植物凯氏带形成分子机制及功能特点的研究进展

凯氏带位于被子植物初生根内皮层细胞,环绕细胞1周,是与质膜紧密结合的非极性带状增厚结构。凯氏带作为植物根中离子径向运输障碍,调节离子的质外体吸收途径,迫使土壤中的离子通过内皮层细胞膜,选择性地进入中柱。凯氏带发现于1865年,但直至拟南芥凯氏带蛋白的发现和凯氏带阻滞作用物质基础被揭示,凯氏带的形成机理和功能才逐渐为人们所认知。凯氏带的物质基础为木质素,其形成需要由凯氏带蛋白和受体激酶组成的合成平台。细胞内部的木质素单体经ABCG载体运输到凯氏带的形成区,经ESB1dirigent蛋白、RBOHF氧化酶和PER64过氧化物酶等催化,合成木质素。该文对近年来国内外有关凯氏带形成的分子机制和功能特点方面的研究进展进行综述,为进一步理解和解析凯氏带的形成机理和功能提供参考。

植物凯氏带的研究进展

凯氏带是植物内皮层细胞径向壁和横向壁的带状增厚部分 ,近年来对其细微结构、化学成分、生理功能以及在植物体的存在部位等方面的研究工作已成为国内、外的研究热点。本文就凯氏带上述诸方面的研究进展 ,作一详尽的论述 ,同时还着重对凯氏带研究的新方法和新技术作了评述。

植物内皮层凯氏带及其在抗盐胁迫中的作用

内皮层凯氏带是植物根中水分和离子径向运输的屏障。由于内皮层凯氏带的精细结构及化学性质等方面的研究难度较大,因此多年来进展缓慢。随着显微技术和鉴定方法的不断改进,对凯氏带的结构和功能的研究得以深入,但对其发育、化学成分及与抗盐胁迫的关系方面的报道还不多见。本文就凯氏带的结构发育、化学组成以及其在抗盐胁迫中的作用进行了综述,以期为内皮层凯氏带功能的进一步研究提供新的思路。

华山松根与针叶凯氏带的比较研究

应用冰冻切片、酶解分离、荧光显微技术和傅里叶红外光谱分析 FTIR 等手段,对华山松初生根和针叶内皮层凯氏带进行了分离、显微结构特征和化学成分的比较.研究结果表明:针叶凯氏带的 网格 结构比较整齐,大小较一致,排列也较规则,同时在 网格 的纵向壁上具有明显的初生纹孔场.而初生根凯氏带网状结构的大小、排列均不规则,在其 网格 的纵向壁上的初生纹孔场不明显.根据FTIR的检测结果显示:初生根凯氏带中木栓质和木质素的含量均高于针叶,而纤维素的含量则明显低于针叶;两者细胞壁蛋白的含量基本相同.本文的研究结果为深入探讨植物地下部分和地上部分凯氏带的生理功能提供新的佐证.

植物根内皮层凯氏带染色的小檗碱-苯胺蓝对染法

介绍了一种能观察到植物根内皮层凯氏带精细结构的小檗碱-苯胺蓝对染法。

松科10属植物叶子内皮层具有凯氏带的新证据

本文应用荧光显微技术,结合检测凯氏带的特异染料小檗碱和甲苯胺蓝对染方法,对松科10属13种植物叶子的冰冻切片进行了观察,确认在松科的10属植物叶子中均有内皮层凯氏带加厚,纠正了前人关于在松科植物某些属的叶子中不存在凯氏带的结论。根据内皮层细胞排列模式和凯氏带加厚程度,我们将松科的10属分成两大类。通过酶解分离我们得到典型的凯氏带网状结构,说明其能够抵御酶解,其原因可能是成份含木质素和木栓质。

