植物气孔运动过程中的信号转导机制
植物生长物质与细胞信号转导(细胞分裂素类)
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（二）脱落酸的代谢和运输
脱落酸的生物合成
脱落酸的合成部位：合成器官是根尖、成熟的花、 果实与种子等，细胞内合成ABA的主要部位是质体。 ABA的合成前体：甲羟戊酸(mevalonic acid， MVA)--直接途径，或叶黄素（xanthophyll）--间接 途径。 ABA的生物合成主要有两条途径： （1）15个碳原子的直接途径，由MVA合成而来 （2）40个碳原子的间接途径，由叶黄素 （xanthophyll）(一种加氧类胡萝卜素)裂解而来。
（4）增强植物的抗逆性 ABA常被称为胁迫激素，在各种逆境下，植物内源ABA水平 都会急剧地上升。 最典型的例子是叶片受干旱胁迫时，ABA迅速增加，引起气 孔关闭，减少水分散失，抗旱能力增强。 （5）促进脱落和休眠：促进叶柄、果实等器官的脱落。
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四、脱落酸的作用机制及信号转导
• 作用机制 • 在植物体内，ABA不仅存在多种抑制效应，还有多种促进 效应。在各种实验系统中，它的最适浓度可跨4个数量级(0.1～ 200μ mol·L-1)。对于不同组织，它可以产生相反的效应。例如， 它可促进保卫细胞的胞液Ca2+水平上升，却诱导糊粉层细胞的胞 液Ca2+水平下降。通常把这些差异归因于各种组织与细胞的ABA 受体的性质与数量的不同。ABA及其受体的复合物一方面可通过 第二信使系统诱导某些基因的表达，另一方面也可直接改变膜 系统的性状，干预某些离子的跨膜运动 。 • 脱落酸结合蛋白 • ABA含有α 与β 不饱和酮结构，能接受光的剌激而成为高度 活跃状态，容易与蛋白质中氨基酸的氢原子结合。 ABA结合蛋 白包含3个亚基，其分子量分别为19 300、20 200及24 300。在 高pH环境下，ABA与20 200多肽结合；在低pH环境下，ABA与其 他两种多肽结合。这种特性与ABA在碱性及酸性条件下都能引起 气孔关闭的生理作用吻合 。
植物气孔开放与光合作用调控机制的研究
植物气孔开放与光合作用调控机制的研究植物是地球上最重要的生物之一，它们可以通过光合作用将二氧化碳转化为氧气和有机物质，为地球的生态环境做出了巨大贡献。
而植物能够进行光合作用的关键在于它们的叶片能够通过气孔调控CO2和水的交换，将光能转化为化学能。
本文将从气孔开放与光合作用调控机制的研究入手，探讨植物如何调控气孔的开放和关闭，以及如何实现高效的光合作用。
一、植物气孔开放与关闭的机制气孔是植物体内负责气体交换的孔道，主要由两个相对的保卫细胞组成，它们通过膨胀或收缩的方式控制气孔的开放和关闭。
气孔的开放与关闭是由多种生理信号共同作用而形成，其中最为核心的生理过程是保卫细胞的质壁比和细胞内的离子浓度。
保卫细胞的质壁比是一个非常重要的调控机制，质壁比的大小决定了保卫细胞膨胀和收缩所需要的能量，约束了气孔开放和关闭的过程。
质壁比的变化受到多种激素和外界因素的影响，例如脯氨酸、赤霉素、ABA和ET等。
其中ABA是气孔关闭的主要激素，它通过与质膜上的受体结合，调节离子转运蛋白的活性，从而改变保卫细胞质壁比，使气孔逐渐关闭。
除了影响保卫细胞质壁比的激素外，细胞内的离子浓度也是气孔开放和关闭的关键因素。
保卫细胞内有大量的离子通道和转运蛋白，它们能够调节细胞内外的电位差和离子浓度差，从而影响气孔的开放和关闭。
其中最为重要的是K+通道和Cl-通道，它们能够承担细胞内的阳离子和阴离子调节气孔开放的任务。
