转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

微信图文链接

 植物根部Na^＋、K^＋跨膜信号测样服务

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。

 感谢本文一作，东北农业大学周爱民副教授校稿

基本信息

主题：NMT发现筐柳根在盐胁迫下排Na⁺更快具备绿化、改良盐碱地潜力

期刊：Scientific Reports

影响因子：3.998

研究使用平台：NMT植物耐盐创新平台

标题：Morphological and physiological responses of two willow species from different habitats to salt stress

作者：柳参奎（浙江农林大学）、周爱民（东北农业大学）、冯爽（东北林业大学）

检测离子/分子指标

Na⁺、K⁺

检测样品

筐柳（Salix linearistipularis）旱柳（Salix matsudana）根

中文摘要（谷歌机翻）

       植物的耐盐机制非常复杂，不同的植物对盐胁迫有不同的生存策略。本研究分析比较了2种不同生境柳树（筐柳和旱柳）对盐胁迫的形态和生理响应。盐胁迫下，筐柳的种子萌发率和幼苗根系Na⁺外排速率均高于旱柳。盐处理后，筐柳叶片的Na⁺积累、水分和叶绿素损失、光合能力降低以及对叶片细胞结构的破坏均小于旱柳叶片。扫描电镜结合气相色谱质谱分析表明，筐柳叶片的角质蜡含量高于旱柳叶片。总体而言，本研究结果表明，筐柳比旱柳具有更高的耐盐性，这与盐胁迫下不同的形态和生理反应有关。此外，本研究还表明，筐柳在盐碱地绿化改良方面有很大的应用前景。

离子/分子流实验处理

7日龄水培幼苗50、100 mM NaCl处理12 h

离子/分子流实验结果

       使用非损伤微测技术（NMT）比较了筐柳和旱柳幼苗根系Na⁺和K⁺的流速变化（图1a），结果表明，NaCl处理使两种幼苗根系Na⁺和K⁺外排速率均增加，盐胁迫下筐柳根系Na⁺和K⁺外排速率显著高于旱柳。但是，在对照条件下，两个物种都表现出较低的Na⁺和K⁺外排速率，并且没有显著差异（图1b, c）。

图1. 正常和盐胁迫条件下筐柳（Sl）和旱柳（Sm）幼苗根系Na⁺和K⁺外排速率的比较

其它实验结果

• 盐胁迫下，筐柳的种子萌发率高于旱柳。

• 盐胁迫下，筐柳叶片的Na⁺积累和水分损失比旱柳叶片少。

• 盐胁迫对旱柳的叶片光合能力的损伤明显高于筐柳。

• 盐胁迫对旱柳叶细胞超微结构的破坏比对筐柳叶片的破坏更为严重。

• 两种柳叶的角质层蜡的晶体结构高度相似，但蜡的厚度不同。

• 筐柳叶片的角质蜡含量高于旱柳叶片。

结论

本研究表明，与旱柳相比，筐柳在盐胁迫下根系Na⁺外排速率更高、叶片Na⁺积累量减少、叶片细胞结构和光合能力维持较好、表皮蜡含量增加，具有更高的耐盐性，可以作为盐碱地绿化、改良和植物修复的理想树种。

测试液

0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, 0.5 mM NaCl, pH 5.8

仪器采购信息

• 据中关村NMT产业联盟了解，东北农业大学于2018年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。

• 据中关村NMT产业联盟了解，东北林业大学于2013年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。

文章原文：https://doi.org/10.1038/s41598-020-75349-2

关键词：盐胁迫；柳树；形态；生理响应

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

微信图文链接

 叶状体Na⁺、K⁺、H₂O₂、Ca²⁺跨膜信号测样服务

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。

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

微信图文链接

植物根部O₂、Na⁺、H⁺跨膜信号测样服务

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发现盐胁迫下耐盐杨树根吸氧更多促线粒体呼吸以激活H⁺泵促排Na⁺