一种小扁豆内皮层及凯氏带的观察方法

用普通显微镜对幼根石蜡切片观察时,内皮层及凯氏带图像缺乏三维显示效果,为此提出一种获得小扁豆内皮层及凯氏带三维显示效果图像的方法。利用石蜡制片技术和普通光学显微镜获得小扁豆内皮层及凯氏带的数码照片,用word软件对这种二维平面图像进行光学信息解析,即可获得具有三维立体效果的解剖学图像。结果表明,小扁豆内皮层及凯氏带的二维平面图像经光学信息处理后,可获得具有三维立体效果的、类似扫描电镜的数码照片,能清楚地观察到小扁豆的内皮层及"凯氏带"结构,并发现二维平面图像中的所谓"凯氏带",是由内皮层细胞的原生质体在制片过程中脱水收缩形成,不是真正的"凯氏带"结构。普通光学显微镜的成像光及其数码照片中蕴含着大量的、有关成像物体的三维结构和化学成分等信息,这些丰富的光学信息目前尚未能进行深入解析。

大豆初生根凯氏带对铜离子的通透性

采用在根内生成有色铜沉淀的方法研究大豆(Glycine max)初生根凯氏带对铜离子的通透性。用真空泵抽取浓度为200μmol·L–1的CuSO4溶液进入根中,然后在重力作用下从根基部灌注400μmol·L–1的K4[Fe(CN)6]溶液,两种物质在根内相遇即可产生棕色的Cu2[Fe(CN)6]沉淀,根据沉淀的位置来确定铜离子所经过的途径。结果表明:Cu2+可以穿过内皮层凯氏带,在木质部导管壁以及凯氏带至木质部之间的细胞壁处产生棕色沉淀,侧根发生的部位也产生了大量的沉淀;当抽取K4[Fe(CN)6]溶液后再灌注CuSO4溶液,发现Cu2+仍然可以穿过凯氏带,并在凯氏带外侧以及外皮层细胞的细胞壁处产生棕色沉淀。研究结果证明凯氏带并不是一个可以完全阻止离子进出的完美屏障。

木贼类营养器官凯氏带类型的新观察

该研究用石蜡切片法比较观察了5种木贼科植物营养器官的内皮层及凯氏带,首次报道了2层内皮层及其凯氏带的形态特征及分布规律,并讨论各种类型的凯氏带及其与厚壁组织的协作防御机制。结果表明:(1)5种木贼的地下茎和根都只有1条凯氏带,其中4种木贼的地上茎有2条凯氏带。(2)木贼类营养器官具有3种凯氏带类型,即2层公共内皮层上各具有1条凯氏带、1层散生内皮层上的1条凯氏带、1层公共内皮层上的1条凯氏带。(3)木贼类地下茎和根都有发达的厚壁组织或致密的表皮。(4)问荆地上茎外侧内皮层具有复合内皮细胞。研究认为,木贼类植物凯氏带数量不能作为分类的依据;地下茎和根虽然只有1条凯氏带,但地下部分都有发达的厚壁组织或(和)与其紧密相连的表皮,推测厚壁组织或(和)表皮可能具有与凯氏带相同的功能;3种类型凯氏带的防御能力由强到弱依次是:2层公共内皮层上的凯氏带>1层散生内皮层上的凯氏带>1层公共内皮层上的凯氏带。

淹水胁迫对小白菜幼苗根系生长、生理及凯氏带的影响

采用双因素随机区组设计研究了淹水胁迫对小白菜幼苗根系生长、生理及凯氏带的影响。结果表明:淹水5、10和15d时,虽然4个小白菜品种根系的生长均受到淹水胁迫的抑制,但都未死亡,说明它们皆具有一定的淹水胁迫耐性。在淹水10和15d时,4个小白菜品种根系的LDH和PAL活性均显著高于对照,且在根的成熟部位(距根的最先端3cm处)内皮层均形成了凯氏带,说明它们的根系不仅增强无氧呼吸来抵抗淹水胁迫,还提高PAL活性形成凯氏带来适应淹水胁迫。恢复5d时,4个小白菜品种的根系ADH、LDH、PAL活性和根系活力比淹水15d时均有所恢复,根的幼嫩部位(距根的最先端1cm处)凯氏带消失。

