第34期--细胞膜转运过程中的振荡规律

植物膜转运的模型预测、实验验证及生理学影响

图注：玉米根部O2流的振荡变化作为O2利用情况的指标。A:不同氧气浓度下O2流的振荡规律；B:O2流振荡对外界氧气的依赖性。

 

细胞膜是控制细胞振荡的中心，细胞的振荡在植物界中十分普遍。例如质膜电位的周期性变化、液泡电位及电流的波动、质外体的浓度变化、胞内pH及Ca²⁺的波动、不同细胞类型质膜跨膜离子流振荡等。然而，目前除了大致了解膜和离子流直接或间接参与振荡过程，研究人员对这种振荡的生理学功能仍然知之甚少。

Shabala等研究人员应用反馈受控振荡模型提出了许多设想：（1）振荡周期强烈依赖于质子泵活性；（2）质子泵活性受抑制时，振荡停止；（3）H⁺和K⁺流之间存在方向性的转变；（4）细胞膜上有对外界温度和离子浓度变化感受的“窗口”，对外界不同的变化细胞表现为不同的振荡模式；（5）振荡特性与细胞大小紧密相关等。他们使用“非损伤微测技术”直接测定了不同环境条件下植物根、叶片及真菌细胞跨膜的H⁺、K⁺、Ca²⁺和O₂的振荡规律。通过对模型预测及实验测定数据的比较，用实验成功地证实了之前设想的正确性。

此项研究结合模型预测及实验数据，根据植物对盐、温度、渗透、低氧及pH胁迫的适应性反应，对振荡的生理学功能作了较为清晰的阐述。这个模型可以指导筛选抗盐、抗涝等方面的育种工作。

 

关键词：适应(Adaptation)；离子流(Ion flux)；膜(Membrane)

参考文献：Shabala S et al. . J. Exp. Bot. .2006, 57: 171-184.

 

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