨 膜 方 式 显 等 的 研 究 结 果 显 示 在 水 稻 根 从而影响蛋白的正确定位 细胞中只分布于质膜上 未见细胞核上的分布 这可
甘油二酯 在 哺 乳 动 物 中 可 以 合 成 磷 脂能与根细胞的生长状态相关 酰 拟南芥的研究结果显 肌 醇 磷 脂 酰 甘 油 还定位于内 质 网 膜 上 预 测 蛋示
心磷脂 在 酵 母 中 还白可能存在内质网定位信号 本研究获得的部分 可以作为磷 脂 酰 丝 氨 酸 的 合 成 前 体 对于细胞图片中除了质膜和 核 膜 外 其 他 细 胞 器 上 也 出 现 了 生长和凋 亡 有 重 要 的 作 用 主 要 分 布 在 细荧光信号 胞膜的 但不能 判 断 是 否 是 内 质 网 膜 或 是 其 他 细 内表面 其 次 是 线 粒 体 和 高 尔 基 体 等 在内质网中胞器 所用的研究材料和组织部位不同 可能也是产 合成后还可以转运到线粒体中脱羧转换 为磷 脂 酰 生差异 的 原 因 我 们 的 发 现 为 执 行 乙 醇 胺 生物学功能提供了 新 的 定 位 及 结 构 信 息 对 进 一 步
认识该基因在调节 花 粉 发 育 细 胞 伸 长 等 方 面 的 作 对于线粒体及 其 他 细 胞 器 的 结 构 和 功 能 起 重 要
作用 敲除编码 的基因 往 往 产 生 细 胞 溶 用具有重要意义解 胚 胎 下一步我们拟将目的载体转化水 致死效应 磷脂酰丝氨 酸 合 酶 家 族 在稻 细 对 转 基 因 水 稻 进 行 更 为 详 细 的 观 察 明 确 是否菌 酵母 哺乳动物及少数植物中都已检 测 到 在内质网膜或其他细胞器上也有定位
都能够催化 的 合 成 但 是 不 同 的 物 种 组 织 中 有 参考文献 所差别 在细菌 酵 母 及 少 数 植 物 如 菠 菜 等 中 的 是 利 用 甘 油 二 酯 和 丝 氨 酸 催 化 的 S H ORTE N E D UP P ERMOST I N TER NOD E , 合成 称为 在内 质网及少数高尔基 体 膜 中 活 动 丰 富 而 在 哺 乳 动 物 P lant Mo l Bio l 及部分植物 如蓖麻胚 乳 拟 南 芥 等 中 的 是 利
用磷 脂 和 丝 氨 酸 催 化 的 合 成 称 为 ic e Sci R在 质 膜 高 尔 基 体 及 内
质网中 都 很 活 跃 等 首 次 克 隆 了 一 Aric Sci Chinag
ELONGATED UP- 个小麦 基因 在 酵 母 和 烟 草 中 过 表 达 Ta P S S ,
P ERMOST I N TERNOD E 该基因都会造成磷 脂 组 分 的 改 变 表 明 酵 母 中 磷 脂 的 代 谢 通 路 在 一 些 植 物 中 同 样 存 在 P lant Ce ll 等 在 拟 南 芥 中 鉴 定 了 一 个 编 码 的 基 因 in sil ic o
敲 除 该 基 因 导 致 植 株 含 量 大 幅 降 低 出 P S S , EUI ,
P lant Mo l Bio l Genom Re s P lant Ce ll J P h io lStruct Funct Genom sy 杨蜀岚杨仁崔曲雪萍等水稻长穗颈高秆隐性基因eui, 的遗 传 及 其 微 卫 星 分 析 植物 学 报 N ature P lanta ComFunct Gen- p e s , Or om-p y za sativa J Inte r Aricgg
P lant Mo l Ce ll Bio l Biotechno l Re p
P S S Eur J Biochem J Bio l Chem Biochim Bio h s Acta py J Bio l Chem Triticum ae stivum CDS
Bio l Chem Sac charomc e s c erevi si- yJ
王锋 张春 雨 万里 川 等 光 激 活 荧 光 蛋 白 及 其 在 植 物 分 子 ae J Bio l Chem 细胞 生 物 学 研 究 中 的 应 用 植物 学 报 邢浩 然 刘丽 娟 刘国 振 植物 蛋 白 质 的 亚 细 胞 定 位 研 究 进 展 P H OS P HAT I DYL- 北 农 学 报 S ER I N E SYN T H ASE , 华
周丹 丹 俞 嘉 宁 植 物 细 胞 中 瞬 时 表 达 系 统 的 建 立 及 研 究 进 Arabido si s thal iana P lant Jp 中国 农 学 通 报 展 朱丽 胡江 颜美 仙 等 水稻 卷 窄 叶 突 变 相 关 基 因 OsCSLD 的 研究 及 表 达 分 析 核农 学报 E scherichia c o li P roc N at l
Acad Sci
范文五:水稻磷脂酰丝氨酸合酶SUI1在烟草叶肉细胞中的定位
://httwww.ricesci.cnp:/DOI10.3969i.ssn.1001G7216.2015.04.002j
,():中国水稻科学(ChinJRiceSci)2015,294343-349
343
