花粉质膜离子通道在调控花粉管生长中起重要的作用。本研究主要以砂梨‘丰水’品种为试材,研究了梨花粉管钙通道在花粉管生长中的调控及其作用,主要结果如下：1.研究了质膜超极化激活钙通道与花粉发育的关系。在花粉中鉴定到与花粉管相似的超极化激活钙通道。不过,花粉质膜超极化激活的钙通道电流密度比花粉管小,但单通道的开放频率和电导率均不变,因此推断,花粉中该通道电流较小的原因是由于花粉中该通道蛋白表达较低。此外,该通道的表达特性还与花粉发育的时期,花粉是否水合以及花粉管生长长度密切相关。2.研究了cAMP对花粉管钙通道的调控作用。cAMP在调控花粉管生长中起重要作用,但是其作用机制还不清楚。本研究用膜片钳技术证明,cAMP可以直接增强梨花粉管质膜超极化激活钙通道的开放频率,增大穿过细胞膜的钙电流。cAMP对离子通道的作用位点是在细胞内而不是细胞外。cAMP类似物cGMP不能激活钙通道。cAMP对钙通道的激活有电压依赖性,同时还需要胞内ATP参与。此外,该通道还可以通过单价阳离子K+。cAMP激活的钙通道对胞内[Ca2+]cyt比较敏感,高浓度的[Ca2+]cyt抑制该通道的开放。3.研究了亚精胺对花粉管生长调控作用的机制。在植物细胞中,亚精胺参与调控多种生理代谢与生长发育过程。在此,本试验研究了亚精胺对花粉超极化激活的钙通道活性的影响。结果表明,亚精胺间接激活花粉超极化激活的钙通道。在花粉中,亚精胺可被亚精胺氧化酶(Spermidine oxidase)催化氧化形成过氧化氢(H2O2),而膜片钳单通道结果表明,过氧化氢可直接激活花粉超极化激活的钙通道的活性。所以推测,亚精胺通过亚精胺氧化酶产生H2O2,H2O2激活质膜超极化激活钙通道从而调控花粉管的生长。为进一步证明多胺氧化酶参与调控亚精胺对花粉管超极化激活钙通道的影响,应用敲除多胺氧化酶基因的拟南芥突变体Atpao3进行遗传学验证。在亚精胺处理下,野生型拟南芥花粉的钙电流增大,而突变体的电流差异不明显。同时,离体和活体的试验证据均显示,突变体花粉管生长速率下降,种子数目降低等表型。这些结果都证实了亚精胺是通过多胺氧化酶氧化产生的过氧化氢调控花粉超极化激活的钙通道活性,从而影响花粉管的生长发育。4.研究了鞘胺醇-1-磷酸对花粉管生长的调控作用。鞘胺醇-1-磷酸是一种鞘胺醇在鞘胺醇激酶处理下的产物,它作为一种重要的信号分子参与了细胞的分化、增殖和死亡等过程。在植物中的研究表明,它参与了ABA诱导的保卫细胞的开关调控过程。本研究证实了鞘胺醇-1-磷酸作为一种外源的信号分子通过异三聚体G蛋白激活花粉质膜超极化激活的钙通道,使得Ca2+内流增加,调控了花粉管的生长。5.研究了胞内自由钙对质膜外向K+通道的调控,探讨了血红素对梨花粉管外向钾通道(outward K+ channel, K+Out)的作用。首先在梨花粉管原生质体中鉴定到一种介导钾外流的通道,全细胞和单通道结果表明,它对细胞内自由钙浓度敏感。此外,细胞内血红素直接抑制K+out的通道开放率,但不影响通道本身的电导率。当将细胞内自由钙浓度提高时,血红素对K+out抑制作用消失。血红素与NADPH共同处理可以提高通道的开放率。但是,在血红素氧化酶(hemeoxygenase, HO)抑制剂SnPP的处理下,即使有N ADPH共同作用,血红素仍然抑制K+out的活性。一氧化碳(CO)是血红素的代谢产物。CO可直接激活梨花粉管K+out,并且其作用效果有明显的浓度依赖性,它的激活作用可被K+通道广谱性抑制剂TEA+抑制。这些证据提供了调控梨花粉管生长的一个新的途径,即血红素和一氧化碳正反调控途径。6.研究了低温(10℃)对‘丰水’梨花粉质膜电流的影响。低温显著地抑制梨花粉管的生长。低温导致花粉胞内自由钙离子浓度急速上升。胞外钙内流和胞内钙库钙释放均参与到此反应。其中,胞外钙内流是通道质膜非选择性钙离子通道实现的。同时,外向钾通道在此过程中也被激活,因此推测,低温引起梨花粉管生长受抑制是由钙信号触发的一系列下游反应。