一些植物能够通过调节离子通道和受体的活性，实现对气孔开放和关闭的快速调节，如油菜中的Ca2+/CAM信号转导通路就是其中之一。
二、光合作用调控机制的研究气孔开放和关闭直接影响着植物中的CO2浓度，进而影响光合作用的效率。
而光合作用的调控机制与气孔开放和关闭密切相关，它能够通过调节光合作用酶的活性和基因表达，实现对光合作用速率的调节。
光合作用中最为关键的酶是固碳酶，它基本上是植物体内CO2固定的唯一通路。
植物能够通过调节固碳酶的活性和蛋白表达量，来适应不同的光照强度和CO2浓度。
第六章 信号转导--第二信使-案例
受 体
G 蛋 白
效 应 器
第 二 信 使
靶 酶 或 调 节 因 子
基因 表达 调控
长期 生理 效应
短期 生理 效应
跨膜信号传导
胞内信号传导
二、跨膜信号转换机制
1、受体（receptor）
2、G蛋白 偶联蛋白或信号转换蛋白接受 传导 反应 Nhomakorabea受体
激素 细胞壁
胞质 质膜
1、受体与信号的感受
• 受体(receptor) 是指在细胞质膜上或亚细胞组分中能与
……
生理反应
研究第二信使的方法
药理学实验
清除剂/抑制剂 激活剂
生理学实验
信号分子
水平测定
功能分析
分子遗传学
定性/定位 定量
三、胞内信号的转换
第二信使系统(second messengers)
将胞外刺激信号称作第一信使，由胞外信号激活或抑 制、具有生理调节活性的细胞内因子称第二信使。 （1）. 钙信号系统 （2）. 肌醇磷脂信号系统 （3）. 环核苷酸 cAMP信号系统
保卫细胞中的细胞骨架
1 →3: from open to close 5 →7: from close to open
知识拓展---气孔运动信号转导
Munemasa S, Hauser F, Park J, Waadt R, Brandt B, Schroeder JI. Mechanisms of abscisic acid-mediated control of stomatal aperture. Curr Opin Plant Biol. 2015, 28:154-62
4
3.活化的α亚基继而 触发效应器(如磷酸脂 酶C) 把胞外信号转换 成胞内信号
植物叶片气孔导度的测定
一、关于结果、结论
1.记录实验结果（数据） 2.材料的渗透势 ψ＝－CRT
R气体常数＝0.0083（MPa·l/mol·k） T绝对温度（273+t℃） C溶液浓度
读数为渗透浓度M，单位：mOsm（ mmol/kg） C （ ≈ mmol/L）
3.水势、渗透势为负值，单位为Mpa
4.结论
所测小麦第…片叶的水势为…Mpa 所测小麦第…片叶的渗透势为…Mpa
2.实验完成后，请认真清洗整理所 有实验用品。
感谢同学们的合作！
钾离子与ABA对气孔开度的影响 植物叶片气孔导度的测定
钾离子与ABA对气孔开度的影响
气孔的形态结构及生理特点
• 不均匀加厚的细胞壁 • 微纤丝的排列方式 • 保卫细胞体积小，膨压变化迅速 • 保卫细胞具有多种细胞器 • 成熟保卫细胞与周围细胞间没有
40x物镜下，目镜测微 尺1小格=2.5μm
结果分析、讨论
植物叶片气孔导度的测定
实验目的
学习和掌握植物叶片气孔导度测定的 原理、方法和意义。
实验原理
气 孔 的 开 度 可 以 通 过 气 孔 导 度 gs （ stomatal conductance）这一参数来描述。气孔导度 指CO2气体、水蒸气通过气孔进出植物叶片 的速率。反映气孔对水蒸气、CO2气体的传 导度，其单位为mmol m-2 s-1。
注意暗处理的材料制片后立即观察， 不可长时间暴露在光下。
实验结果
