国际竹藤中心:NMT发现干旱诱导毛竹根叶Ca2+显著吸收 为毛竹通过Ca2+信号转导调节抗旱性提供证据
基本信息
期刊:Forests
研究使用平台:NMT干旱胁迫创新平台
标题:Physiological Response Characteristics of Moso Bamboo under Drought Stress Based on Calcium Signal
作者:国际竹藤中心蔡春菊、范少辉、景雄
检测离子/分子指标
Ca2+
检测样品
毛竹根(距根尖600 μm根表上的点)、叶
离子/分子流实验处理方法
20% PEG-6000实时处理
离子/分子流实验结果
为了验证干旱胁迫下钙响应蛋白含量与细胞游离Ca2+浓度的相关性,研究用NMT检测了毛竹根部实时Ca2+流速(图1)。用20% PEG-6000模拟干旱胁迫处理时,根尖表面的Ca2+从稳定的弱内流到强内流,达到峰值后Ca2+吸收能力逐渐减弱,这可能与Ca2+及其受体CaM和CDPKs的综合状态有关,这些结果表明了根系Ca2+流速在干旱胁迫下的性能特征。
图1.20%PEG-6000瞬时处理对毛竹幼苗根尖Ca2+净流速的影响。正值代表离子外排,负值表示离子吸收。
为了验证干旱胁迫下钙响应蛋白含量与细胞游离Ca2+浓度的相关性,研究用NMT检测了毛竹叶部Ca2+流速(图2)。在干旱胁迫条件下,叶片中的Ca2+内流速率显著增强,验证了保卫细胞的关闭与细胞内Ca2+浓度之间的关系。这一结果表明,保卫细胞中Ca2+浓度的升高可能与细胞壁Ca2+的储存和细胞外游离Ca2+的内流相关,这被认为是保卫细胞应对干旱胁迫的调节机制。
图1.干旱处理对毛竹叶片Ca2+净流速的影响。正值代表离子外排,负值表示离子吸收。
其他实验结果
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不同土壤水处理下毛竹幼苗生理特性的主成分分析。分析表明,第一主成分中Pro、CaM、CDPKs、MDA、IAA、JA、ABA因子负荷较大,同时第二主成分中SOD因子负荷较大;第一主成分反映了干旱胁迫下毛竹质膜耐受性和内源激素协同生长速率的信号调控,目的是反映毛竹对干旱胁迫的主要生理应对策略(基于钙信号);抗氧化酶活性是第二主成分中最关键的因素,可以清除活性氧以抵抗干旱胁迫,主要反映了毛竹抑制生物氧化和抗干旱胁迫的能力;第三主成分是保护渗透压、增强植物抗旱性的重要细胞质渗透调节物质,参与调节渗透压,以缓解干旱造成的环境胁迫。
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钙信号在干旱胁迫下生理作用的响应。干旱胁迫下根细胞中游离Ca2+浓度的增加可能是由于胞质Ca2+的释放和细胞外内流所致;干旱胁迫使保卫细胞组成的气孔处于封闭状态,气孔细胞中Ca2+浓度增加。
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毛竹叶内源性激素含量与的RWC回归模型。结果表明,毛竹通过IAA、JA和ABA三种激素的共同调节来适应不同的土壤含水量。基于钙信号转导,通过调节激素含量来抑制植物生长和调节气孔关闭,有助于植物应对干旱胁迫。
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渗透调节物质、丙二醛含量与RWC的回归模型分析。在干旱胁迫下,毛竹叶通过积累渗透调节物质来维持细胞扩张压力,以抵抗干旱胁迫引起的叶片萎蔫。
结论
综上所述,本研究表明,毛竹的Ca2+信号通路通过信号转导级联了植物的生理生化响应,从而形成了毛竹对干旱胁迫的响应网络。更重要的是研究指出,丙二醛(MDA)的产生、渗透调节因子的积累和内源性激素的协调变化是评估毛竹干旱胁迫程度的重要生理指标。本研究发现渗透胁迫对抗旱性的调控以及激素的共同调控都是由钙信号转导引起的。本文的结果为人工栽培和毛竹种质资源的保存提供了水分相关的数据支撑。
测试液
0.1mM CaCl2, 0.5mM KCl, pH 6.0
NMT试验标准化方案
NMT仪器信息
原文链接:https://www.mdpi.com/1999-4907/12/12/1699
供稿:刘蕴琦、赵雪琦
编辑:刘兆义
关键词:毛竹;干旱胁迫;钙离子;钙敏感蛋白;抗旱生理;植物类