细胞程序死亡是多细胞生物体在内源发育信号或外源环境信号作用下在特定时间和空间发生的细胞死亡过程, 在植物的生长发育过程中起着重要作用。该文介绍了植物细胞程序死亡类型的几种划分方法、植物发育性细胞程序死亡研究常用的实验体系, 并着重概述有关植物发育性细胞程序死亡发生机制的研究进展。

有性生殖是有花植物的一个重要特征, 胚胎则是实现有性生殖和世代交替的重要载体。植物胚胎从双受精开始, 经历了合子极性建立、顶基轴形成、细胞层分化和器官形成等过程, 这些过程都受到生长素的调控。近年来的研究表明, 生长素在生物合成、极性运输和信号转导3个层面上调控胚胎的发育过程。该文以双子叶植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)为例, 综述了生长素对胚胎早期发育过程, 包括合子极性和顶基轴建立、表皮原特化和对称模式转变、胚根原特化和根尖分生组织形成及茎尖分生组织形成等发育的调控机制。

以镉(Cd)富集植物蒌蒿(Artemisia selengensis)为试材, 采用超声波细胞破碎处理和超速离心的方法, 对蒌蒿根和叶中亚细胞水平的Cd分布状况进行研究, 同时测定Cd在蒌蒿不同器官中的富集效果。结果表明, 在30 mg·kg^–1Cd胁迫下, 蒌蒿叶片中Cd的富集浓度是根和茎中的2–3倍, 但因叶片所占植株的生物量比例较小, 其对Cd的积累量远小于茎和根; Cd在蒌蒿叶片细胞壁、胞液和细胞器中含量比为16:5:1。细胞壁固定是叶片对Cd的主要防御机制。随着Cd处理浓度的增加, 细胞壁和胞液中的Cd含量大幅上升, 但细胞器中Cd含量仍维持在较低水平。长时间和高浓度的Cd胁迫可使细胞壁解毒机制失活并诱导细胞器中的Cd含量增加, 导致植株死亡。根中液泡的Cd贮存量较大, 解毒效果显著。

用T-DNA插入和RNA干扰技术敲除拟南芥(Arabidopsis thaliana)胼胝质合酶基因GSL8, 在光学和透射电子显微镜下观察野生型和突变体种子的细胞壁和胚根结构, 比较未敲除和敲除该基因幼苗细胞壁及根端分生组织结构。结果表明, 敲除该基因可导致细胞壁发育不良, 壁上出现大小不等的缺口, 缺口处没有质膜将相邻细胞分隔。用T-DNA插入法抑制该基因表达, 发现在种子发育阶段胚根不能形成正常的静止中心。用小RNA干扰技术抑制该基因表达, 结果显示根端失去静止中心。综合以上结果, 认为该基因不仅参与细胞壁发育, 也参与根端静止中心的建立与维持。

固醇是真核生物膜的重要组分, 在生长发育中具有重要作用。CPI1 (CYCLOPROPYL STEROL ISOMERASE1)基因是植物特有的固醇合成途径基因, 其编码产物为环丙基固醇异构酶。目前只有拟南芥(Arabidopsis thaliana)的CPI1基因被克隆并解析。研究发现, 从藻类到高等开花植物中均存在单一拷贝的CPI1基因。陆生植物CPI1的基因结构及其所编码的氨基酸序列均高度保守, 蛋白质序列相似性范围为48%–90%, 但陆生植物CPI1与绿藻CPI1的蛋白序列之间存在显著差异。蛋白质结构预测发现CPI1具有非常相似的拓扑结构, 均具有7个跨膜结构域和6个亲水环。组织表达模式分析显示, 陆生植物CPI1在不同组织中均表达, 是组成型表达基因。为了验证CPI1基因的功能, 克隆了二穗短柄草(Brachypodium distachyon)BdCPI1基因, 并转化拟南芥cpi1-1突变体。结果表明, BdCPI1能完全回补cpi1-1突变体的表型。基于单拷贝基因数目、保守的基因结构和蛋白质拓扑结构及基因表达模式, 推测CPI1基因的功能可能在陆生植物中高度保守。