期刊：Tree Physiology

影响因子：3.665

研究使用平台：NMT植物耐盐创新平台

标题：NaCl-altered oxygen flux profiles and H⁺-ATPase activity in roots of two contrasting poplar species

作者：北京林业大学陈少良、马秀英、邓晨、李金克

检测离子/分子指标

O₂，Na⁺，H⁺

检测样品

胡杨（Poplus euphratica）、群众杨（Poplus popularis）的根，距根尖100、600、1100、1600、2100、2600、10000、10500、11000、11500、12000、12500 μm根表上的点。

       维持线粒体呼吸对于H⁺泵ATP在盐胁迫下排出Na⁺至关重要。本文研究了NaCl胁迫对胡杨（耐盐）和群众杨35-44（盐敏感）O₂吸收、线粒体呼吸和H⁺-ATPase活性的影响。与群众杨相比，胡杨根系在NaCl胁迫（150 mM）下表现出更强的Na⁺外排能力。用Pb(NO₃)₂染色进行的细胞化学分析表明，在长期（LT）增加盐胁迫（50~200 mM NaCl, 4周）的过程中，胡杨根细胞比盐敏感的杨树保留了更高的H⁺水解活性。质子泵的长期持续激活需要通过有氧呼吸来提供持久的能量（ATP）。利用非损伤微测技术（NMT）对盐胁迫下根系O₂吸收的种类、空间和时间差异进行了研究。虽然盐诱导的O₂瞬态动态变化与高渗冲击（255 mM甘露醇）引起的O₂的剧烈下降有明显区别，但胡杨在NaCl实时处理（150 mM）时的吸氧量下降幅度小于群众杨。短期（ST）处理（150 mM NaCl, 24 h）刺激了胡杨根系O₂的内流，LT处理胡杨根系O₂的内流速率沿根轴增加，而群众杨的根系O₂内流速率则随盐度的增加而下降。在ST和LT胁迫期间，高浓度NaCl（150、200 mM）处理下，O₂内流速率的空间定位表明，根尖区比伸长区更易受到影响。药理学实验表明，当线粒体呼吸抑制剂NaN₃抑制O₂的吸收时，盐渍化的根中的Na⁺外排和H⁺-ATPase活性会受到相应的抑制。因此研究认为，稳定的线粒体呼吸使胡杨根细胞的H⁺-ATPase能在盐环境下维持Na⁺稳态。

离子/分子流实验处理

1. 150 mM NaCl或255 mM等渗甘露醇实时处理。

2. 短期胁迫（ST）：150 mM NaCl胁迫24 h。

3. ST胁迫之后，2 mM NaN₃（线粒体呼吸抑制剂）处理20 min。

4. 长期胁迫（LT）：NaCl浓度从第一周的50 mM开始，每周增加50 mM，最后一周达到200 mM。

       利用NMT在通常观察到峰值的根尖区和伸长区检测O₂流速。流速数据显示，两种杨树根系均有O₂的净流入，但群众杨的流速比胡杨的流速大30~42 pmol cm^-2s^-1（图1）。根尖区（距根尖0.1~2.6 mm）O₂内流速率大于伸长区（距叶尖10.0~12.5 mm, 图1）。

图1. 胡杨和群众杨根尖区和伸长区O₂内流。

       在距根尖1.1 mm的根尖区检测O₂流速对NaCl或高渗胁迫（甘露醇）的响应。NaCl（150 mM）的加入使两种杨树的O₂流速立即降低，且随着盐胁迫时间的延长，流速逐渐降低（图2A）。与耐盐杨树相比，盐敏感的群众杨O₂内流速率下降的更为明显（图2A, B）。NaCl实时胁迫10 min后胡杨O₂流速趋于稳定，而群众杨O₂流速持续下降，直至观察时间结束（图2A）。

