硼影响花粉管生长的机制

2016年2月，北京农学院植物科学技术学院秦岭课题组，在PLoS ONE（IF 3.057）与frontiers in Plant Science（IF 4.495）上连续发表硼调控苹果花粉管生长的研究成果。系统地研究了硼缺乏与硼过量对花粉管生长的具体影响及机制。

苯硼酸（Phenylboronic acid，PBA）可以作为拮抗剂研究硼在植物生长过程中起到的作用，研究使用苯硼酸处理花粉管，模拟缺硼状态。不论是PBA还是高浓度硼处理，都会抑制花粉管的萌发及生长，造成形态异常。正常情况下，花粉管内会形成均匀的Ca2+浓度梯度，维持其生长。利用激光共聚焦显微镜，发现PBA引起花粉管尖端Ca2+浓度异常升高，相反地，高浓度硼引起Ca2+浓度降低。但两者无一例外地都破坏了胞内的Ca2+浓度梯度。通过非损伤微测技术（NMT）检测花粉管尖端Ca2+在胞内外间的流动发现，PBA及高浓度硼处理后，胞外Ca2+流入花粉管尖端的量（流速）明显增大。

图注：高浓度硼与正常浓度硼处理苹果花粉管后，胞内Ca2+浓度及胞内外Ca2+的流动（流速）情况。负值表示吸收。

此外，通过免疫沉淀、荧光染色、傅立叶变换红外等技术，发现PBA及高浓度硼影响花粉管内胼胝质、酯化果胶、去酯化果胶及阿拉伯半乳糖蛋白的含量及分布。

在这一研究中，研究者结合了非损伤微测技术与激光共聚焦技术，实现了对花粉管胞内外Ca2+浓度及流速的同时检测，清晰地描绘出Ca2+通过内外流动导致胞内Ca2+浓度变化，从而调节胞内Ca2+浓度梯度，进而影响花粉管的萌发与生长。两项研究成果共同说明了硼参与调节花粉管内Ca2+浓度、肌动蛋白细胞骨架的形成，以及细胞壁成分的合成与组装等，在花粉管萌发生长过程中的作用举足轻重。

参考文献：

Fang KF, et al. Addition of Phenylboronic Acid to Malus domestica Pollen Tubes Alters Calcium Dynamics, Disrupts Actin Filaments and Affects Cell Wall Architecture. PLOS ONE. 2016,11(2): e0149232.

Fang KF, et al. Boron Toxicity Causes Multiple Effects on Malus domestica Pollen Tube Growth. frontiers in Plant Science. 2016, 7: 208.