OSense O-Sense

 

旭月NMT简报---关键词搜索:

STOTEN西南科大董发勤:NMT发现接种AMF促根吸Cd且与跨膜钙流耦合 为AMF缓解Cd毒并增强黑麦草Cd修复潜力提供证据

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 

 

基本信息

主题:NMT发现接种AMF促根吸Cd且与跨膜钙流耦合 为AMF缓解Cd毒并增强黑麦草Cd修复潜力提供证据

期刊:Scienceof the Total Environment

影响因子:7.963

研究使用平台:NMT重金属创新平台

标题:Unraveling the effects of arbuscular mycorrhizal fungi on cadmium uptake and detoxification mechanisms in perennial ryegrass (Lolium perenne)

者:西南科技大学董发勤、韩颖,莱里达大学Víctor Resco de Dios、Obey Kudakwashe Zveushe

 

检测离子/分子指标

Cd2+Ca2+

 

检测样品

黑麦草根(非接种植物距根尖600 μm,接种植物距根尖800 μm

 

中文摘要

      镉(Cd)是一种主要的环境污染物,也是环境中毒性最强的金属之一。丛枝菌根真菌(AMF)辅助植物修复可用于去除污染土壤中的Cd,但AMF在Cd积累和耐受中的作用尚不清楚。本研究用两种不同的AMF物种(幼套球囊霉Glomus etunicatum和摩西球囊霉Glomus mosseae)接种在黑麦草(Lolium perenne)上。将有菌根的黑麦草和无菌根的对照组暴露在Cd胁迫下,研究检测了AMF菌根化对Cd吸收和随后的耐受性的影响,以及基本机制。菌根侵染增加了根系对Cd2+的吸收,研究还观察到净Cd2+内流与净Ca2+内流耦合。Ca2+转运通道的失活使非接种根对Cd2+的吸收量较接种根有大幅度降低,说明AMF激活了额外的离子转运通道。因此,与未接种的对照相比,接种的植株在根和地上部都表现出较高的镉积累。然而,AMF接种的植物在Cd条件下表现出更高的叶绿素浓度、光合作用和生长,表明尽管AMF接种的植物对Cd的吸收增加,但Cd的毒性仍然较低。研究观察到,接种AMF的植物有利于把Cd分隔在细胞壁和液泡内,根部的超氧化物歧化酶活性和谷胱甘肽浓度比未接种的植物高,从而减少了Cd暴露带来的胁迫。本研究结果揭示了AMF在重金属污染环境中增强黑麦草的修复潜力和机制。

 

离子/分子流实验处理方法

①60 mg kg-1 Cd+no AMF inoculation(60+0), 60 mg kg-1 Cd+G. etunicatum(60+GE),60 mg kg-1 Cd+G. mosseae(60+GM)处理60 d。

②60+0、60+GE、60+GM处理60 d后,20 μM verapamil处理25 min。

 

离子/分子流实验结果

非损伤微测技术(NMT)分析表明,Cd2+内流在接种根和未接种根的根尖区域不同(图1a)。最大离子流出现在距根尖600(未接种根)和800 μm处(接种根),随后急剧下降。最大Cd流速出现在pH为6时(图1a)。

为了评估测试液中不同浓度的Ca2+是否影响Cd2+的吸收,在测量液中Ca2+浓度分别为0.01、0.1和1 mM的情况下,分别在距根尖600(未接种)和800 μm(接种)处实时测量Cd2+净流速和平均流速。Ca2+浓度对净Cd2+影响显著(图1b),在0.01、0.1和1 mM时,实时净Cd2+流速分别为-0.87±0.3、-1.7±0.1和-0.5±0.3 pmol cm-2 s-1。同样,本研究结果表明,AMF植物的实时Cd2+流速在0.1 mM Ca2+时最高,在1 mM Ca2+时最低(图1b)。

 

图1. 不同根区、不同测试液Ca2+浓度和不同测试液pH下,黑麦草根部Cd2+流速。负值代表Cd2+吸收。

 

研究观察到接种根的实时净Cd2+和Ca2+流速明显高于未接种根。更具体地说,在幼套球囊霉和摩西球囊霉中,Cd2+的净流入量和平均内流速率分别比未接种的根大402%和486%(图2a, c)。

在幼套球囊霉和摩西球囊霉中,Ca2+内流速率分别比未接种的根大600%和785%(图2a, c)。用verapamil阻断/失活Ca2+转运体通道可分别显著抑制60+0、60+GE和60+GM中的Cd2+净内流速率和平均速率98%、51%和33%(图2b, d)。