植物对重金属的吸收和转运途径及调控机制研究进展

论述了重金属进入植物根表皮层的途径,通过共质体与质外体水平运输的短程运输途径,以及木质部与韧皮部进行装卸的长程运输途径。共质体途径对重金属离子的转运速度慢,而质外体途径转运重金属离子的迁移阻力小、速率快。细胞壁吸附解析作用是影响重金属离子通过细胞质外体途径传入根木质部的内因,但根系皮层内凯氏带及软木脂发育,构成质外体屏障,能阻断重金属离子向木质部迁移的质外体途径。植物蒸腾作用及根压为木质部重金属离子的长距离运输提供驱动力,和植物的蒸腾速度有关。植物对重金属解毒与耐性的机理主要是诱导植物产生金属硫蛋白、胁迫植物形成植物螯合肽(PCs)和液泡对重金属的区域化作用。

植物凯氏带化学成分、生理功能及相关调控机制的研究进展

凯氏带是一种环绕在内皮层细胞径向壁和横向壁上的木质化和木栓化带状增厚结构.凯氏带作为一种保护性屏障,不仅可以调节物质和水分在维管束与皮层细胞之间的渗透性流动,而且在抵御盐胁迫、生物胁迫以及营养物质的选择性吸收等方面也发挥重要作用.随着近年来生物化学分析技术及遗传学研究方法的发展,凯氏带的相关研究取得了极大进展.本文简要概述了凯氏带在植物体内的组织结构、化学组成和发育过程,并重点对凯氏带生理功能、重要调控基因及其相关调控机制等方面的最新进展进行了总结,以期为凯氏带的深入研究和开发利用提供参考.

植物根内皮层分化及其可塑性研究进展

植物的根从土壤中吸收水分和养分,并将其运输至地上部供植物生长发育所需。内皮层是包围根部维管系统的最内层的细胞层,其分化而产生凯氏带和木栓层2个重要的质外体屏障。其中,木栓层近年被发现其在植物水分、养分根部径向运输的意义甚至不亚于凯氏带。内皮层分化在植物响应广泛的非生物胁迫和生物胁迫的过程中也起到至关重要的作用,特别内皮层中的凯氏带和木栓层通过自身的改变来响应环境变化,以提高对环境的适应力。因此,本文综述了近年来内皮层分化可塑性的最新研究进展,重点阐述了凯氏带和木栓层与环境胁迫、矿质元素吸收,以及生物胁迫的关系,以期为内皮层的可塑性在植物生理功能调控的理论与实践中提供参考。

植物细胞壁组织化学定位染色方法和技术的比较研究

利用光学和荧光显微镜比较研究几种植物细胞壁组织化学定位染色方法和技术,结果表明:(1)硫酸消化法和硫酸氢黄连素—苯胺兰对染法研究凯氏带,对取材时间和部位要求高,建议两种方法配合使用,可相互印证是否具凯氏带;(2)苏丹7B染色法,蓝色激发光下不染色和硫酸氢黄连素—苯胺兰对染研究细胞壁栓质层3种方法中,不染色蓝色激发光下结果比苏丹7B染色法敏感显色,但苏丹7B染色法在普通光学显微镜下观察较为便捷;(3)木质化细胞壁染色方法中硫酸氢黄连素—苯胺兰对染法比间苯三酚—盐酸染色法易显色观察;(4)甲苯胺兰快速染色细胞壁取代常规苏丹Ⅲ/Ⅳ法,细胞边界和层次更清楚。

