中国林科院张华新、杨秀艳：NMT发现白刺通过维持叶肉排Na+保K+能力及H+泵活性来适应盐胁迫

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

感谢本文通讯作者，中国林科院国家林业和草原局盐碱地研究中心杨秀艳副研究员校稿

基本信息

主题：NMT发现白刺通过维持叶肉排Na⁺保K⁺能力及H⁺泵活性来适应盐胁迫

期刊：Tree Physiology

影响因子：3.655（2020年）

研究使用平台：NMT植物耐盐创新平台

标题：Tissue tolerance mechanisms conferring salinity tolerance in a halophytic perennial species Nitraria sibirica Pall.

作者：中国林科院国家林业和草原局盐碱地研究中心张华新、杨秀艳、唐晓倩、张会龙

检测离子/分子指标

K⁺、Na⁺、H⁺

检测样品

西伯利亚白刺叶肉组织

中文摘要（谷歌机翻）

植物的耐盐性依赖于不同组织和器官的协调运转。组织耐盐性是赋予植物适应盐环境的关键性状之一。这一特性意味着在代谢活跃的细胞中能够维持较低的胞质Na⁺/K⁺比值。本研究以多年生木本盐生植物西伯利亚白刺（Nitraria sibirica）为材料，探讨其耐盐性机制。结果表明，100~200 mM NaCl处理刺激了幼苗的生长。离子分布结果表明，叶片起到Na⁺库的作用，而植物根系具有优越的保K⁺能力。从土壤中吸收的过量Na⁺主要转运到地上部分，最终被区隔在叶肉细胞的液泡中。因此，在盐胁迫下西伯利亚白刺能够在组织和细胞水平上特异性保持K⁺/Na⁺的最适平衡。为此，西伯利亚白刺叶肉细胞中液泡H⁺-ATPase和H⁺-PPase酶活性升高， NsVHA、NsVP1和NsNHX1基因的表达上调。NsVHA、NsVP1和NsNHX1介导的叶肉液泡Na⁺区隔化降低了细胞质中Na⁺浓度，抑制了K⁺的流失。同时，西伯利亚白刺在转录水平上调TPK的表达，促进K⁺从液泡向细胞质转移，有助于维持细胞质中K⁺稳态。综上表明，西伯利亚白刺的液泡Na⁺区隔化和细胞内K⁺稳态等组织耐受特性对西伯利亚白刺适应土壤盐渍化具有重要作用。

离子/分子流实验处理

0、200和400 mM NaCl处理24 h

离子/分子流实验结果

采用非损伤微测技术（NMT）检测了西伯利亚白刺叶肉细胞Na⁺、K⁺和H⁺的稳定流速。盐胁迫诱导叶肉Na⁺和K⁺净外排速率呈剂量依赖性增加（图1A-D）。同时，盐处理导致H⁺净外排速率呈剂量依赖性增加（图1E, F），可作为PM H⁺-ATPase活性的一个体现。

图1. 西伯利亚白刺幼苗叶片叶肉细胞内Na⁺、K⁺和H⁺的净流速。。正值代表Na⁺、K⁺和H⁺外排，负值代表Na⁺、K⁺和H⁺吸收。

其他实验结果

NaCl浓度在100~200 mM时对西伯利亚白刺幼苗的生长有刺激作用，超过300 mM时则产生抑制作用。
NaCl处理后西伯利亚白刺幼苗叶片、茎和根中的Na⁺含量以剂量依赖性方式增加；随着NaCl浓度的增加，叶中K⁺含量下降，但根中K⁺含量有所增加；随着胁迫严重程度和时间的增加，幼苗3个组织的K⁺/Na⁺比值均有所下降。各处理下，根部的K⁺/Na⁺比最高，叶片最低。
盐处理诱导了叶肉细胞Na⁺积累。
NaCl胁迫显著提高了液泡膜H⁺-ATPase和H⁺-PPase的活性，且活性呈时间依赖性增加。各时间点PM H⁺-ATPase活性均低于液泡膜H⁺-ATPase活性。
采用RT-qPCR测定了6个参与Na⁺和K⁺运输的基因表达。盐胁迫显著增加了大部分目标基因的表达，在400 mM NaCl胁迫1 d后或200 mM NaCl胁迫14 d后，检测到的基因表达量最高，表明它们可能参与了液泡Na⁺区隔化和K⁺保留的过程。

结论

本研究表明，西伯利亚白刺的耐盐性主要表现在液泡Na⁺区隔化和细胞质K⁺稳态。未来的研究应侧重于其他细胞器（如内质网）作为细胞内Na⁺储存的潜在储存体的作用。同时，液泡含有水解酶、磷酸酶和磷酸酯酶等多种酶类，因而与泛素化等蛋白质修饰过程相联系。在液泡液中Na含量较高的情况下，液泡中的酶如何发挥作用还有待回答。

测试液

0.1 mM KCl, 0.1 mM NaCl, 0.1 mM CaCl₂, 0.3 mM MES, pH 5.7

仪器采购信息

据中关村NMT产业联盟了解，北京地区的中国林科院于2009年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。

原文链接：https://doi.org/10.1093/treephys/tpaa174

关键词：K⁺/Na⁺稳态；Na⁺储存；盐胁迫；组织特异性离子分布

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