华中五味子(Schisandra sphenanthera)为我国三级保护野生药材物种, 在秦岭地区分布较广。采集秦岭地区19个样地307个采样点的华中五味子样本, 使用HPLC方法检测果实中五味子甲素和乙素含量, 基于模糊数学原理建立其与气候、土壤和地形三大类15个评价因子之间的隶属函数, 利用最大信息熵模型确定各评价指标权重, 使用加权平均法并参照GIS空间分析确定基于五味子甲素和乙素的秦岭地区野生华中五味子的潜在空间分布。研究结果显示, 秦岭地区华中五味子不适宜生境面积占研究区总面积的11.40%; 适宜生境面积占50.63%; 高适宜生境面积占37.97%, 主要集中在陕西南部、甘肃东部、河南西部、湖北神农架林区及其周边海拔800–2 000 m的山区。研究结果表明, 基于GIS与模糊数学构建的生境适宜性评价模型可以准确地对秦岭地区华中五味子生境适宜性作出科学且综合性评价, 并可量化适宜生境面积和空间分布, 为华中五味子野生抚育GAP基地选址和建设提供数据支撑, 为保护和可持续利用华中五味子野生资源提供参考。

该文探讨了干燥脱水后的复苏植物密罗木(Myrothamnus flabellifolia)的复水速度和复水后不同时间下的木质部压力与植物对光-暗反应的关系。研究结果表明, 密罗木整株植物和离体枝条复水时水分在茎内的上升速度都很快, 10小时左右水分即可接近枝条的顶端。在植物复水初期, 木质部压力反应随着复水时间的延长不断增加, 3周后达到正常值。这种木质部压力的调节能力可能与气孔功能的恢复程度有关。同时, 密罗木在整个复水恢复过程中受到光照时木质部压力下降的弛豫时间都明显大于植物在光源关闭时木质部压力上升的弛豫时间。表明密罗木对蒸腾速率上升过程的调节速度明显低于对蒸腾速率下降过程的调节速度。

利用透射电子显微镜对水稻(Oryza sativa)双受精过程的超微结构进行观察。结果表明: 水稻雌雄性核融合过程有其独特的特点, 无论是精卵核之间的融合还是精核与极核(次生核)之间的融合, 均未观察到相关细胞器作为介质参与雌雄性核的融合, 只是雌雄性核的核膜直接融合。此外, 在传粉3.5小时后的水稻材料中, 观察到一例宿存助细胞核与精核相贴的图像。

水稻(Oryza sativa)是世界上最重要的粮食作物之一, 也是单子叶植物发育分子生物学研究的理想模式植物。穗部形态是影响水稻产量的重要因素, 也是当前水稻遗传改良和发育生物学研究的热点之一。复粒稻是发生于水稻穗粒部的一种突变体材料, 在形态上可分为小穗簇生型和颖壳多雌型两种, 有自然突变、杂交变异和理化诱变等多种来源途径。作为一种特异的水稻种质资源, 复粒稻在水稻新材料创建、复粒型新品种选育、改善杂交制种结实性及探讨单子叶植物成花机理等方面具有重要的研究价值, 对创造复粒新型育种材料、提高穗着粒密度及穗粒数、有效缩短穗长度、改良水稻植株性状及提高产量等都具有重要意义。该文综述了复粒稻的资源类型、来源途径、遗传分析、基因定位及其育种利用价值等方面的研究进展, 并提出了今后的研究方向, 以期为水稻遗传育种提供参考。

钙调素作为细胞内主要的Ca²⁺传感蛋白, 通过与不同的钙调素结合蛋白的结合传递钙信号, 调控细胞生理和生长发育过程。IQ基序(IQxxxRGxxxR, Pfam 00612)是少数几个钙调素与钙调素结合蛋白结合的结构域之一。植物具IQ基序的钙调素结合蛋白包括IQM、IQD、CAMTA、CNGC和myosin 5个家族及少数其它蛋白。该文综述了植物具IQ基序的钙调素结合蛋白的类型、结构特点和功能等方面的研究进展, 并对今后的研究进行了展望。

茉莉酸是植物伤反应的特异激素, 在植物伤反应中具有核心作用, 其下游调控机制已经比较清晰。在番茄(Lycopersicon esculentum)伤反应中, 系统素和茉莉酸协同启动相关基因的表达, 行使系统性防御功能。拟南芥(Arabidopsis thaliana)信号肽是新发现的一类信号物质, 可以激活植物的初始免疫反应, 但其在伤反应中的作用机制有待进一步研究。脱落酸位于茉莉酸上游, 单独或者协同茉莉酸参与植物的防御反应。另外, 植物中还存在以核糖核酸酶为代表的且不依赖于茉莉酸的伤反应信号转导途径。该文对植物伤反应的防御机制和信号转导做了详细概述。