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EP南农沈文飚： NMT发现H2S利于CH4减少紫花苜蓿Cd吸收

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

感谢本文一作，南京农业大学杨兴浩校稿 

 

 

基本信息

主题：NMT发现H2S利于CH4减少紫花苜蓿Cd吸收

期刊：Environmental Pollution

影响因子：6.792（IF5Y=6.939）

研究使用平台：NMT重金属创新平台

标题：Methane control of cadmium tolerance in alfalfa roots requires hydrogen sulfide

作者：南京农业大学沈文飚、杨兴浩

 

检测离子/分子指标

Cd2+

 

检测样品

紫花苜蓿根尖伸长区（距根尖顶端500 μm根表上的点）

 

中文摘要

      硫化氢（H2S）是响应重金属胁迫的气体信号，而第二大温室气体甲烷（CH4）则可赋予植物镉（Cd）耐受性。本研究评估了CH4和H2S调控紫花苜蓿（Medicago sativa）Cd耐受性的因果关系。本研究结果表明，CH4的加入不仅促进了内源H2S合成，而且减缓了Cd对紫花苜蓿幼苗生长的抑制作用，这与CH4能缓解根系组织氧化还原失衡和细胞死亡有关。在去除内源H2S后，无论是在亚牛磺酸（HT；H2S清除剂）还是DL-炔丙基甘氨酸（PAG；H2S生物合成抑制剂）存在下，根系中都没有观察到上述结果。利用原位非损伤微测技术（NMT）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）证实了H2S参与CH4抑制Cd在根部的内流和积累，这可以通过重建谷胱甘肽（GSH）库（还原型/氧化型谷胱甘肽和同源型谷胱甘肽）稳态和促进抗氧化防御来解释。总的来说，本文的研究结果清楚地揭示了H2S在CH4下游起作用，增强了苜蓿对Cd胁迫的耐受性，这对基础和应用植物生物学都有重要意义。

 

离子/分子流实验处理

4日龄紫花苜蓿分别在1.30 mmol L-1 CH4、100 mmol L-1 NaHS、1 mmol L-1 HT和2 mmol L-1 PAG中处理6 h，然后直接或经Cd测试液预平衡后进行离子流速监测。

 

离子/分子流实验结果

      进一步利用NMT监测根尖Cd2+流速。当幼苗暴露在未经Cd处理的Cd测试液中时，Cd在根尖的内流速率先增大，随后减小到一定水平并保持相对稳定（图1D, E）。当幼苗的根尖在Cd测试液中预平衡30 min后，可以清楚地观察到10 min内的稳定Cd2+内流速率（图1F, G）。无论在有无Cd测试液预平衡的实验中，CH4和H2S都能明显降低Cd的内流速率，然而在加入HT和PAG后Cd2+内流速率被逆转（图1D-H）。同时，在只用HT或PAG处理的样品中，观察到Cd2+吸收加剧。上述结果清楚地说明了内源性H2S在CH4减少Cd积累和Cd吸收中的重要作用。

 

图1.H2S是CH4减少Cd积累和吸收的必要条件。负值代表Cd2+吸收。

 

 

其它实验结果

  • CH4减轻Cd胁迫下根尖细胞死亡可能与H2S有关。

  • 依赖于LCD的H2S合成有利于CH4抵御Cd胁迫。

  • 内源H2S在CH4缓解Cd积累和吸收中起作用。

  • 谷胱甘肽库在CH4响应中的作用依赖于H2S。

  • CH4重建氧化还原稳态需要内源H2S的参与。

 

 

结论

      本研究结果表明，H2S是CH4提高植物耐镉性的下游信号，包括从表型上减弱Cd诱导的生长抑制，缓解氧化还原失衡和细胞死亡，特别是抑制Cd在紫花苜蓿幼苗根部的内流和积累。总之，本研究的发现将为了解CH4如何增强植物对重金属的耐受性和内源H2S的生理功能开辟了新的途径。

 

 

测试液

0.1 mM CdCl2, 0.1 mM KCl, 0.3 mM MES, pH 5.8

 

仪器采购信息

 据中关村NMT产业联盟了解，南京农业大学于2018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/10.1016/j.envpol.2021.117123

 

关键词：镉胁迫；谷胱甘肽稳态；硫化氢；甲烷；紫花苜蓿

 

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