植物根的内皮层结构与生理功能

文章介绍了有关根内皮层的结构、化学组成及其对根部物质输送过程的影响和调控机理的研究进展。

废弃铅锌矿复耕栽桑14年后桑树的镉富集特征

【目的】揭示废弃铅锌矿区复耕后重金属镉在土壤—桑树体系中的转移累积特征。【方法】以废弃的小型铅锌矿区复耕14年的果叶兼用桑园为研究对象,测定桑园内土壤总镉、有效镉含量以及种植的桑树叶片、枝条皮部、枝条木部、茎干皮部、茎干木部、粗根皮部、粗根木部和细根等8个组织器官的镉含量,分析了镉在桑树各组织器官富集和转运的能力。【结果】(1)桑树全株镉的累积量在根系、枝干和叶片上的分配比例约为12∶5∶3。(2)桑树各组织器官的镉浓度差异表现为:细根>枝条皮部>茎干皮部>粗根皮部>叶片>粗根木部>茎干木部>枝条木部,镉含量分别为0.21、0.13、0.11、0.10、0.09、0.04、0.03和0.01 mg/kg,桑树细根和茎干木部镉浓度存在显著性差异,其余组织器官之间差异不显著。(3)桑树各组织器官的镉富集能力表现为:细根>枝条皮部>茎干皮部>叶片>粗根皮部>粗根木部>茎干木部>枝条木部,富集系数分别为1.04、0.87、0.70、0.56、0.53、0.23、0.16和0.08。(4)镉从细根转运到各组织器官的能力表现为:枝条皮部>茎干皮部>叶片>茎干木部>枝条木部,转运系数分别为0.62、0.54、0.41、0.13和0.07。(5)较低的土壤有效镉含量有利于桑树对镉的富集转运。【结论】细根是桑树吸收和富积镉的主要部位,皮部是桑树镉迁移的主要途径。

类短命植物阿尔泰独尾草的解剖学研究

通过常规石蜡切片法,对类短命植物阿尔泰独尾草的根、茎、叶、花等器官进行了解剖结构的研究。结果表明:阿尔泰独尾草的根系有明显的二型性,即有储藏根和吸收根的结构与功能分化,是其对生长发育快速、年休眠期长的类短命植物生活习性高度适应的结果;其营养器官表现出明显的旱生植物特征;储藏根与吸收根木质部的二型性及其内皮层的带状凯氏带增厚结构则说明独尾草属植物可能具有较为特殊的系统演化地位。

矿质养分的吸收部位及途径

本文通过分析根尖的结构特点，阐明了根毛区是矿质养分吸收的主要部位，其吸收途径因根尖凯氏带的存在而分为质外体途径和共贡体途径。

干旱胁迫和脱落酸对杨树根内皮层发育的影响

植物根中的内皮层发育一般经历两个阶段,首先形成可以阻挡质外体运输途径的木质素沉积,即凯氏带形成阶段;其次生成可以阻断跨细胞运输的木栓质沉积,即凯氏带加厚阶段。内皮层凯氏带的形成与加厚导致了外界的水和溶质只能通过共质体运输途径进入中柱,保障了植物从外界向内部运输物质时的选择能力。本文通过对84K杨树施加聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫以及施加脱落酸(ABA),发现PEG模拟的干旱胁迫和ABA均能够促进凯氏带加厚,ABA参与了凯氏带木栓化形成,为植物根内皮层发育调控研究提供了新的实验依据。

香蕉CASP家族全基因组鉴定与分析

[目的]了解香蕉CASP家族成员的生物学功能。[方法]以拟南芥CASP基因作为参考序列,基于香蕉基因组数据,通过Blast鉴定香蕉A、B基因组中的CASP家族成员,并对CASP家族成员进行序列特征及低温下的表达分析。[结果]共鉴定得到61个香蕉CASP家族成员,其中A基因组44个(MaCASP)、B基因组17个(MbCASP);CASP基因编码的蛋白存在DUF588和MARVEL保守结构域;根据与拟南芥的亲缘关系将香蕉A、B基因组中的CASP家族成员分为5类;CASP家族成员启动子顺式作用元件中包含光响应元件、激素响应元件、压力响应元件以及多种生长发育响应元件;在低温胁迫下,6个成员(MaCASP21、MaCASP19、MaCASP32、MaCASP43、MaCASP11、MaCASP16)在4℃时呈现特异性表达。[结论]香蕉CASP家族具有功能的多样性,且CASP家族成员在A、B基因组中存在一定的差异,还可能参与低温响应过程。