植物運動長期以來一直令許多研究人員著迷。豆科植物是一類以表現出各種葉子運動而聞名的植物,其中包括“夜間運動”,即葉子在白天張開,在晚上閉合。類似的植物運動包括藍光誘導的運動和觸摸敏感的運動,例如含羞草等敏感植物。
葉子結構的運動是由重複和可逆的運動引起的 延期 和收縮 馬達 細胞,它們是小葉和葉柄底部稱為葉枕的結構中的細胞。這種重複且可逆的細胞伸展和收縮在植物細胞中非常罕見,因為植物細胞被剛性的物質包圍。 細胞壁。此外,目前尚不清楚運動細胞如何能夠重複且可逆地伸展和收縮。
植物細胞壁由許多纖維素微纖維組成,這些微纖維會根據細胞內外滲透濃度的差異而收縮或膨脹。然而,纖維素微纖維排列的各向異性所引起的變化量不能解釋全部範圍 運動 的枕骨。
由奈良科學技術研究所 (NAIST) 的 Miyuki Nakata 和 Taku Demura 領導的研究小組使用共聚焦雷射顯微鏡檢查了山金錢草的小丘運動細胞的橫截面,以研究重複和可逆的細胞伸展和收縮的機制。他們在運動細胞的細胞壁中發現了獨特的圓週“裂縫”,其中纖維素含量較少。這些結構在豆科植物的兩個亞科(包括大豆、葛根和敏感植物)中保留。
將豆類皮質運動細胞的組織切片轉移到不同滲透壓的溶液中後,枕縫的寬度增加,這表明了一種機制 植物細胞壁 可以響應不同滲透壓的溶液而彎曲。
透過結合詳細的細胞壁分析, 計算機模擬,以及對經歷伸展和收縮的細胞中的枕縫的觀察,枕縫被確定為機械柔性結構,在細胞伸展和收縮期間打開和關閉。
「電腦建模表明,在存在膨脹壓力的情況下,枕縫會促進垂直於縫的方向上的各向異性延伸,」Miyuki Nakata 說。研究人員將此動作與日本剪紙過程中使用的直切口或狹縫進行了比較,以增強紙張的延展性。
因此,研究小組提出,這些獨特的枕狀縫隙是一種結構,其作用是允許皮質運動細胞比細胞壁中典型的纖維素微纖維進行更多的運動。
「我們提出了一個假設,即枕縫通過皮質運動細胞的重複和可逆變形,與其他因素相結合,在動態葉片運動中發揮作用,這些因素包括纖維素方向、細胞壁富含果膠的成分、皮質運動細胞的幾何形狀和這 肌動蛋白細胞骨架”,中田美雪說。
這項研究發表在雜誌 植物生理學.