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基本信息

主題：NMT發(fā)現(xiàn)干旱下寸草葉肉吸收K⁺/Cl^-/Na⁺速率增加證明其通過(guò)提升滲透調(diào)節(jié)力抵御干旱

期刊：Plants

影響因子：2.762（2020年）

研究使用平臺(tái)：NMT干旱脅迫創(chuàng)新平臺(tái)

標(biāo)題：Antioxidant Enzymatic Activity and Osmotic Adjustment as Components of the Drought Tolerance Mechanism in Carex duriuscula

作者：Sergey Shabala（塔斯馬尼亞大學(xué)）、陳立平（北京市農(nóng)林科學(xué)院）、侯佩臣（北京市農(nóng)林科學(xué)院、塔斯馬尼亞大學(xué)）、Feifei Wang（揚(yáng)州大學(xué)）、羅斌（北京市農(nóng)林科學(xué)院）

檢測(cè)離子/分子指標(biāo)

K⁺、Cl^-、Na⁺

檢測(cè)樣品

寸草根分生區(qū)（距根尖100 μm根表上的點(diǎn)）

干旱脅迫是植物生長(zhǎng)的一個(gè)主要環(huán)境制約因素。氣候變化導(dǎo)致的環(huán)境溫度升高導(dǎo)致降雨量減少或分布不均，會(huì)加劇土壤干旱程度。寸草（Carex duriuscula）是一種典型的耐旱莎草，但很少有報(bào)道研究其耐旱機(jī)制。本研究通過(guò)測(cè)定寸草葉片和根系組織的抗氧化酶活性，評(píng)價(jià)有機(jī)和無(wú)機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在植物滲透調(diào)節(jié)中的作用，并將其與根系離子吸收方式聯(lián)系起來(lái)，了解寸草的干旱響應(yīng)機(jī)制。采用2個(gè)水平的脅迫：輕度（MD）和重度（SD）干旱處理，隨后復(fù)水。干旱脅迫導(dǎo)致葉片相對(duì)含水量和葉綠素含量降低；同時(shí)，葉片和根系中過(guò)氧化氫（H₂O₂）和超氧陰離子（O₂^-）的含量增加。MD脅迫下，葉片過(guò)氧化氫酶（CAT）、過(guò)氧化物酶（POD）和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GPX）活性增加，而根中只有CAT和POD活性增加。SD脅迫導(dǎo)致根和葉的CAT、POD、超氧化物歧化酶（SOD）、GPX活性均升高。葉片中脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量也增加。在MD和SD兩種脅迫條件下，寸草增加了根系對(duì)K⁺、Na⁺和Cl^-的吸收，導(dǎo)致葉片和根系中K⁺、Na⁺和Cl^-濃度升高。這種對(duì)無(wú)機(jī)滲透劑的依賴使寸草的滲透調(diào)節(jié)具有成本效益?？傮w而言，這項(xiàng)研究表明，由于其 ROS 清除系統(tǒng)和滲透調(diào)節(jié)機(jī)制的有效運(yùn)行，寸草能夠在干旱環(huán)境中生存。

離子/分子流實(shí)驗(yàn)處理

為了解釋干旱脅迫引起的組織離子濃度變化的機(jī)制，研究檢測(cè)了高滲脅迫下根部Na⁺、K⁺和Cl^-吸收轉(zhuǎn)運(yùn)情況。通過(guò)向培養(yǎng)皿中加入適量的甘露醇（最終濃度分別為40和70 mM）來(lái)模擬MD和SD條件。如圖1所示，甘露醇處理導(dǎo)致所有檢測(cè)的離子吸收迅速增加（在幾分鐘內(nèi)），并在40~45 min內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定。這種增加是劑量依賴性的（例如，更高濃度的甘露醇會(huì)產(chǎn)生更高的刺激）。

圖1. 在（40mM甘露醇）和SD（70 mM甘露醇）滲透脅迫下，檢測(cè)寸草根分生區(qū)的凈離子流速。(A）K⁺流速，（B）Na⁺流速，（C）Cl^-流速。負(fù)值代表K⁺、Cl^-、Na⁺吸收。

測(cè)試液

儀器采購(gòu)信息

• 據(jù)中關(guān)村NMT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟了解，江蘇地區(qū)的揚(yáng)州大學(xué)于2016年采購(gòu)了旭月（北京）科技有限公司的非損傷微測(cè)系統(tǒng)。

• 據(jù)中關(guān)村NMT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟了解，北京地區(qū)的北京大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院植物研究所等數(shù)十家單位采購(gòu)了旭月（北京）科技有限公司的非損傷微測(cè)系統(tǒng)。