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1、浅议植物细胞凋亡姓名：刘文娜班级：财管1013班学号：20101554摘要：细胞凋亡是多细胞生物体在生理或病理条件下部分细胞所采取的一种由内在基因编程调节, 通过主动的生化过程而自杀死亡的方式。由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控, 所以常常又称为细胞编程性死亡，是植物正常发育中必不可少的一部分。本文对植物凋亡的一般特 征、植物营养和生殖生长中的细胞凋亡以及植物-病原物互作中的细胞凋亡进行了综合评述,并对植 物细胞凋亡研究的现实意义进行了探讨。关键词：植物细胞凋亡研究展望引言 细胞凋亡的现象最早是Kree在1965年观察到的，经过进一步深入研究，他于1972年将其重 新命名为细胞凋
2、亡。之后近20年，细胞凋亡的研究主要集中在动物，人们越来越认识到细胞调亡在 维持动物体内细胞和组织平衡、特化、形态建成和防病、抗病过程中的重要作用。但由于植物生长 发育和细胞结构的特殊性，有关植物细胞凋亡的研究起步较晚。近年来，随着植物细胞凋亡的研究 进展，人们逐渐认识到细胞凋亡是高等植物生长发育的必要组成部分，同时也是植物体度过不良环 境的重要手段。目前,植物细胞凋亡的研究已成为近年来植物细胞生物学的新兴研究领域和热点之 一。本文就植物细胞凋亡的一般特征、检测方法、在植物中的存在及意义作一综合阐述。1植物细胞凋亡的一般特征经历细胞凋亡过程的细胞呈现一些典型的形态学变化,光学显微镜或电子显微镜
3、观察可见:细胞 体积缩小,染色质凝集、断裂、趋边化，细胞器解体、消失，细胞膜发泡形成凋亡小体。随着研究的深 入，分子生物学证据也逐步被阐明:细胞染色质DNA在核小体连接部位断裂,其片段大小为200bp的倍 数,经琼脂糖凝胶电泳可见到特征性的DNA梯度，此特征还可以通过超速离心、末端标记电泳以及原 位缺口翻译技术等进行定性、定量测定。细胞形态学和分子生物学的变化是细胞凋亡的重要诊断依 据。2细胞凋亡的检测方法2.1细胞形态学观察法(1) 电子显微镜。电镜观察,凋亡细胞染色质固缩，常聚集于核膜上呈境界分明的块状或新月形小 体,初期细胞可见完整的细胞器，细胞膜完整，凋亡小体形成。目前一致认为，电镜下
4、获得凋亡细胞特 征性的形态学改变是判断细胞凋亡的最可靠依据。(2) 荧光显微镜。对体外培养的活细胞经荧光色素处理，可在荧光显微镜下观察细胞形态改变。 常用荧光色素有叩嚏橙、Hoech st 33258或Hoech st 33342,碘化丙度(PI)、溟乙锭(EB)。前两种可 分别进入活细胞和死细胞,而后两种荧光素仅能进入死细胞。不同的荧光素使核着染不同颜色的荧 光,正常细胞呈均匀荧光染色,而凋亡细胞呈致密浓染的颗粒状或块状荧光。2.2反映凋亡细胞膜改变的方法：染料排斥法。除了电镜能反映细胞膜完整性外，还可用染料排斥法,如台盼蓝、PI等。坏死细胞膜破损，被染 料着染。而凋亡细胞细胞膜完整，不被着
5、染。但在体外培养的细胞最终也会发生继发性坏死。因此，此 法不能单独用来判断凋亡细胞。另一种方法是判断胞质膜的不对称性。在正常细胞膜上，磷脂酰丝氨 酸基团(PS)位于胞内侧，而在细胞凋亡早期膜上此基团则转向胞外侧，以利于被吞噬。因此，磷脂酰丝 氨酸基团位置的改变,可作为凋亡细胞的一个标志。2.3反映脱氧核糖核酸有规律断裂的方法(1) 琼脂糖凝胶电泳法。细胞悬液经裂解消化按常规法提取DNA后，于含EB的琼脂糖凝胶中 进行电泳，正常细胞DNA呈单一条带。细胞凋亡时呈典型的梯状条带，系180200 bp左右的及多聚 核小体的梯状DNA条带。坏死时则呈现模糊的弥散状条带。DNA电泳法是判断细胞凋亡的经典
6、方 法.PEG6000诱导的小麦叶片、羟自由基诱导的烟草细胞、细胞色素c诱导的胡萝卜和烟草原生 质体和乙烯诱导的胡萝卜原生质体发生PCD时均检测到DNA梯状条带。(2) 原位末端标记法。通过DNA多聚酶I把已标记的核昔酸结合到DNA的单链断裂处，以寻找 有无Ap发生。标记的方法有同位素标记、荧光素标记、地高辛或生物素标记等。(3) 原位切口平移法。利用DNA多聚酶将核昔酸整合到Ap细胞内断裂的DNA 3,羟基末端，同时 水解5,末端,以修复DNA。若用已标记的核昔酸，即可显示出有断裂DNA的细胞。该法同样也可用 于细胞悬液中Ap的观察。(4) ELISA法。对Ap细胞内DNA片段的检测还可用E
