壁膜粘著參與植物細(xì)胞響應(yīng)機械應(yīng)力的實驗研究.pdf

1、完整的植物植株能在一定范圍內(nèi)通過調(diào)整生長速率、改變形態(tài)、產(chǎn)生向性等方式避免不利的或非正常的物理環(huán)境對自身造成傷害，這是植物的運動方式之一。那么，離體的植物單細(xì)胞在外加機械應(yīng)力作用下能否進(jìn)行“運動”呢?如果會的話，其運動方式是怎樣的呢?機械應(yīng)力又是以什么途徑傳達(dá)這種運動指令，需要哪些細(xì)胞成分和結(jié)構(gòu)的參與呢?如果這些問題得以回答，那么我們其實得到了一個關(guān)于機械應(yīng)力信號傳導(dǎo)機制的解釋。這是不同于化學(xué)信號傳導(dǎo)通路的一種新的信號傳導(dǎo)體系。在動物細(xì)

2、胞研究中，已就這種機械信號傳導(dǎo)機制作了比較深入的研究，取得了很多有影響的研究成果。而在植物方面，這個領(lǐng)域的研究相對比較薄弱。因此，本文試通過合理的實驗設(shè)計對植物細(xì)胞應(yīng)力響應(yīng)過程加以剖析，對涉及的分子或結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步確定，以期能對植物細(xì)胞應(yīng)力響應(yīng)機制作出比較合理的、初步的描述。 本文采用了一種計量精確、操作方便的體外機械應(yīng)力加載裝置對低溶點瓊脂糖包埋的菊花單細(xì)胞進(jìn)行單向的體外機械應(yīng)力加載實驗，對植物單細(xì)胞在外界應(yīng)力刺激下的分裂方向的

3、變化進(jìn)行了研究。結(jié)合RGD多肽輔以溫和質(zhì)壁分離的方法對細(xì)胞進(jìn)行壁膜連接中斷處理，再以細(xì)胞骨架藥物細(xì)胞松弛素B和秋水仙素對微絲、微管進(jìn)行阻斷，就兩個可能的應(yīng)力響應(yīng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行實驗論證。 主要實驗結(jié)果如下： 1通過機械應(yīng)力加載和培養(yǎng)后統(tǒng)計分析比較加載組和對照組細(xì)胞形態(tài)，主要以伸長細(xì)胞的長軸與應(yīng)力加載方向間的夾角為比較對象，揭示出植物單細(xì)胞在單向機械應(yīng)力加載條件下有沿垂直主應(yīng)力方向進(jìn)行分裂的趨勢；采用Calcofluor進(jìn)行細(xì)

4、胞壁熒光染色，比較加載組和未加載組以及GRGDS五肽處理組發(fā)現(xiàn)經(jīng)過應(yīng)力加載會造成植物細(xì)胞壁增厚現(xiàn)象，而GRGDS五肽處理組細(xì)胞壁增厚不明顯，但細(xì)胞質(zhì)出現(xiàn)很大程度皺縮，并且皺縮部分出現(xiàn)明亮熒光。可以說明GRGDS五肽擾亂了正常的細(xì)胞壁膜連接。 2用GRGDS五肽處理后實施加載，培養(yǎng)4天后同樣以夾角為對象分析細(xì)胞形態(tài)，進(jìn)行統(tǒng)計比較，結(jié)果顯示經(jīng)壁膜連接阻斷處理的細(xì)胞夾角與細(xì)胞數(shù)量間的相關(guān)性消失，說明壁膜中斷處理后細(xì)胞無法再響應(yīng)外加機械

5、應(yīng)力，證明這種有關(guān)RGD識別的細(xì)胞壁膜連接確實參與了植物細(xì)胞對機械應(yīng)力的響應(yīng)過程。 3采用細(xì)胞松弛素B和秋水仙素阻斷細(xì)胞骨架后實施機械應(yīng)力加載，經(jīng)統(tǒng)計分析顯示，骨架藥物處理也抑制了細(xì)胞對機械應(yīng)力的響應(yīng)，其夾角與所對應(yīng)的西部數(shù)量間無顯著相關(guān)性。說明細(xì)胞骨架對于植物細(xì)胞響應(yīng)外加機械應(yīng)力同樣不可缺少。 綜合以上實驗結(jié)論，并考慮到壁膜連接和細(xì)胞骨架在細(xì)胞中的位置，參考相關(guān)結(jié)構(gòu)在動植物中的其它研究數(shù)據(jù)，我們可以初步描述出外界機械應(yīng)