開本：16開 紙張：膠版紙 包裝：平裝-膠訂 是否套裝：否 國際標準書號ISBN：9787030666703 作者：宋純鵬 出版社：科學出版社 出版時間：2020年12月
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前言
第1章氣孔研究歷史1
引言1
1.1氣孔概述2
1.1.1化石植物中發現的早期的氣孔2
1.1.2腎形保衛細胞和啞鈴形保衛細胞組成氣孔的主要形態2
1.1.3保衛細胞細胞壁的特殊機械動力學3
1.1.4氣孔是土壤-植物-大氣連續繫統的樞紐4
1.2氣孔研究的幾個階段4
1.2.1階段Ⅰ：初識和正名（1660～1840年）4
1.2.2階段Ⅱ：建立生理學模型（1840～1970年）5
1.2.3階段Ⅲ：生物學研究模式繫統的形成和應用（1971年至今）6
1.2.4國內研究簡史7序
前言
第1章氣孔研究歷史1
引言1
1.1氣孔概述2
1.1.1化石植物中發現的早期的氣孔2
1.1.2腎形保衛細胞和啞鈴形保衛細胞組成氣孔的主要形態2
1.1.3保衛細胞細胞壁的特殊機械動力學3
1.1.4氣孔是土壤-植物-大氣連續繫統的樞紐4
1.2氣孔研究的幾個階段4
1.2.1階段Ⅰ：初識和正名（1660～1840年）4
1.2.2階段Ⅱ：建立生理學模型（1840～1970年）5
1.2.3階段Ⅲ：生物學研究模式繫統的形成和應用（1971年至今）6
1.2.4國內研究簡史7
1.3氣孔功能與行為研究的重要意義9
1.3.1保衛細胞為植物細胞信號轉導和發育研究提供了良好模型9
1.3.2氣孔行為對作物產量有重要影響10
1.3.3氣孔行為影響生態環境10
重點閱讀文獻10
第2章氣孔總論：分布、形態、結構、功能與進化11
引言12
2.1氣孔的分布12
2.1.1不同植物類群氣孔呈現不同的分布特點12
2.1.2環境和遺傳因素決定氣孔密度14
2.1.3氣孔分布模式受基因調控16
2.2氣孔的形態和大小17
2.2.1氣孔的形態各異17
2.2.2氣孔的大小不同19
2.3氣孔器類型豐富多樣19
2.3.1按副衛細胞特征分類19
2.3.2按保衛細胞和副衛細胞之間發育的關繫分類24
2.3.3按保衛細胞細胞壁特征分類25
2.4氣孔的結構26
2.4.1伸縮可變的細胞壁27
2.4.2具有靈敏感受和傳遞信號能力的質膜30
2.4.3具有光化學活性的葉綠體30
2.4.4形態可變的細胞核31
2.4.5高效產能的線粒體31
2.4.6由形態和結構高度可變膜組成的液泡32
2.4.7合成代謝活躍的內質網和高爾基體及其他膜包含體32
2.4.8牽引氣孔運動的細胞骨架33
2.5氣孔運動調控機制33
2.5.1澱粉-糖轉化調節氣孔開閉34
2.5.2K+調節氣孔開閉34
2.5.3調節氣孔開閉34
2.6氣孔的功能35
2.6.1調控植物光合作用和維持全球CO2和O2的平衡35
2.6.2調控蒸騰失水和維持全球水循環平衡36
2.6.3保持植物內環境的平衡36
2.6.4響應環境脅迫反應36
2.6.5特殊生境或器官中氣孔的功能36
2.7氣孔的進化37
2.7.1不同類群植物氣孔的特征37
2.7.2適應特殊環境氣孔的演化特征39
展望40
重點閱讀文獻40
第3章氣孔發育43
引言44
3.1雙子葉植物氣孔發育44
3.1.1bHLH類轉錄因子調節不對稱及對稱分裂控制氣孔的發生和形成45
3.1.2分泌肽參與氣孔發育48
3.1.3類受體蛋白激酶通過細胞間信號傳遞負調節氣孔發育50
3.1.4植物激素類小肽EPF和ER通過形成復合體維持氣孔分布和正常發育52
3.1.5MAPK級聯信號調控氣孔發育53
3.1.6SCRM/SCRM2與SPCH、MUTE和FAMA形成二聚體調節氣孔發育54
