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NMT作为生命科学底层核心技术，是建立活体创新科研平台的必备技术。2005年~2020年，NMT已扎根中国15年。2020年，中国NMT销往瑞士苏黎世大学，正式打开欧洲市场

 

 

 

 

 

基本信息

主题：NMT发现圆形硅藻实时镉吸附能力强于梭形、三叉形硅藻

期刊：Ecotoxicology and Environmental Safety

影响因子：4.872

研究使用平台：NMT重金属创新平台

标题：How marine diatoms cope with metal challenge: Insights from the morphotype-dependent metal tolerance in Phaeodactylum tricornutum

作者：深圳大学潘科、马捷

 

检测离子/分子指标

Cd²⁺

 

检测样品

海洋硅藻细胞

 

中文摘要（谷歌机翻）

      海洋硅藻对金属的耐受性因其对随机环境的长期适应而因形态类型、品系和物种而异。这种高度可变特性的机制仍然是生态毒理学关注的问题。在这项研究中，我们使用了一些尖端技术，包括非损伤微测技术（NMT）、原子力显微镜和X射线光电子能谱技术来研究三种形态类型的三角褐指藻对镉（Cd）的积累和耐受性。亚细胞镉分布，金属转运蛋白表达，谷胱甘肽和植物螯合素活性也进行了分析，以表征形态依赖的镉稳态和解毒。我们发现卵形形态比其他形态积累了更多的Cd，但也比其他形态更耐Cd。Cd与卵形细胞表面结合力较强的原因是其球形较小，细胞表面较粗糙，表面电位较低。此外，卵形对镉离子的渗透性较差，并且含有较高的植物螯合素和谷胱甘肽水平，这解释了其较高的金属耐受性。我们的研究为硅藻适应不断变化的环境提供了新的解释，这可能有助于其进化的成功。

 

离子/分子流实验处理

8.9 μM CdCl₂ 处理10 min

 

离子/分子流实验结果

      3种形态的硅藻细胞表面实时净Cd²⁺流速如图1所示。加入CdCl₂（8.9 μM）后，检测到Cd²⁺内流。而卵圆形细胞Cd²⁺净内流速率（-0.91~-1.79 pmol cm^-2s^-1）显著高于梭形细胞（-0.36~-1.07 pmol cm^-2s^-1）和三叉形细胞（-0.2~-0.97 pmol cm^-2s^-1），表明卵圆形细胞对Cd的吸附能力强于其他形态的细胞。

 

 

图1.卵圆形（O）、梭形（F）和三叉形（T）海洋硅藻细胞表面的Cd²⁺流速

 

 

其他实验结果

• 毒性试验结果表明，卵圆形海洋硅藻细胞比其他两种形态对镉的耐受性更强。

• 在卵圆形海洋硅藻细胞中，只有10%的Cd分布在细胞质和细胞器中，而在梭形细胞中则有34%。

• 卵圆形细胞的粗糙度、DMT模量明显高于梭形和三叉形细胞。三种细胞形态之间的附着力并无显著差异。

• 镉处理处理后，卵圆形海洋硅藻细胞表面电势更低。

• 卵圆形海洋硅藻细胞的细胞壁成分与其他形态细胞的细胞壁之间最明显的差异是硅形态的差异。

• 镉处理后，所有靶向基因在硅藻细胞中的表达均上调。

• 镉处理会增加所有形态海洋硅藻细胞的谷胱甘肽（glutathione，GSH）和植物螯合肽（phytochelatin，PC）水平。

 

结论

      本研究表明，卵圆形海洋硅藻比梭形和三叉形海洋硅藻具有更强的镉结合能力和金属耐受性。因为卵圆形海洋硅藻较小的球状形态和较粗糙、带负电的细胞表面，Cd与其有的较大表面结合。不同形状的海洋硅藻细胞壁化学成分的差异决定了其表面电位依赖于细胞形态差异。与梭形和三叉形海洋硅藻相比，卵圆形海洋硅藻的细胞壁对Cd²⁺的渗透性较差，并且含有较高水平的PC和GSH，说明其具有较强的金属耐受性。P型ATPase、ATPase5-1B、CzcD和VIT蛋白在海洋硅藻Cd稳态中发挥重要作用。

 

测试液

 8.9 μM CdCl₂, 0.1 mM KCl, 0.5 mM NaCl, 0.3 mM MES, 0.2 mM Na₂SO₄, 0.1% sucrose, pH 8.0

 

 

 

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.111715

 

关键词：非损伤微测技术；镉；硅藻；金属毒性；三角褐指藻

 

 

 

 

 

 

 

 

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文章简介

（感谢本文一作李甜博士供稿）

 

       阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是一种严重威胁人类健康的进行性神经退行性疾病，目前为止仍然缺乏有效的治疗方法。最新研究表明，2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus, T2DM）是AD发生的一个重要危险因素，T2DM的治疗药物对AD也显示出一定的神经保护效应。脑内β-淀粉样蛋白（amyloid-β protein, Aβ）的沉积是AD的一个重要病理特征。现有证据表明，细胞内Ca²⁺超载是Aβ产生细胞毒性作用的重要机制。同时，Ca²⁺作为细胞内第二信使在多种生命活动中扮演着重要的信号转导作用。因此，快速、准确检测神经元跨膜Ca²⁺流的动态变化，不仅可以帮助了解细胞维持Ca²⁺稳态和正常功能活动的机理，也有助于揭示AD以及其他与Ca²⁺信号扰乱相关疾病的发生机制。

      非损伤微测技术（non-invasive micro-test technology, NMT）是近年发展起来的一种以非接触方式直接获取离子跨膜净流速的最新技术手段。NMT的最大特点在于检测时不接触组织，对细胞不构成任何损伤，故可长时间用于Ca²⁺跨膜净流速的实时动态测量。同时，通过改变传感器尖端的口径和适当调整传感器与标本的距离，NMT技术可在一定程度上提高空间分辨率。本研究中我们利用NMT，研究了一种新型的抗T2DM药物GLP-1/GIP/Gcg三受体激动剂（Triagonist）对3xTg-AD小鼠海马离体脑片神经元Ca²⁺跨膜流动的影响。

 

活体脑片检测

 

      研究发现急性给予谷氨酸（10 μM）可诱发各组小鼠海马CA1区神经元的持续跨膜Ca²⁺内流。值得注意的是，与WT小鼠相比，3xTg-AD小鼠在5 min内的内向跨膜Ca²⁺流显著降低，而经Triagonist治疗后，3xTg-AD小鼠的内向跨膜 Ca²⁺流接近对照水平。

 

单细胞神经元Ca²⁺流检测

 

      此外，我们利用低钙人工脑脊液（Artificial cerebrospinal fluid, aCSF）诱发跨膜Ca²⁺的外排，观察到用低钙aCSF替代正常aCSF后，各组小鼠海马CA1区神经元均出现明显的外向跨膜Ca²⁺流。但与WT小鼠相比，3xTg-AD小鼠在5 min内的外向跨膜Ca²⁺流明显减少，而Triagonist显著提高了3xTg-AD小鼠的外向跨膜Ca²⁺流。这些结果表明，Triagonist通过调节3xTg-AD小鼠海马CA1区神经元的跨膜Ca²⁺流，维持了神经元的Ca²⁺稳态，避免了细胞内Ca²⁺超载。

 

 

 

 

 

 

Triagonist对3xTg-AD小鼠海马脑片神经元Ca²⁺跨膜流动的影响

 

 

研究使用平台：NMT活体脑片创新科研平台

期刊：Neuropharmacology

主题：NMT证实抗T2DM药物维持钙稳态缓解Aβ毒性

标题：A GLP-1/GIP/Gcg receptor triagonist improves memory behavior, as well as synaptic transmission, neuronal excitability and Ca²⁺ homeostasis in 3xTg-AD mice

影响因子：4.367

检测指标：Ca²⁺流速

检测样品：小鼠脑片

Ca²⁺流实验处理方法：

7个月大的小鼠分为野生型+盐水，野生型+Triagonist，3xTg+盐水和3xTg+Triagonist。分别用10μM谷氨酸或低[Ca²⁺]aCSF（含0.35 mM Ca²⁺）瞬时处理7个月大的小鼠分为野生型+盐水，野生型+Triagonist，3xTg+盐水和3xTg+Triagonist。分别用10μM谷氨酸或低[Ca²⁺]aCSF（含0.35 mM Ca²⁺）瞬时处理

Ca²⁺流实验测试液成份：
120mM NaCl, 3mM KCl, 1.25mM NaH₂PO₄, 25mM NaHCO₃, 10mM glucose, 2.5mM CaCl₂and 1mM MgCl₂ ，pH 7.4

作者：山西医科大学祁金顺、李甜

 

 

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2020.108042

 

关键词：非损伤微测技术，Ca²⁺流速，小鼠脑片，阿尔茨海默病，2型糖尿病，生医类

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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发现质子泵基因OSA1促水稻根排H⁺ 为OSA1促NH₄⁺吸收同化的机制提供证据

期刊：Nature Communications

影响因子：12.121

研究使用平台：NMT植物营养创新平台

标题：Plasma membrane H⁺-ATPase overexpression increases rice yield via simultaneous enhancement of nutrient uptake and photosynthesis

作者：张茂星（南农），王愔（北大），陈熙、许飞云（南农），木下俊则（通讯，名古屋大学），朱毅勇（通讯，南农）

 