       高渗处理的杨树根系O₂实时动态变化与NaCl实时处理的根系不同。在受到255 mM甘露醇引起的等渗胁迫后，胡杨和群众杨的O₂内流立即减少48~57%，随后在记录期间内保持恒定（图2C）。实时流速数据显示，高渗处理对O₂内流产生了比盐离子更明显的限制作用（图2B, D）。

图2. NaCl和高渗胁迫实时处理对胡杨和群众杨根部O₂实时动态变化的影响。

       150 mM NaCl短期（ST, 24 h）处理后，胡杨根系稳态O₂流速的模式与群众杨不同。研究观察到ST处理后的胡杨根系氧内流速率增加（图3A）。在群众杨根系中，NaCl处理降低了根尖区的O₂流速，但在伸长区的O₂流速变化不明显（图3B）。为确定盐刺激的胡杨根系O₂内流是否是线粒体呼吸被激活的结果，采用线粒体呼吸抑制剂NaN₃抑制细胞色素途径。抑制剂NaN₃显著降低了NaCl胁迫下胡杨根中O₂的内流（图3C），表明ST处理激活了胡杨根细胞的线粒体呼吸。抑制剂NaN₃能够显著降低ST处理下群众杨根系中O₂的内流速率（图3D），表明植物的线粒体呼吸受到严重抑制。

图3. NaCl和线粒体呼吸抑制剂（NaN₃）对胡杨和群众杨根部稳态O₂流速的影响。

       群众杨是一种盐敏感树种，因此在4周的处理中以50、100、150、200 mM递增的方式增加盐分。在增加盐分处理期间每周检查稳态O₂流速。胡杨和群众杨在50 mM NaCl胁迫1周后，沿根轴O₂内流速率增加，尽管耐盐杨树受到了更明显的刺激（图4A, B）。然而，在第2周100 mM NaCl胁迫下，群众杨不存在盐刺激的O₂吸收（图4D）。本研究注意到，暴露在较高盐度下，即第3周150 mM NaCl和第4周200 mM NaCl，引起了群众杨中O₂内流速率的显著下降，且这种影响在根尖区更为明显（图4F, H）。与盐敏感杨树相比，在盐胁迫期间，胡杨表现出沿根轴的O₂内流增加，但刺激效果随盐度的增加而下降（图4A, C, E, G）。

图4. 长期增加NaCl对胡杨和群众杨根部O₂流速的影响。

       木本植物和草本植物的耐盐性在很大程度上是由Na⁺从细胞质中排出所介导的。为证实盐环境下胡杨根细胞稳定的线粒体呼吸是否能激活H⁺-ATPase以维持Na⁺稳态，本研究在盐胁迫下，检测了线粒体呼吸抑制剂NaN₃对Na⁺外排和体内H⁺-ATPase活性的影响。NaCl（150 mM, 24 h）引起两种杨树根尖Na⁺外排显著增加（图5A）。值得注意的是，在NaCl处理下胡杨根系的Na⁺外排速率明显高于群众杨（图5A）。然而，抑制剂NaN₃显著降低了NaCl胁迫下根系Na⁺外排速率（图5A），表明线粒体呼吸受到抑制后，Na⁺外排减少。在无盐对照条件下，NaN₃没有明显改变Na⁺流速，这在两种杨树中几乎无法检测到（图5A）。

       用NMT研究了NaCl胁迫下根中PM H⁺-ATPase的活性。NaCl处理（150 mM, 24 h）使H⁺的净内流速率在两个杨树根系中增加（图5B），这是Na⁺/H⁺跨PM逆向转运所致的（图5A, B）。NaN₃增加了盐刺激下的H⁺内流（图5B），而抑制剂处理的根系中没有相应的增加Na⁺外排（图5A）。因此，抑制剂引起的H⁺内流主要是由质膜H⁺-ATPase产生的H⁺外排减少引起的。此外，NaN₃导致两种杨树对照根中H⁺内流的增加（图5B），这是由于抑制剂处理下根中H⁺泵活性降低所致。

