植物运动长期以来一直令许多研究人员着迷。豆科植物是一类以表现出各种叶子运动而闻名的植物,其中包括“夜间运动”,即叶子在白天张开,在晚上闭合。类似的植物运动包括蓝光诱导的运动和触摸敏感的运动,例如含羞草等敏感植物。
叶子结构的运动是由重复和可逆的运动引起的 延期 和收缩 马达 细胞,它们是小叶和叶柄底部称为叶枕的结构中的细胞。这种重复且可逆的细胞伸展和收缩在植物细胞中非常罕见,因为植物细胞被刚性的物质包围。 细胞壁。此外,目前尚不清楚运动细胞如何能够重复且可逆地伸展和收缩。
植物细胞壁由许多纤维素微纤维组成,这些微纤维会根据细胞内外渗透浓度的差异而收缩或膨胀。然而,纤维素微纤维排列的各向异性所引起的变化量不能解释全部范围 运动 的枕骨。
奈良科学技术研究所 (NAIST) 的 Miyuki Nakata 和 Taku Demura 领导的研究小组使用共聚焦激光显微镜检查了山金钱草的小丘运动细胞的横截面,以研究重复和可逆的细胞伸展和收缩的机制。他们在运动细胞的细胞壁中发现了独特的圆周“裂缝”,其中纤维素含量较少。这些结构在豆科植物的两个亚科(包括大豆、葛根和敏感植物)中得到保留。
将豆类皮质运动细胞的组织切片转移到不同渗透压的溶液中后,枕缝的宽度增加,这表明了一种机制 植物细胞壁 可以响应不同渗透压的溶液而弯曲。
通过结合详细的细胞壁分析, 计算机模拟,以及对经历伸展和收缩的细胞中的枕缝的观察,枕缝被确定为机械柔性结构,在细胞伸展和收缩期间打开和关闭。
“计算机建模表明,在存在膨胀压力的情况下,枕缝会促进垂直于缝的方向上的各向异性延伸,”Miyuki Nakata 说。研究人员将这一动作与日本剪纸工艺中使用的直切口或狭缝进行了比较,以增强纸张的延展性。
因此,研究小组提出,这些独特的枕状缝隙是一种结构,其作用是允许皮质运动细胞比细胞壁中典型的纤维素微纤维进行更多的运动。
“我们提出了一个假设,即枕缝通过皮质运动细胞的重复和可逆变形,与其他因素相结合,在动态叶片运动中发挥作用,这些因素包括纤维素方向、细胞壁富含果胶的成分、皮质运动细胞的几何形状和这 肌动蛋白细胞骨架”,中田美雪说道。
这项研究发表在杂志 植物生理学.