3.1.7氣孔發育的復雜信號轉導網絡55
3.2單子葉植物氣孔發育56
3.2.1啞鈴形保衛細胞對環境變化的反應更加靈敏56
3.2.2保衛細胞先於副衛細胞發育56
3.2.3副衛細胞發育受保衛細胞信號調控58
3.3細胞極性和不對稱分裂60
3.3.1極性是細胞分化和器官發生的第一步60
3.3.2擬南芥中BASL1調控擬分生組織極性化60
3.3.3PAN促使玉米中SMC極性化61
3.4植物激素和環境因素影響氣孔發育62
3.4.1油菜素內酯降低氣孔密度63
3.4.2脫落酸降低氣孔密度63
3.4.3生長素合成途徑受阻抑制氣孔發育64
3.4.4光通過CRY-PHY-COP1和MAPK信號級聯調節氣孔發育64
3.4.5高濃度CO2降低氣孔密度65
3.4.6溫度和濕度影響氣孔發育65
3.5氣孔的分子進化66
展望66
重點閱讀文獻67
第4章脫落酸及其他植物激素對氣孔運動的調控69
引言70
4.1脫落酸調節氣孔運動70
4.1.1逆境脅迫誘導脫落酸迅速增加並促進氣孔關閉70
4.1.2ABA誘導氣孔關閉和抑制氣孔開放是兩個不同的生理過程72
4.2保衛細胞內脫落酸水平的調控73
4.2.1ABA由兩條截然不同的合成途徑產生：C15直接途徑與C40間接途徑73
4.2.2ABA代謝轉變成無活性的紅花菜豆酸或ABA-葡萄糖酯75
4.2.3ABA-葡萄糖酯可調節內源活性ABA含量以應答脅迫反應76
4.2.4保衛細胞ABA含量通過其合成和代謝途徑維持平衡77
4.3多種第二信使分子參與脫落酸調控的氣孔運動78
4.3.1Ca2+是ABA調控氣孔運動的重要下遊信號分子79
4.3.2IP3、PA和DAG均是ABA促進氣孔關閉的第二信使80
4.3.3cADPR通過調節Ca2+通道活性而參與ABA誘導的氣孔關閉81
4.3.4硫化氫參與ABA誘導的氣孔關閉81
4.3.5氫氣參與ABA誘導的氣孔關閉82
4.4脫落酸調控氣孔運動的核心信號轉導途徑82
4.4.1PYR/PYL/RCAR被普遍認為是真正的ABA受體82
4.4.2過量表達ABA受體PYR/PYL/RCAR能提高作物的水分利用效率和抗旱性84
4.4.3SnRK蛋白激酶家族成員是ABA信號傳遞的關鍵組分85
4.4.4PP2C蛋白磷酸酶家族是ABA信號傳遞的重要開關86
4.4.5CDPK是ABA調節氣孔運動中Ca2+依賴途徑的重要蛋白激酶86
4.4.6MAPK是ABA促進氣孔關閉的重要下遊組分88
4.4.7眾多轉錄因子參與保衛細胞調控ABA應答的基因表達過程88
4.4.8其他ABA結合蛋白介導ABA反應89
4.5其他植物激素參與氣孔運動的調節90
4.5.1生長素促進氣孔開放90
4.5.2赤霉素可促進氣孔開放91
4.5.3細胞分裂素拮抗ABA促進氣孔開放93
4.5.4乙烯可能通過氧化還原信號調節氣孔運動94
4.5.5油菜素內酯拮抗或促進ABA誘導的氣孔關閉95
4.5.6茉莉酸和脫落酸協同調節氣孔運動96
4.5.7水楊酸與脫落酸互作調節氣孔運動97
展望99
重點閱讀文獻100
第5章氣孔與環境適應101
引言102
5.1光調控氣孔運動102
5.1.1紅光通過光合作用調節氣孔開放103
5.1.2光敏色素感應紅光介導氣孔開放105
5.1.3向光素感應藍光介導氣孔開放107
5.1.4隱花色素感應藍光介導氣孔開放111
5.1.5綠光逆轉藍光誘導的氣孔開放112
5.1.6紫外光抑制氣孔開放114
5.2植物應答干旱的氣孔調控116
5.2.1干旱誘導ABA合成，促進氣孔關閉117
5.2.2干旱誘導乙烯合成，促進氣孔關閉118
5.2.3干旱影響保衛細胞胞質pH變化，調節氣孔運動119