水稻磷脂酰丝氨酸合酶SUI1在烟草叶肉细胞中的定位
2赵娟1, 康书静2 饶玉春3 邱振楠2 徐杰2 胡江2 张光恒2 曾大力2 郭龙彪2 钱前2
1中国计量学院生命科学学院,杭州3(10018;2中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室,杭州310006;3浙江师范大学化学与
?朱丽2,
:)生命科学学院,浙江金华321004;?通讯联系人,EGmailzhuli05@caas.cn
SubcellularLocalizationAnalsisofPhoshatidlserineSnthase(OsSUI1)inypyyTobaccoMesohllCellspy
1,2,2,3,2,2,2,2,ZuanKANGShuGinRuGchunQhenGnanXUJieHUJianZuanGhenHAOJAOYIUZHANGGjgggg2,2,2,2,?ZaGliGUOLonGbiaoQianZiENGDIANQHULg
Jinhua321004,China;?Corresondinuthor,EGmail:zhuli05@caasc.n)pga
3NationalRiceResearchInstitute,Hanzhou310006,China;ColleeohemistrndLieSciences,ZheianormalUniversitggfCyafjgNy,
1(ColleeoieScience,ChinaJilianniversitanzhou310018,China;2StateKeabaratororRiceBioloChinagfLfgUy,HgyLyfgy,
,KAN,R,ZHAOJuanGShuinAOYuchunetal.Subcellularlocalizationanalsisofphoshatidlserinesnthasejgypyy
(),,():OsSUI1intobaccomesohllcells.ChinJRiceSci2015294343G349.py
:AbstractSUI1encodesaphoshatidlserinesnthase.Anditsmutantsui1G1exhibitesashorteneduermostpyypp
,internodeandaartlheathedpanicle.OnthisbasistwovectorspMDC45GSOVTandpMDC201GSOVwerepys
,constructedbheGatewastemwhichresondstotheNGterminalandCGterminalfusionGFP.Toobservetheytysyp
subcellularlocalizationofSUI1,tobaccoleaveshavebeeninfectedbArobacteriumwithdestinationvectors.Theyg
,resultsshowedthatGFPGSUI1fusionproteinspositionedintheplasmamembraneandnucleuswhileSUI1GGFPwere
,localizedintheplasmamembraneandthenuclearmembrane.Moreoverthedistributionofthetwofusionproteins
werenotcontinuousintheplasmamembrane.WeseculatethatSUI1proteinwaslocalizedintheplasmamembranepandnuclearmembraneoftobaccoleafcellsbecausethetaretproteinfoldinndtransmembranemannermaeggayb
,chanedbheNGterminalfusionaffectinhecorrectpositionoftheprotein.gytgt
:;KeordsriceSUI1;subcellularlocalizationyw:赵娟,康书静,饶玉春,等.水稻磷脂酰丝氨酸合酶S中国水稻科学,UI1在烟草叶肉细胞中的定位.2015,29(4)
343G349.
摘 要:在克隆水稻编码磷脂酰丝氨酸合酶的短穗颈基因S利用GUI1的基础上,ateway方法分别构建了N端和C端两种
观察SGFP融合载体pMDC45GSOVT和pMDC201GSOV.利用农杆菌侵染烟草叶片的方法,UI1蛋白在烟草叶肉细胞中的瞬时表达情况,结果显示G而S并且两种融合蛋白在质膜上的FPGSUI1定位于质膜和核上,UI1GGFP定位于质膜和核膜上,分布都是不连续的.由于N端融合可能改变了目标蛋白的折叠方式及跨膜方式,从而影响蛋白的正确定位,因而SUI1蛋白主要定位于烟草叶肉细胞的质膜和核膜中.关键词:水稻;SUI1;亚细胞定位
()中图分类号:Q文章编号:755;S511
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