图5. NaCl和线粒体呼吸抑制剂（NaN₃）对胡杨和群众杨根系Na⁺和H⁺稳态流速的影响。

图6. 植物根部检测图

其它实验结果

• 50 mM NaCl处理1周后，群众杨根部的整体呼吸量增加。然而，随着NaCl浓度和盐胁迫时间的增加，群众杨根部的呼吸速率呈下降趋势，呼吸速率在第3~4周达到最低值。与群众杨相反，NaCl处理的胡杨根的呼吸速率在处理1周后明显增加，在随后的3周盐胁迫中仍比对照植物高36~44%。

• 细胞化学染色结果显示，盐胁迫1周后，胡杨和群众杨皮层细胞的质膜中染色强度增加。然而，在高NaCl处理的最后2周（150, 200 mM），群众杨细胞中H⁺-ATPase的活性明显下降。与群众杨树相比，胡杨根细胞在高盐处理期间保持了H⁺-ATPase的活性。

       氧流速数据表明，在实时盐胁迫、ST和LT盐胁迫下，胡杨根系表现出较强的维持线粒体呼吸的能力。在盐环境下，稳定的线粒体呼吸使胡杨根细胞的H⁺-ATPase能在盐环境下维持Na⁺稳态。

测试液

O₂：0.1 mM CaCl₂, 0.5 mM KCl, pH 6.0

Na⁺、H⁺：0.5 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, 0.1 mM NaCl, 2.5% sucrose, pH 5.8

仪器采购信息

• 据中关村NMT产业联盟了解，北京林业大学于2009年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。

文章原文：https://academic.oup.com/treephys/advance-article/doi/10.1093/treephys/tpaa142/5940447

关键词：根；质膜H⁺-ATPase；细胞化学染色；线粒体呼吸；O₂内流；杨树；NaCl；NMT

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

微信图文链接

植物根、茎、叶柄、叶脉、维管束实时NH₄⁺、-NO₃^-吸收、转运测样服务

感谢本文一作，中国农科院蔬菜花卉所博后刘玉梅供稿

基本信息

主题：NMT发现低温导致黄瓜NO₃^-吸收和向上运输受抑并还原成NH₄⁺来降低能耗

期刊：BMC Plant Biology

影响因子：3.497

研究使用平台：NMT温度胁迫创新平台

标题：Adaptation of Cucumber Seedlings to Low Temperature Stress by Reducing Nitrate to Ammonium During It’s Transportation

作者：中国农业科学院蔬菜花卉研究所于贤昌、李衍素、刘玉梅

检测离子/分子指标

NO₃^-，NH₄⁺

检测样品

黄瓜根毛区、主根基部、茎、叶柄、叶中脉、侧脉和龙头维管束

研究背景：低温严重抑制黄瓜（Cucumis sativus）等喜温作物对硝态氮和铵态氮的吸收、转运和代谢，进而抑制植株生长。然而，关于低温对黄瓜氮素转运的影响仍然知之甚少。

主要结果：采用非损伤微测技术（NMT）研究了低温对黄瓜幼苗根毛区和主根基部、茎、叶柄、叶中脉、侧脉和龙头维管束中NO₃^-和NH₄⁺净离子流速的影响。与对照（26°C）相比，低温（8°C）处理导致黄瓜幼苗根毛区和维管束中NO₃^-净离子流速显著降低，而叶中脉、侧脉和龙头维管束中的NH₄⁺净离子流速显著升高。与之相应，叶柄和叶中脉中CsNRT1.4a基因的相对表达量下调，叶中脉中CsAMT1.2a-1.2c基因的相对表达量上调。¹⁵N同位素示踪的检测结果表明，与对照相比，低温处理导致黄瓜幼苗对NO₃^--N和NH₄⁺-N的吸收量显著降低，且NO₃^--N和NH₄⁺-N在地上部的含量和分配比例均降低。低温条件下，幼苗根中硝酸还原酶实际活性（NRA_act）没有显著变化，茎和叶柄中的NRA_act分别升高了113.2% 和 96.2%。