7、LISA法。悬浮细胞经裂解，高速离心去 除核的成分后，取上清加入已包被有抗组蛋白抗体的反应板，反应后再加酶标抗DNA抗体，若上清中 含断裂的DNA片段，则可通过此双抗体夹心法得以检出。3植物发育过程中的细胞凋亡萌发的种子中的糊粉层、维管束的木质部、生殖器官的组织(如花药和子房)及根冠等组织中均有 细胞凋亡的发生。3.1导管的形成导管是由排列有序的死亡的导管分子构成。王雅清和崔克明对杜仲木质部导管分化的研究证明, 其分化过程也发生了细胞凋亡。所有这些研究都表明木质部导管分化与细胞凋亡有密切关系。玉米 生长过程中在一定条件下根部皮层细胞崩溃死亡形成通气组织，而通气组织与植物的同化、呼吸、蒸 腾作用
8、都有密切关系8).3.2大、小抱子的形成和发育大多数种子植物中,大抱子母细胞减数分裂形成4个大抱子。仅有1个能发育成雌配子体，其 余的3个大抱子退化。其余3个都死亡。对其超微结构的研究表明，其退化解体过程也符合细胞凋亡 的基本特征(9)o3.3雌雄配子体的发育植物中雌雄配子体的发育有细胞凋亡参与其中。裸子植物雄配子体发育过程中，原叶细胞的退化 和雌配子中颈细胞、腹沟细胞的消失及珠心细胞的衰退也是细胞凋亡的结果。在被子植物雌配子体 发育过程中,珠心组织被作为营养物质吸收而退化的过程是细胞凋亡(10).3.4叶发育过程中的细胞凋亡在叶子的发育过程中，叶缘的各种裂、齿和叶片中的空洞的形成等都是由于相
9、关部位细胞的凋 亡所造成的。此外,对叶片衰老过程的研究发现，衰老起始时，叶绿体首先被自体吞噬,此后水解酶、 RNA酶等活性上升，而且以液泡内半胱氨酸蛋白酶活性最为显著”，这些都是细胞凋亡的特征。因此, 叶子脱落前叶片的衰老过程也是PCDo4环境胁迫诱导的植物PCD4.1植物超敏反应中的PCD超敏反应是植物被病原物侵染后所引起的适应性反应，其中的细胞死亡被证明是细胞凋亡。在 植物超敏反应中,DNA片段化，特征性切割核小体的核酸酶被激活等生理生化特征和凋亡小体等形态 特征都被证实。4.2盐胁迫诱导的PCD无机盐KCN、NaCl、CaC12和一些重金属离子等在一定条件下均可诱导植物细胞出现与动物(1
10、2)细胞凋亡类似的特征。宁顺斌等人的实验证明烟草、玉米的根尖在高盐(NaCl 500mmol/ L)处理(13)后，出现明显的DNA梯状电泳图谱。林久生和王根轩用20%PEG溶液(-0.63 MPa)对小麦根系进行渗透胁迫，在小麦叶片DNA琼脂糖凝胶电泳图谱上观察到明显的梯状DNA条带，表明PEG处理诱发了 DNA核小体间的断裂，末端脱氧核糖核酸转移酶介导的3,OH末端标记法(TUNEL)检测出现 阳性结果。展望导管细胞的退化死亡、筛管细胞原生质的自溶,形成了植物体的输导组织;这些细胞死亡之前，细 胞内物质可被其他细胞回收利用,这是植物能够独立营养的一个特性，叶片衰老死亡即是适应营养重 新分配
11、的结果，但这个过程却影响了农产品的产量。因此，要搞清植物细胞凋亡的发生程序，对粮食生 产及作物储藏技术改良都具有重要的现实意义。在超敏反应中，被病原体感染的宿主细胞采取主动死 亡的方式，从而限制感染部位病原菌的生长，阻止病原菌的传播，以达到防病抗病的目的。这种植物自 身的主动抗病反应，若在植物抗病育种中加以应用，使植物能够自动、有效地抵抗病原物的侵染，就可(14)以减少农药的使用,避免环境污染，从而提高人类生活质量。有研究表明，利用非细胞体系研究细胞内复杂的生化活动具有独特的优越性，在细胞周期调控、DNA复制、核小体与染色质构建等研究中 发挥了重要作用。非细胞凋亡体系的建立与利用，在很大程度上
12、促进了人们对植物细胞凋亡生化和分 子机制的研究，为植物细胞凋亡研究开辟了新途径。植物细胞凋亡的研究如果能与植物的经济利用联系起来，将具有重要实践价值。如能发现诱导果 实发育中细胞凋亡发生的因子,通过人为调控，改变生长发育期,提高果品产量和品质，则将会极大地推 动果树现代化生产的发展。参考文献1 张亚历.编程性细胞死亡及研究方法J .细胞生物学杂志,17 (3) :127 - 128.2 林久生，王根轩.渗透胁迫诱导的小麦叶片细胞程序性死亡.植物生理学报,2001 ,27 :221225.3 夏慧莉，陈浩4华志明，陈睦传，沈明山.生物工程进展，1998, 18 (3)： 32364 孙英丽，赵允
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