观察比较不同处理的表皮气孔的开闭 情况，在40x物镜下测量不同处理的气孔孔 径，每个处理至少测量10个孔径（选择有 代表性的,测量内径），记录结果，计算平 均数、标准差，并绘制统计图。
注意暗处理的材料制片后立即观察， 不可长时间暴露在光下。
植物生理学四川农业大学版课后问题详解
植物生理学合生第二版绪论至第六章课后题绪论:1. 什么是植物生理学？植物生理学研究的容和任务是什么？答：植物生理学是研究植物生命活动规律及其相互关系，揭示植物生命现象本质的科学。
P1容：细胞生理、代生理、生长发育生理、信息生理、逆境生理、分子生理（及其生产应用）。
P2任务：研究和了解植物在各种环境条件下进行生命活动的规律和机制，并将这些研究成果应用于植物生产。
P22. 植物生理学是如何诞生和发展的？从中可以得到哪些启示？答：孕育：1627年荷兰学者凡•海尔蒙做柳枝盆栽称重实验开始，19世纪40年代德国化学家比希创立植物矿质营养学，约400年；p2诞生：至1904年《植物生理学》出版（半个世纪）;p3发展：于20世纪进入快速发展时期。
P4启示：3. 21世纪植物生理学发展趋势如何？答：①.与其他学科交叉渗透，微观与宏观相结合，向纵向领域拓展；p5②.对植物信号传递和转导深入研究，（将为揭示植物生命活动本质，调控植物生长发育开辟新的途径）;p6③.物质代和能量转换的分子机制及其基因表达调控仍将是研究重点；p6④.植物生理学和农业科学技术的关系更加密切。
P74. 如何看待中国植物生理学的过去、现在和未来？答：中国古代人民在生产实践中总结出许多有关植物生理学的知识。
我国现代植物学起步较晚，由于封建体制的限制。
新中国成立后，中国的植物生理学取得了很大的发展。
现在在某些方面的研究已经进入了国际先进水平。
P6 p75. 如何理解“植物生理学是合理农业的基础”？答：植物生理学的每一次突破性进展都为农业生产技术的进步起到了巨大的推动作用。
P7.6. 怎样学好植物生理学？答：①•必须有正确的观点和学习方法；②.要坚持理论联系实际。
（二）写出下列符号的中文名称ER:质网RER:粗糙型质网SER:光滑型质网rDNA:核糖体DNA mRNA:信使RNAtRNA:转运RNArRNA:核糖体RNArRNA聚合酶: RNA聚合酶第一章、植物细胞的亚显微结构和功能（一）名词解释真核细胞：体积较大，有核膜包裹的典型细胞核，有各种结构与功能不同的细胞器分化，有复杂的膜系统和细胞骨架系统存在，细胞分裂方式为有丝分裂和减数分裂。
植物中气孔运动的调控和机制研究
植物中气孔运动的调控和机制研究气孔是植物表面的通道，能够调节气体交换和水分蒸发，对于植物的生长发育和环境适应具有重要的作用。
气孔的开闭是由气孔两侧的成对肾形细胞所控制，这些细胞的伸缩运动直接影响气孔通道的开闭，从而调节植物体内的气体交换和水分利用。
植物中气孔运动的调控和机制在生物学领域一直是一个热门的研究方向。
近年来，研究人员通过组成分析、基因表达分析、生物化学分析等方法，取得了许多关键性的研究进展，对于揭示气孔在植物生长发育和逆境适应中的机制具有重大意义。
植物中气孔运动的调控气孔能够通过调节肾形细胞的细胞壁弹性变形来伸长或缩短，从而影响气孔通道的大小。
这种细胞壁弹性变形主要由细胞的糖胞质酸化或碱化、细胞壁的酸碱作用、细胞膜的离子通道等信号通路所调控。
在植物细胞中，钾离子起着重要的调控作用。
钾离子在气孔肾形细胞内外分布不均，形成了高钾、低钾的梯度，这种梯度可以通过细胞膜上的离子通道来控制。
当细胞内钾离子浓度升高时，均质液压力增大，肾形细胞伸长，气孔通道扩大；当细胞内钾离子浓度下降时，均质液压力下降，肾形细胞收缩，气孔通道缩小。
这表明，钾离子在气孔开闭的调控中起着重要的作用。
除了离子通道外，植物中还存在其他的信号通路对气孔运动进行调控。