结论：黄瓜幼苗叶片和幼嫩组织中较高的NH₄⁺净离子流速可能是由于茎和叶柄中较高的NRA_act导致NO₃^-在向上运输过程中被还原为NH₄⁺的比例增加。这些结果对于揭示植物硝酸盐转运对低温胁迫的适应机制有一定意义。

离子/分子流实验处理

正常温度（NT: 26℃）和低温（LT: 8℃）处理5 h

 

图1. 黄瓜根毛区（A, B）、主根基部（C, D）、茎（E, F）、叶柄（G,H）、叶中脉（I, J）、侧脉（K, L）和龙头（M, N）维管束中NO₃^-净流速

        但与NO₃^-流速相比，LT处理下NH₄⁺流速的变化有所不同。与NT处理相比，LT处理下根毛区、主根基部、茎、叶柄维管束中NH₄⁺净外排速率明显下降。而叶中脉、侧脉和龙头维管束的NH₄⁺净流速明显增加（图2）。

 

图3. 植物根部检测图

其它实验结果

• 与NH₄⁺-N的吸收相比，低温对NO₃^--N吸收的抑制更为严重。

• 在NT处理下，黄瓜幼苗检测部位的NO₃^--N浓度明显高于NH₄⁺-N浓度，说明NO₃^--N是黄瓜幼苗主要利用的N形式。

• 与NT处理下的相比，LT处理下不同器官的NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度明显下降。

• LT环境下，NO₃^--N和NH₄⁺-N在根部的分布比例显著增加，但地上器官中的NO₃^--N和NH₄⁺-N的分布比例均下降。

• 低温降低了黄瓜叶柄和叶中脉中CsNRT1.4a的相对表达量，而CsAMT1.2a、CsAMT1.2b和CsAMT1.2c在叶中脉中的表达水平明显增强。因此，这些基因的表达可能与叶柄和叶中脉的NO₃^-和NH₄⁺运输密切相关。

• 与NT处理相比， LT处理5 h后根部的NRA_max明显下降，而茎、叶柄和叶中脉的NRA_max明显增加。与NT处理下相比，茎和叶柄中的NRA_act显著增加，而LT处理下中脉和叶片中的NRA_act显著减少。

• CsNR1可能是根部表达的显性NR基因，CsNR3可能是叶片表达的显性NR基因。CsNR2和CsNR3可能共同在茎和叶柄中起主导作用。

• 与CsNR基因相比，不同器官间CsNiR相对表达量差异较小。LT处理在一定程度上增强了CsNiR在叶柄、叶中脉和叶片中的表达。CsNiR在NT和LT处理下的根中表达量最高，但低温对其表达量没有显著影响。

        本研究结果证明黄瓜幼苗在低温条件下NO₃^-向上运输的过程中会把NO₃^-更多的还原成NH₄⁺。这种作用可能会降低N运输时对能量的依赖性，使植物能适应低温胁迫下能量供应的减少。与NO₃^-相比，低温对根毛区、主根基部维管束和茎中NH₄⁺-N的吸收和NH₄⁺净流速的抑制较小（图4）。低温下，叶中脉、侧脉和龙头维管束中的NH₄⁺净流速增加，这与NO₃^-净流速的响应相反。与这些响应一致，低温下CsNRT1.4a在叶柄和叶中脉的相对表达下调，而CsAMT1.2a-1.2c在叶中脉的表达上调。茎和叶柄中NRA_act较高。鉴于黄瓜作为温室蔬菜作物的重要性，本研究不仅有助于进一步了解喜温植物的耐低温性，而且有助于完善温室内蔬菜的冬季栽培技术。