生命科学学院研究成果登上国际顶级刊物《科学》杂志揭示植物细胞自由钙离子周期性振荡成因

    我院的一个课题组对困扰科学界多年的植物细胞自由钙离子周期性振荡的成因作出了最新的解释，在植物应对环境刺激研究领域取得了突破性的进展。3月9日美国出版的第315期《科学》杂志上发表了我院教授郑海雷博士为共同第一作者的研究报告“拟南芥胞质钙离子周期性振荡与钙受体——三磷酸肌醇途径相偶联”。
    这是厦门大学第三篇发表在《科学》杂志的论文。

    在美国出版的《科学》杂志是世界科学界公认的顶级权威学术刊物，这次《科学》杂志用四个版面的篇幅以研究论文（Research Report）的形式发表了我院这项研究成果。

    郑海雷教授用通俗易懂的语言介绍了这项成果。

    郑教授说，钙是生物体不可或缺的重要元素，钙除了作为结构性物质构成骨骼或植物细胞壁外，细胞质内还存在着大量的自由钙离子，这些钙离子被称为“细胞信使”，它参与并调节着从单细胞到多细胞生物的许多重要生理生化和信号转导过程，从而影响到生物的生长发育。科学家们发现，在某些动物神经细胞，胞内自由钙离子的浓度具有周期性振荡的现象，而植物中，同样的振荡现象也更加普遍，但造成这种现象的原因一直以来都是世界植物生物学研究领域的热点和难点。

    该课题组以一种名为“拟南芥”的小草为实验植物，应用细胞生物学、植物生理学、生物化学、遗传学和分子生物学等研究方法和技术，揭示了植物细胞内自由钙离子周期性振荡的成因。

    该课题组的研究表明，当土壤中的钙被具有周期性变化特征的蒸腾流带到植物体内后，它就被钙受体所感知，通过钙受体～三磷酸肌醇途径，三磷酸肌醇就会“告知”细胞内的钙库，让它释放钙离子，从而引起细胞内自由钙离子的周期性振荡。振荡的幅度受土壤钙离子浓度和蒸腾速率的影响；而振荡的周期受气孔导度的影响。

    由此可见，这一成果的重要科学意义在于揭示了具有“细胞信使”之称的胞内自由钙离子水平受到环境中钙含量和植物自身钙受体的影响，如果环境中的钙发生剧烈变化或者自身钙受体发生突变，都将通过钙受体～三磷酸肌醇途径严重干扰“细胞信使”，即胞内自由钙离子水平，从而引起一系列生长发育后果。

    郑教授说，该成果对农业和林业将具有巨大的潜在应用价值，人们可以通过改变环境中的钙水平或钙受体～三磷酸肌醇途径来调节由不良环境因素，如干旱、冷害、环境污染等引起的胞内自由钙离子水平的变化，从而使植物的生长发育回到正常的轨道上来。

    郑教授还介绍说，相关的研究并未就此止步，目前课题组正在组织实施与钙受体有关的另一个项目，可望从理论上解释酸雨影响下森林衰退的分子机理。酸雨被称为森林的癌症，可造成植物体内和土壤中钙的大量流失，引起森林植被的大面积死亡。我国已成为世界第三大酸雨严重污染区。项目计划通过对不同类型森林植物钙受体的克隆和对比研究，评估它们对酸雨敏感性差异的原因，寻找增强植物抗酸雨能力的方法和途径。