气孔保卫细胞壁弹性模量ε与pH的关系

• 作 者: 杨毅
• 机 构: 中国农业大学
• 出 处: 中国农业大学
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 细胞压力探针 弹性模量 保卫细胞壁pH 气孔运动 作物抗逆性

气孔运动控制协调绿色植物的蒸腾和光合两个基本过程，是植物生命运动的重要组成部分，对作物抗逆性及产量形成等过程有重要影响。
组成气孔的保卫细胞通过改变自身体积来调控气孔的开启和关闭。在保卫细胞的体积变化中，保卫细胞壁的弹性模量起着重要的作用。在相同的细胞水势变化下，弹性模量小的保卫细胞可产生较大的体积变化，弹性模量大的细胞则不易产生体积变化。而弹性模量又与细胞壁的pH有关。在气孔运动中，保卫细胞壁的pH值和弹性模量有着怎样的关系，它在保卫细胞的体积变化中起着怎样的作用，目前尚无研究。
本实验以蚕豆为实验材料，运用细胞压力探针技术在不同pH值下对单个保卫细胞的弹性模量进行了直接测定，发现：(1)保卫细胞壁在相同pH(4.50)下随着气孔开度的增加(5.55μm增加到15.20μm)，弹性模量发生了相同趋势的变化(20.95bar增加到87.78bar)。(2)相似的气孔开度(8.43μm与9.76μm)下随着保卫细胞壁的酸化(pH8.60到pH6.50)，弹性模量有明显的下降(从70.98bar下降为56.90bar)。
在气孔运动中，一方面通过调节保卫细胞渗透势改变膨压来使保卫细胞体积发生改变，一方面通过调节保卫细胞壁pH值改变保卫细胞壁的弹性模量来加强渗透势的作用效果，比单一调节渗透势更容易使保卫细胞产生体积变化。这是一条既能有效节约能量又使气孔的渗透调节机制简化且更加可靠的途径。从保卫细胞通过调控细胞壁pH值改变细胞壁弹性模量的角度来分析气孔运动机理，对于完善气孔运动机理假说，进而深刻理解气孔的运动，具有重要的意义。