 

图2. 在黑麦草根尖净Cd2+流速(a, b)和平均净Cd2+流速(c, d)。负值代表Cd2+吸收。

 

      结果还表明,verapamil使钙转运通道失活可分别显著抑制60+0、60+GE和60+GM中的Ca2+净内流速率和平均速率100%、53%和48%(图3b, d)。

图3. 在黑麦草根尖净Ca2+流速(a, b)和平均净Ca2+流速(c, d)。负值代表Ca2+吸收。

 

其他实验结果

  • 与未接种AMF组相比,接种AMF组(60+GE和 60+GM)根和地上部分Cd含量均增加。
  • Cd胁迫下,非接种植物根系Ca浓度下降,地上部分Ca浓度保持恒定;在Cd胁迫下,AMF植株地上部分和根部Ca含量显著高于未胁迫植株。
  • 对照处理(35 cm)的地上部分长度在Cd胁迫下(24 cm,0+60)下降,但在接种AMF后(37 cm,60+GE和60+GM)恢复到与对照相似的长度。在根长、地上部分和根系生物量方面也观察到类似的变化。
  • 与对照相比,接种幼套球囊霉和摩西球囊霉后,总叶绿素浓度显著增加,随着Cd胁迫的加剧,总叶绿素浓度显著下降。接种与胁迫的交互作用使Cd胁迫植株叶绿素总浓度随着AMFs的存在而恢复到对照水平。
  • 0+GE和0+GM的类胡萝卜素浓度显著高于接种对照。Cd胁迫显著降低了类胡萝卜素浓度,接种AMF部分抵消了这种下降。
  • 0+GE和0+GM处理的光合速率显著增加。未观察到Cd胁迫诱导的光合速率显著下降。
  • 与未接种的植株相比,60+GE和60+GM植株的气孔导度显著增加。在Cd胁迫下接种植株的气孔导度与无Cd胁迫下接种植株的气孔导度没有差异。
  • AMF植株根细胞壁Cd浓度显著高于其他亚细胞组分。
  • 与0+0和60+0处理植株相比,60+GE和60+GM处理植株的根系Fs(可溶部分)值显著提高。此外,Cd胁迫下接种植株的平均地上部Fs百分比值(60+GE和60+GM)显著高于未接种处理。
  • AMF植株Fcw(细胞壁)和Fs中Cd含量的相对增加是以细胞器Cd含量的相对增加为代价的,降低了81%。在4个亚细胞组分中,接种植株地上部Fcw中Cd浓度相对于未接种植株下降最为显著,其次是Fco(细胞器)。
  • Cd胁迫与AMF接种的交互作用显著影响了不同Cd化学形态在根和地上部分的分布。
  • 根中的MDA浓度60+0>60+GE和60+GM>0+0处理,地上部分的MDA浓度60+0>60+GE和60+GM>0+GE和0+GM;根中的SOD浓度60+GE>60+0>0+0处理,地上部分的SOD浓度60+0>60+GE和60+GM处理;根中的POD浓度60+0>60+GE>60+GM处理,地上部分的POD浓度60+0>60+GE和60+GM处理。
  • 黑麦草根和地上部分中的总GSH水平受AMF接种和Cd胁迫之间的交互作用影响明显。在Cd胁迫下,接种植物的平均GSH水平>60+0>0+0处理。

 

结论

     研究发现,Cd和Ca通过根系吸收呈竞争关系。如果Ca2+通道被阻断,非菌根植物的Cd内流受到明显抑制,而菌根植物的Cd内流受影响较小,说明AMF为根系吸收Cd提供了额外的运输通道。AMF植株在根部和地上部的Cd积累量均高于非AMF对照植物。然而,AMF植物在Cd胁迫下表现出更高的叶绿素浓度、光合作用和生长,表现出更低的Cd中毒症状。这可能是因为AMF植株在细胞区室(细胞壁和可溶性部分)中分离出更多的Cd,在根和地上部积累更少的MDA,表达更高的SOD和GSH活性,转化更少的Cd在根和地上部的生物有效性。

 

测试液

0.01/0.1/1 mM CaCl2, 0.1 mM Cd2+, 0.1 mM KCl, 0.5 mM NaCl, 0.3 mM MES, 0.2 mM Na2SO4, pH 6.0

 

NMT仪器信息

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

 

 

 

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969721042959?via%3Dihub

 

供稿:赵雪琦
编辑:刘兆义

 

关键词非损伤微测技术(NMT);Cd流速;AMF;亚细胞分布;化学形态;黑麦草;植物类