例如，气孔收缩可以受到ABA（脱落酸）的调节，这种植物内源性激素能够在环境逆境下诱导气孔收缩，从而减少水分的蒸发。
此外，光信号、温度等环境因素也能够通过复杂的信号通路对气孔开闭进行调控。
植物中气孔运动的机制研究植物中气孔运动的机制研究主要集中在肾形细胞细胞壁的分子机制、离子通道的功能和信号通路的调控等方面。
细胞壁分子机制的研究主要探讨肾形细胞的细胞壁松弛和紧张机制。
研究表明，植物中的纤维素、半纤维素等细胞壁成分具有弹性，可以通过不同的化学调节来影响其弹性指数和体积弹性模量，从而影响细胞壁的形态和气孔通道的开闭状态。
离子通道的研究主要集中在肾形细胞细胞膜上的离子通道，例如，KAT1、MscS等通道在气孔开闭中起着重要的作用。
植物生理学简答题整理
1. 简述水分在植物生命活动中的作用。
(1)水是植物细胞的主要组成成分；(2)水分是植物体内代谢过程的反应物质。
水是光合作用的直接原料, 水参与呼吸作用、有机物质的合成与分解过程。
(3)细胞分裂和伸长都需要水分。
(4)水分是植物对物质吸收和运输及生化反应的溶剂。
(5)水分能使植物保持固有姿态。
(6)可以通过水的理化特性以调节植物周围的大气温度、湿度等。
对维持植物体温稳定和降低体温也有重要作用。
2.简述影响根系吸水的土壤条件1.土壤中可用水量: 当土壤中可用水分含量降低时, 土壤溶液与根部细胞间的水势差减小, 根系吸水缓慢2.土壤通气状况: 土壤通气状况不好, 土壤缺氧和二氧化碳浓度过高, 使根系细胞呼吸速率下降, 引起根系吸水困难。
3.土壤温度：低温不利于根系吸水, 因为低温下细胞原生质黏度增加, 水分扩散阻力加大；同时根呼吸速率下降, 影响根压产生, 主动吸水减弱。
高温也不利于根系吸水, 土温过高加速根的老化进程, 根细胞中的各种酶蛋白高温变形失活。
4.土壤溶液浓度: 土壤溶液浓度过高引起水势降低, 当土壤溶液水势与根部细胞的水势时, 还会造成根系失水。
3、导管中水分的运输何以能连续不断？由于植物体叶片的蒸腾失水产生很大的负净水压, 将导管中的水柱向上拉动, 形成水分的向上运输；水分子间有相互吸引的内聚力, 该力很大, 可达20 MPa以上；同时, 水柱本身有重量, 受向下的重力影响, 这样, 上拉的力量与下拖的力量共同作用于导管水柱, 水柱上就会产生张力, 但水分子内聚力远大于水柱张力。
此外, 水分子与导管或管胞细胞壁纤维素分子间还具有很大的附着力, 因而维持了导管中水柱的连续性, 使得导管水柱连续不断, 这就是内聚力-张力学说。
4. 试述蒸腾作用的生理意义。
答: (1)是植物对水分吸收和运输的主要动力。
(2)促进植物对矿物质和有机物的吸收及其在植物体内的转运。
(3)能够降低叶片的温度, 以免灼伤。
现代植物生理学重点课后题答案
第一章植物细胞的亚显微结构和功能一、名词解释流动镶嵌模型与单位膜模型一样，膜脂也呈双分子排列，疏水性尾部向内，亲水性头部朝外。
但是，膜蛋白并非均匀地排列在膜脂两侧，而是有的在外边与膜脂外表面相连，称为外在蛋白，有的嵌入膜脂之间甚至穿过膜的内外表面，称为内在蛋白。
由于膜脂和膜蛋白分布的不对称，致使膜的结构不对称。
膜具有流动性，故称之为流动镶嵌模型。
共质体也叫内部空间，是指相邻活细胞的细胞质借助胞间连丝联成的整体。
质外体又叫外部空间或自由空间，是指由原生质体以外的非生命部分组成的体系，主要包括胞间层、细胞壁、细胞间隙和导管等部分。
二简答题1.原核细胞和真核细胞的主要区别是什么？原核细胞低等生物（细菌、蓝藻）所特有的，无明显的细胞核，无核膜，由几条 DNA 构成拟核体，缺少细胞器，只有核糖体，细胞进行二分体分裂，细胞体积小，直径为1~10μm 。
真核细胞具有明显的细胞核，有两层核膜，有各种细胞器，细胞进行有丝分裂，细胞体积较大，直径 10 ～100μm 。