5.2.4菌根共生在土壤干旱調控氣孔運動中的作用120
5.3降低空氣濕度，抑制氣孔開放121
5.3.1氣孔對低空氣濕度信號應答的規律121
5.3.2低空氣濕度以負反饋應答方式誘導氣孔關閉122
5.3.3低空氣濕度誘導氣孔關閉依賴於ABA123
5.4CO2濃度調節氣孔的開閉124
5.4.1CO2通過調節保衛細胞遊離Ca2+濃度促進氣孔關閉124
5.4.2氣孔的ABA信號途徑可能與CO2響應途徑存在交叉125
5.4.3蛋白激酶HT1負調控CO2誘導的氣孔關閉125
5.5溫度改變氣孔開度126
5.5.1高溫通過H+-ATPase和14-3-3蛋白調節氣孔運動126
5.5.2植物耐受低溫程度與氣孔開閉相關127
5.6氣態環境污染物影響氣孔運動128
5.6.1二氧化硫對氣孔運動的調節128
5.6.2硫化氫作為內源信號介導氣孔關閉129
5.6.3臭氧參與調節氣孔的開閉131
5.7氣孔與生物鐘132
5.7.1生物鐘在植物生理調控中的作用132
5.7.2氣孔運動具有明顯的生物鐘特征133
5.7.3生物鐘調控氣孔運動的機制133
展望137
重點閱讀文獻138
第6章保衛細胞代謝139
引言140
6.1保衛細胞糖代謝140
6.1.1保衛細胞光合碳同化與C4和CAM代謝途徑相似140
6.1.2保衛細胞電子傳遞產生ATP和還原力，促進氣孔開放141
6.1.3保衛細胞具有較強的呼吸作用能力142
6.1.4保衛細胞澱粉代謝呈現白天和黑夜周期性變化143
6.1.5來源於葉肉細胞的“葉肉信號”調節保衛細胞反應144
6.2蔗糖代謝信號轉導146
6.2.1植物體中蔗糖的來源和作用146
6.2.2保衛細胞的蔗糖來源於葉肉細胞澱粉降解和光合碳同化147
6.2.3來源於葉肉細胞的蔗糖促進氣孔關閉147
6.3酸代謝信號轉導149
6.3.1具有參與能量轉化、脂肪酸合成和胞內離子平衡調節的多重作用149
6.3.2胞內多種代謝途徑產生150
6.3.3ABC轉運體或快速陰離子通道轉運150
6.3.4乙酸代謝為保衛細胞提供滲透調節物質和能量151
6.3.5其他參與氣孔運動調節的酸152
6.4脂類代謝影響氣孔運動153
6.4.1脂類代謝為光誘導的氣孔開放提供ATP153
6.4.2脂類代謝相關產物可作為第二信使促進氣孔關閉153
6.4.3脂氧化物誘導氣孔關閉155
6.4.4脂肪酸對氣孔運動的調控155
6.4.5真核脂質合成途徑對於保衛細胞葉綠體的發育和應答CO2是必需的156
6.5次生代謝影響氣孔運動156
6.5.1富含氮代謝分子參與保衛細胞信號轉導156
6.5.2多胺類物質誘導氣孔關閉157
6.5.3含硫次生代謝物參與調節氣孔運動157
6.5.4黃酮類物質調節保衛細胞ROS的平衡158
6.6植物激素及環境因子調節保衛細胞代謝158
6.6.1ABA代謝與光合作用158
6.6.2植物激素間協同調節氣孔運動159
6.6.3藍光和紅光促進保衛細胞糖代謝161
6.6.4水分脅迫下保衛細胞代謝的變化162
6.6.5生物鐘影響保衛細胞代謝162
展望163
重點閱讀文獻164
第7章保衛細胞信號轉導165
引言166
7.1保衛細胞是植物細胞信號轉導研究的模式繫統166
7.1.1保衛細胞可以靈敏感受外界刺激並顯示獨特的自主反應能力167
7.1.2保衛細胞分子生理學技術闡明了離子通道在氣孔運動中的作用167
7.1.3利用保衛細胞成像技術研究調控氣孔運動的多種信號分子167
7.1.4氣孔發育是研究植物細胞不對稱分裂的良好模型168
7.1.5保衛細胞組學技術為建立信號轉導網絡奠定基礎168
7.2保衛細胞接受信號刺激的受體169
7.2.1ABA受體與PP2C磷酸酶形成復合物負調控ABA誘導的氣孔關閉170