检测离子/分子指标

^H+

 

检测样品

水稻根

 

中文摘要（谷歌机翻）

      氮（N）和碳（C）是植物生长和作物产量必不可少的元素。因此，提高N和C利用率有助于提高农业生产率，减少施肥需求。本研究发现过表达水稻单一基因H⁺-ATPase（OSA1）基因，促进了根系对铵的吸收和同化，增强了的气孔开放，提高叶片的光合速率。大田实验结果表明，OSA1过表达水稻产量显著增加，氮素利用率也大幅度提升；而OSA1功能敲除的水稻突变体株系表现出与过表达水稻相反的表型。转录组测序结果表明，过表达OSA1后显著提升了植株中与碳氮代谢相关的重要基因的转录水平。由于PM H⁺-ATPase在植物中高度保守，这些发现表明调节PM H⁺-ATPase可以协同提高N和C的利用率，可能会为粮食安全和可持续农业提供至关重要的工具。这一研究为农作物养分高效利用提供了理论基础，也为减少因过度施肥造成的环境污染问题及减缓温室效应提供了新的思路。

 

离子/分子流实验处理

7日龄水稻幼苗（WT和OSA1-ox）在2 mM NH₄⁺中处理12 h

 

离子/分子流实验结果

      研究使用非损伤微测技术（NMT）检测水稻根部H⁺跨膜转运速率变化，结果发现，在2 mM NH₄⁺处理12 h后，3个OSA1过表达株系H⁺外排速率均增加，且与WT存在显著性差异（P＜0.05）。

 

 

图1. WT和OSA1-oxs水稻的根系H⁺外排特性。正值代表H⁺外排。

 

      过表达OSA1提供了更多的质子驱动力促进根系对铵态氮的吸收。通过将铵同化产生的H⁺及时排出细胞膜外，促进了铵态氮的同化，并进一步保障了铵的吸收。另一方面，过表达OSA1增大了叶片气孔开度，促进了二氧化碳的吸收。叶片光合作用的提高可以为氮素代谢提供更多的碳源，而氮素代谢的促进又为叶片光合作用提供更多的氮源，进而促进水稻的生长。

 

图2. 过表达OSA1促进水稻铵态氮利用与光合作用的作用模式图。

 

其他实验结果

• 在水稻根系和/或气孔保卫细胞中过表达PM H⁺-ATPase可有效提高NH₄⁺的吸收。

• OSA1（PM H⁺-ATPase）是调节水稻生长的关键因子。

• OSA1修饰影响水稻叶片对CO₂的吸收和/或固定。

• 水稻PM H⁺-ATPase的过表达或突变对气孔形态或发育没有影响。

• OSA1-ox植株具有较高的光合能力。

• 叶片和根部分别检测到59个和82个基因，这些基因在OSA1-ox株系中上调，但在osa1-2突变体中下调。

• OSA1在调节植物体内离子和溶质运输方面具有潜在的作用。

• NH₄⁺应答基因的表达水平在OSA1-ox株系中的表达量均显著增加。

• 过表达OSA1可以提高水稻田间产量。

 

测试液

0.2 mM CaCl₂, 0.1 mM KCl, 0.1 mM NaNO₃, 0.5 mM MES, pH 5.7

 

NMT实验标准化方案

·植物营养研究NMT标准化方案

 

NMT仪器信息

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。

 

·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.nature.com/articles/s41467-021-20964-4

 

关键词：水稻；质子泵；质子驱动力；铵营养；氮营养；光合；植物类

 

 

 

 

 

 

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 感谢本文一作，南京信息工程大学袁和忠副教授校稿

 

 

基本信息

主题：NMT发现菹草根际吸O₂促P固定以去除富营养水体中的P

期刊：Journal of Environmental Sciences

影响因子：4.302

研究使用平台：NMT水生植物创新平台

标题：Phosphorus removal from sediments by Potamogeton crispus: New high-resolution in-situ evidence for rhizosphere assimilation and oxidization-induced retention

作者：袁和忠（南京信息工程大学），尹洪斌（中国科学院南京地理与湖泊研究所） 

 

检测离子/分子指标

^O₂、H+

 

检测样品

菹草根成熟区（距根尖顶端2 mm 根表上的点）

 