高等动、植物细胞属真核细胞。
2、流动镶嵌模型的基本要点，如何评价。
膜的流动镶嵌模型有两个基本特征：（1）膜的不对称性。
这主要表现在膜脂和膜蛋白分布的不对称性。
①膜脂在膜脂的双分子层中外半层以磷脂酰胆碱为主，而内半层则以磷脂酰丝氨酸和磷脂酰乙醇胺为主；同时不饱和脂肪酸主要存在于外半层。
②膜蛋白膜脂内外两半层所含的内在蛋白与膜两侧的外在蛋白其种类及数量不同，膜蛋白分布不对称性是膜功能具有方向性的物质基础。
③膜糖糖蛋白与糖脂只存在于膜的外半层，而且糖基暴露于膜外，呈现出分布上的绝对不对称性。
（2）膜的流动性①膜蛋白可以在膜脂中自由侧向移动。
②膜脂膜内磷脂的凝固点较低，通常呈液态，因此具有流动性，且比蛋白质移动速度大得多。
膜脂流动性大小决定于脂肪酸不饱和程度，不饱和程度愈高，流动性愈强。
3、细胞壁的主要生理功能（1）稳定细胞形态和保护作用（2）控制细胞生长扩大（3）参与胞内外信息的传递（4）防御功能（5）识别功能（6）参与物质运输4、“细胞壁是细胞中非生命组成部分”是否正确？为什么？不是。
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植物气孔运动过程中的信号转导机制作者：孙丽， 吴忠义， 李学东， 于荣， SUN Li， WU Zhong-Yi， LI Xue-Dong， YU Rong作者单位：孙丽,李学东,于荣,SUN Li,LI Xue-Dong,YU Rong(首都师范大学生命科学学院,北京,100037)， 吴忠义,WU Zhong-Yi(北京市农林科学院北京农业生物技术研究中心,北京,100090)刊名：植物生理学通讯英文刊名：PLANT PHYSIOLOGY COMMUNICATIONS年，卷(期)：2006,42(6)被引用次数：8次1.安国勇;宋纯鹏;张骁过氧化氢对蚕豆气孔运动和质膜K+通道的影响[期刊论文]-植物生理学报 2000(05)2.陈玉玲;肖玉梅;王学臣保卫细胞钙信号的研究进展[期刊论文]-植物学通报 2003(02)3.黄荣峰;王学臣微管在气孔运动中的作用 19974.匡逢春;萧浪涛;夏石头脱落酸对植物气孔运动的调控作用[期刊论文]-植物生理学通讯 2003(03)5.刘贯中;陈珈钙依赖蛋白激酶(CDPKs)在植物钙信号转导中的作用[期刊论文]-植物学通报 2003(02)6.刘璞;陈珈植物激素脱落酸的信号转导[期刊论文]-植物生理学通讯 2000(02)7.吕东;张骁NO可能作为H2O2的下游信号介导ABA诱导的蚕豆气孔关闭[期刊论文]-植物生理与分子生物学学报2005(01)8.权宏;施和平;李玲脱落酸诱导气孔关闭的信号转导研究[期刊论文]-植物学通报 2003(06)9.史刚荣植物干旱胁迫下气孔关闭的信号转导[期刊论文]-生物学通报 2003(11)10.孙大业;郭艳林;马力耕细胞信号转导 200111.肖玉梅;陈玉玲;黄荣峰;陈珈 王学臣拟南芥保卫细胞微丝骨架的解聚可能参与了细胞外钙调素诱导的气孔关闭[期刊论文]-中国科学c辑 2004(02)12.薛绍武;杨频;裴真明植物保卫细胞离子通道在气孔运动中的作用[期刊论文]-植物生理学通讯 2004(04)13.Assmann SM;Baskin TI The function of guard cells does not require an intact array of cortical microtubules[外文期刊] 1998(319)14.Blatt MR;Grabov A Signal 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