7.2.2PHOT1和PHOT2介導藍光信號170
7.2.3βCA1與βCA4共同介導CO2信號反應171
7.3鈣和鈣信號172
7.3.1鈣離子是保衛細胞內重要的第二信使172
7.3.2鈣信號的產生依賴於鈣離子通道活性調節174
7.3.3鈣信號的終止啟動鈣外流176
7.3.4鈣信號具有指紋特征177
7.3.5鈣調素和類鈣調素蛋白可能是鈣信號的解碼器179
7.4G蛋白、磷脂信號和其他信號分子180
7.4.1G蛋白介導多種信號調控氣孔運動180
7.4.2磷脂信號參與調控氣孔運動181
7.4.3cAMP/cGMP是氣孔運動的信使分子183
7.4.4一氧化氮是氣孔運動的重要信使分子184
7.4.5氣孔開閉受胞質pH的調控186
7.4.614-3-3蛋白和質膜H+-ATPase調控氣孔運動187
7.5蛋白激酶和磷酸酶在氣孔運動中發揮信號開關作用188
7.5.1SNF1相關的蛋白激酶是ABA誘導氣孔關閉的正調控因子189
7.5.2CDPK和CBL-CIPK可作為Ca2+信號的解碼器190
7.5.3MAPK同時調節氣孔運動和氣孔發育192
7.5.4PP2C磷酸酶是ABA反應的負調節因子193
7.5.5PP2A類磷酸酶參與ABA和藍光調節氣孔運動的信號轉導194
7.5.6PP2B調節氣孔運動依賴於鈣信號195
7.5.7蛋白磷酸酶PP1調控藍光信號介導的氣孔開放195
7.5.8蛋白酪氨酸磷酸酶調節氣孔運動195
7.6離子通道是保衛細胞膨壓變化的效應器195
7.6.1保衛細胞質膜K+通道電流是植物細胞中記錄的第一類通道電流196
7.6.2保衛細胞質膜K+通道是ABA調節氣孔運動的主要靶標197
7.6.3質膜S型陰離子通道SLAC1受ABA激活199
7.6.4ALMT編碼R型陰離子通道200
7.6.5細胞內膜上的離子通道在調節保衛細胞膨壓中發揮重要作用202
展望204
重點閱讀文獻205
第8章保衛細胞活性氧信號207
引言208
8.1活性氧是生命進化的衍生物或必要的分子209
8.2活性氧的產生209
8.2.1保衛細胞葉綠體功能為活性氧產生提供了可能性210
8.2.2線粒體是產生活性氧的重要細胞器211
8.2.3質膜NADPH氧化酶是活性氧的重要來源211
8.2.4過氧化物酶是活性氧產生的另一個重要來源213
8.2.5胺氧化酶可催化產生活性氧213
8.3活性氧的清除214
8.3.1抗氧化酶繫統組成清除活性氧的第一道防線215
8.3.2低分子質量抗氧化物質有效清除活性氧並參與活性氧信號轉導217
8.4氣孔運動中活性氧的作用219
8.4.1ABA可誘導保衛細胞產生活性氧220
8.4.2乙烯可調節保衛細胞活性氧含量222
8.4.3水楊酸依賴於過氧化物酶誘導保衛細胞產生活性氧222
8.4.4茉莉酸類激素誘導氣孔關閉依賴於NADPH氧化酶223
8.4.5細胞分裂素和生長素抑制活性氧產生223
8.4.6氣孔應答非生物脅迫反應中活性氧的作用224
8.4.7保衛細胞存在活性氧產生與作用的精細調控繫統225
8.4.8活性氧產生與作用的細胞內區室化調節226
8.5保衛細胞活性氧信號感受227
8.5.1谷胱甘肽過氧化物酶可感受氧化還原信號227
8.5.2熱激轉錄因子也可以感受ROS信號229
8.5.3其他潛在的ROS感受子230
8.5.4類受體蛋白激酶可以感受ROS信號230
8.5.5活性氧可通過轉錄因子調節基因表達231
8.5.6活性氧應答的順件233
8.5.7活性氧是作為短距離還是長距離信號？233
展望235
重點閱讀文獻236
第9章氣孔免疫237
引言238
9.1植物的天然免疫繫統238
9.2氣孔免疫反應是植物防御病原菌入侵的第一防線240