中文摘要

      在富营养化的水生生态系统中，通常选择沉水植物作为植物修复工具来去除P，但试验方法的缺乏阻碍了对去除机理和应用的认识。本研究采用薄膜扩散梯度技术（Diffusive gradients in thin films, DGT）、平面光极技术（Planar optode, PO）和非损伤微测技术（Non-invasive micro-test technology, NMT）相结合的新技术，探索菹草在水-沉积物连续体和其根际随时间的动态变化。高分辨率原位测量结果表明，经过30 d的培养期，表层沉积物的活性磷（LP_DGT）通量从约120、140、200 pg /(cm²·sec)显著下降到17、40、56 pg /(cm²·sec)。上覆水中LP_DGT没有明显的同步升高，说明随着时间的推移，根系部位对溶解态活性P的同化强烈。PO测定表明，随着根系向下伸展，根际周围O₂浓度显著增加，径向向深层沉积物扩散直至100%饱和。根的NMT检测结果表明，在不同处理条件下，O₂通过通气组织从周围环境中流入根组织，最高流速为30 pmol /(cm²·sec)。与以往报道不同的是，根际周围逐渐饱和的O₂浓度主要是由O₂通过间隙渗透驱动，主要由根系向下伸展引起的，而非根系O₂外排渗漏。随着时间的推移，深层沉积物中O₂浓度增加，最终导致活性Fe(Ⅱ)氧化成Fe(Ⅲ)，结合P导致局部P固定。

 

离子/分子流实验处理

0 mg/L（control, M0)、0.01 mg/L(M1)、0.1 mg/L(M2)、0.5 mg/L(M3)磷酸盐培养24 h

 

离子/分子流实验结果

      同时测定不同磷酸盐浓度培养基处理后菹草根际附近的净O₂和H⁺流速，结果如图1所示。在所有培养条件下，根表面成熟区均有显著的O₂吸收。在含磷培养基中培养的根系附近，持续稳定的O₂同化流速为-24.1~-19.3 pmol/(cm²·sec)，高于超纯水的平均净O₂流速(-27.5 pmol/(cm²·sec))。在根表面成熟区测得H⁺的内流和外排。但对于大多数样品来说，平均H⁺流速<0 pmol/(cm²·sec)。

 

 

图1. 不同磷酸盐浓度培养24 h后菹草根成熟区表面O₂(c)和H⁺(d)外排和吸收速率。WP是指在去离子水中培养，M1-3分别是在低、中、高磷酸盐浓度的培养液中孵育。正值表示O₂和H⁺外排，负值表示O₂和H⁺吸收。

 

其他实验结果

• 所有的微宇宙培养系统环境中Fe、总磷（TP）和溶解性活性磷（SRP）的浓度随着时间的推移而下降。

• 在高P培养基中培养的植物比低P培养基中培养的植物SOD、POD、ATP和叶绿素浓度更高。

• LP_DGT通量表现出先上升后下降的趋势，在所有条件下，LP_DGT通量均低于15 d处理。

• 培养后水-沉积物界面下约2.5 cm处LP_DGT浓度显著升高，30 d后间隙水SRP下降>75%。

• 在低和高P处理中，沉积物中O₂的浓度和穿透深度随时间的推移而急剧增加，根系周围O₂热点扩大。根系逐渐生长并向下蔓延到沉积物的深层，O₂的饱和度随着时间的推移而增加，在根系的上部（特别是在基底位置），O₂的饱和度高达100%。而根尖区的O₂饱和度下降到<10%。

• 检测不同处理后菹草中的P组分后发现，Pi和Po的浓度占TP的比例大致相等（约50%）。在低P培养基中培养15 d和30 d的植物，Pi、Po和TP的值都高于高P培养基。然而，30 d后（与15 d相比），菹草中的P的质量更高。

• 表层沉积物（5 cm深）中不同P库的浓度一般按照NaHCO₃-P>Fe/Al-P>Ca-P>H₂O-P的顺序下降。

 

结论

      微宇宙培养实验结合高分辨率原位DGT、PO和NMT技术，实现了对沉水植物菹草根际微环境的高时空分辨率成像和测量。培养30 d后，LP_DGT值先升高后降低。PO测定表明，根际O₂增加，径向扩散进入更深的沉积物层。根系表面的NMT测量表明，O₂通过通气组织从周围区域进入根系进行代谢和生长供给。根际间隙水中O₂浓度的增加（最高可达100%）主要是由根系O₂向下伸展渗透引起的，而非O₂外排（ROL）驱动的。活性Fe(II)向Fe(III)的强氧化对活性P在沉积物中的固持起着至关重要的作用。由于根际O₂浓度的增加，根系同化和P固定导致沉积物中活性P浓度降低。本研究结果表明，菹草等沉水植物能有效地去除和固定富营养化水生生态系统中的P。

 

测试液

0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, 0.5 mM NaCl, 0.3 mM MES, 0.2 mM Na₂SO₄, pH 6.0

 

NMT仪器信息

据中关村NMT产业联盟了解，中国科学院南京地理与湖泊研究所于2019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.jes.2021.04.010

 

关键词：除磷；菹草；薄膜扩散梯度技术（DGT）；平面光极技术（PO）；非损伤微测技术（NMT）；根际