这种独特的设计可防止植物细胞爆裂

作者:公良蔸帅

<p>拟形拟南芥的表皮细胞具有这种形状,细胞能够抵抗来自内部的压力</p><p>例外是气孔的散布的保卫细胞控制水和二氧化碳的流入和流出它们抵抗高压因为它们是如此如果保卫细胞更大,它们就会爆炸</p><p>MPI f植物育种研究/史密斯植物细胞面临着巨大的压力为了防止自己爆发,植物必须提出一些独特的东西:马克斯普朗克研究所的科学家表示科隆的植物育种研究表明,不规则形状的表皮细胞可以比圆形和其他均匀形状的细胞更好地承受它们的内部压力非木本植物没有骨架来支撑它们因此,为了保持直立和抗拒环境力,它们的细胞是像充气气球一样构造因为细胞质含有比细胞更高浓度的溶解物质在周围,外面的水流入细胞,产生所谓的膨压压力Turgor压力,可以达到20巴或更高,压在细胞壁上为了抵抗这种压力,墙壁由刚性凝胶加固而成硬纤维素纤维,不断重新排列,使细胞生长然而,根据科隆研究人员的研究结果,单独的细胞壁并不总是足以防止植物细胞爆裂而内部细胞的压力一种植物被相邻细胞抵消,表面细胞暴露在特别高的压力下这可能解释了许多植物表面细胞的非凡形状吗</p><p>表皮细胞看起来像拼图块,带有互锁的标签和口袋使用专门开发的计算机模型,科学家计算出各种形状的细胞内部压力“由于它们的不规则形状,表面细胞能够显着减少由膨胀压力引起的机械应力形状像拼图的细胞需要更少的细胞壁来抵抗膨胀,可能会节省植物的重要资源,“马克斯普朗克植物育种研究模型研究所的理查德史密斯说:科学家发现圆圈越小(黄色)适合细胞内部,它可以抵抗的压力越小因此,像这样的拼图形状的细胞特别容易处理它的膨胀</p><p>©MPI f植物育种研究/史密斯形式跟随生长并非所有植物表皮细胞都被塑造像拼图一样科学家因此比较了各种植物,发现细胞形状取决于器官如何生长:“器官wi一个优先的生长方向,如根和茎,通常有圆柱形细胞</p><p>相比之下,叶子在各个方向上或多或少地均匀生长,几乎总是有不规则形状的表皮细胞,“史密斯说,在对转基因植物进行的实验中,表明表皮细胞的形状取决于生长的类型例如,如果拟南芥(拟南芥)经过基因改造以使其叶子具有主要的生长方向,则表皮细胞呈现规则而不是拼图形状细长的细胞,或具有​​拼图形状的细胞,没有大的开放区域,在没有横墙支撑的情况下往往会凸出,并且能够更好地承受膨胀压力研究人员用机械计算机模型证实了这一假设虚拟植物组织然后继续开发一个成长模型,细胞在应对压力时改变形状当科学家在一个虚拟表皮生长ll方向,表皮类似于拼图游戏相反,当表皮主要在一个方向上生长时,细胞通过改变其他参数,例如最大开放区域的最大尺寸,或墙壁的刚度,均匀地成形</p><p>程序甚至能够产生自然界中发生的其他细胞形状没有信号分子</p><p>根据他们的模型,各种细胞形状的发生,而不需要细胞通过化学信使彼此沟通</p><p>许多工作集中在想要形成标签的细胞可以使用这样的化学信使告诉其邻居的想法腾出空间,形成相应的口袋 “我们不知道是否涉及化学信使,但我们的模型显示它不是必需的,”史密斯说,相反,细胞也可以通过它们施加在邻居身上的力量进行沟通和触发形状变化研究提供了几何影响如何影响植物的力学,以及当植物“生长”其结构时,植物如何利用细胞形状来优化其资源利用今天存在许多生物学启发的合成材料难题形状以及植物如何利用它可以提供有价值的见解进入新材料和结构的设计,潜在地告知设计依赖于充气“细胞”的建筑物的形状这些应用将变得特别相关,因为科学家开始探索成长的材料出版物:Aleksandra Sapala等,“为什么植物制作拼图细胞,以及它们的形状如何出现,“eLife,2018; DOI:107554 / eLife32794资料来源:....