9.2.1氣孔通過關閉和重新張開以應答病原菌侵染240
9.2.2葉表面病原菌細胞的識別及通過PPR受體感知PAMP242
9.3PAMP識別引起的一繫列下遊信號轉導過程244
9.3.1活性氧—氣孔免疫應答的第二信使244
9.3.2氣孔免疫過程中NO和鈣離子信號的作用247
9.3.3病原菌和PAMP激活的質膜離子通道249
9.4氣孔免疫應答與激素信號轉導途徑的相互作用249
9.4.1ABA是氣孔免疫應答的一個主要調節子249
9.4.2水楊酸—氣孔免疫的第二個關鍵調節子252
9.4.3氣孔免疫過程中ABA和SA信號的相互作用253
9.4.4蛋白激酶MAPK和CDPK在氣孔防御方面的作用254
9.4.5植物激素乙烯增強氣孔免疫反應255
9.5細菌毒性因子和效應子對氣孔免疫的影響255
9.5.1毒性因子COR激活的茉莉酸甲酯信號轉導途徑255
9.5.2細菌介導的氣孔關閉與水分脅迫258
展望260
重點閱讀文獻260
第10章氣孔和氣候演變及農業生產263
引言264
10.1地球氣候演變與植物氣孔進化264
10.2植物水分利用效率與氣孔調節265
10.2.1氣孔的氣體擴散符合菲克擴散定律266
10.2.2葉片表面空氣層束縛對氣體擴散產生界面層阻力266
10.2.3葉片角質層阻力可以阻止水分通過表皮散失266
10.2.4氣孔阻力的變化範圍較大267
10.3氣孔導度與環境因子268
10.3.1基於環境因子控制的模型269
10.3.2基於氣孔導度與光合速率關繫的模型269
10.3.3基於ABA控制理論的模型270
10.3.4基於水力學控制理論的模型270
10.3.5基於保衛細胞膨壓理論的模型270
10.3.6氣孔導度與光合速率呈正相關271
10.3.7高濃度CO2引起氣孔導度下降271
10.4土壤-植物-大氣連續繫統272
10.4.1水勢可反映土壤-植物-大氣連續繫統各環節的能量變化272
10.4.2氣孔是土壤-植物-大氣連續繫統的重要樞紐273
10.5氣孔和農業生產273
10.5.1光合“午休”現像廣泛存在於多種作物273
10.5.2分根交替灌溉可以提高作物水分利用效率274
10.5.3抗蒸騰劑可以減少植物水分散失275
10.5.4氣候變化通過改變氣孔特性而影響農業生產275
10.5.5利用合成生物學技術定向提高氣孔蒸騰的動力，促進農業生產276
展望279
重點閱讀文獻279
第11章氣孔研究的方法學281
引言281
11.1氣孔的顯微觀察282
11.1.1整體透明法觀察氣孔的形態結構282
11.1.2掃描電鏡觀察氣孔形態283
11.1.3透射電鏡觀察氣孔超微結構285
11.2電生理學技術286
11.2.1膜片鉗簡介287
11.2.2保衛細胞K+電流288
11.2.3保衛細胞Ca2+電流290
11.2.4保衛細胞陰離子電流291
11.2.5保衛細胞單通道電流293
11.2.6保衛細胞膜片鉗記錄的影響因素294
11.3氣孔運動中的信號分子檢測294
11.3.1鈣離子檢測294
11.3.2活性氧檢測298
11.3.3pH檢測301
11.3.4一氧化氮檢測303
11.4水分蒸騰檢測304
11.4.1遠紅外熱成像技術304
11.4.2氣孔開度實驗的觀察方法305
11.5單細胞組學技術307
11.5.1單細胞轉錄組學307
11.5.2單細胞翻譯組學310
11.5.3單細胞蛋白質組學311
11.5.4單細胞代謝組學313
展望314
重點閱讀文獻315
主要參考文獻317
名詞索引361
致謝367
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