Abstract
The effects of light and $CO_2$ on the electrophysiological characteristics of guard cells in the intact leaf and in the detached epidermis have been investigated. Guard cells in intact leaves showed the membrane hyperpolarization in response to light. The biggest induced change of the membrane potential difference (PD) in the guard cells of the intact leaf was 13 m V by light and 42 mV by $CO_2$ in Commelina communis. Similar results were obtained with Tradescantia virginiana. However, there were no changes of membrane PD in detached epidermis. In order to determine the influence of the mesophyll on the changes of membrane PD, infiltration of the mesophyll cells with photosynthetic inhibitors was performed. In CCCP infiltrated leaf discs the guard cell membrane was depolarized slightly by red-light and hyperpolarized by $CO_2$, but in leaf discs infiltrated with DCCD and DCMU the guard cell membrane was hyperpolrized by both red-light and $CO_2$ as the control leaf discs. In azide infiltrated leaf discs the guard cell membrane showed no response to light and there was a much reduced membrane hyperpolarization by $CO_2$ compared to other responses. It was likely that azide caused leaf damage and the activity of cell metabolism was decreased greatly, resulting in small membrane PD changes by $CO_2$ and no changes by redlight. Therefore, it can be suggested that red light was sensed by the mesophyll and the light induced guard cell membrane hyperpolarization was related to energy produced by cyclic-photophosphorylation, but ${CO_2}-induced$ guard cell membrane hyperpolarization was not related to photosynthesis. Alkalisation of the vacuole was observed when the intact leaf was exposed to $CO_2$, indicating that membrane hyperpolarization was mainly the result of proton efflux.efflux.
Intact leaf과 detached epidermis에 있는 공변세포의 전기 생리학적 특성에 대한 빛과 이산화탄소의 효과를 조사하였다. 빛을 intact leaf의 abaxial side에 처리하면 공변세포막이 과분극 (hyperpolarization)되었다. 닭의장풀의 intact leaf에 있는 공변세포들은 빛에 의해 최대 13 mV 그리고 이산화탄소에 의해 42 mV까지 membrane potential difference(MPD)가 negative하게 변했다. 자주달개비에서도 비슷한 결과를 얻었다. 그러나, 빛과 이산화탄소를 detached epidermis에 있는 공변세포에 처리할 경우에는 공변세포의 MPD가 변하지 않았다. 위의 결과로부터, 엽육세포가 공변세포의 MPD 변화에 영향을 주는 것으로 사료되어, 엽육세포들을 광합성 억제제들을 침윤시켜 엽육세포 광합성의 어느 기작이 공변세포 MPD 변화에 영향을 주는지 조사하였다. CCCP로 침윤한 잎의 공변세포막은 적색광에 의해 약간 탈분극(depolarization)되었고, 이산화탄소에 의해 과분극되었다. 반면에, DCCD와 DCMU로 침윤한 경우에는 대조구 잎과 마찬자기로 적색광과 이산화탄소에 의해 과분극되었다. Azide로 침윤한 잎에 적색광을 처리하면 공변세포의MPD는 변하지 않았고, 이산화탄소를 처리하면 다른 처리구들에 비해 훨씬 감소한 막의 과분극을 보였다. 이는 azide가 잎에 손상을 유도하며 세포내 대사활성을 감소시킨 결과 이산화탄소에 의한 MPD 변화가 작았고, 적색광은 아무 효과도 보이지 않은 것으로 사료된다. 따라서, 엽육세포가 적색광을 감지하며 빛에 의해 유도된 공변세포막 과분극은 순환적 광인산화 반응에 의해 생성된 에너지에 의존하나 이산화타소에 의해 유도된 공변세포막 과분극은 광합성가 무관하다고 볼 수 있다. 또한 이산화탄소를 intact leaf에 처리하면 공변세포 액포가 알칼리화되는 것을 관찰하였는데, 이는 막의 과분극이 양성자 이온의 방출에 의해 일어난다는 것을 의미한다.