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Aquat Toxicol南京地湖所谢丽强:NMT发现微囊藻毒素LR可破坏苦草根叶Ca/H平衡 从而影响营养物质积累


 

基本信息

主题:NMT发现微囊藻毒素LR可破坏苦草根叶Ca/H平衡 从而影响营养物质积累

期刊:Aquatic Toxicology

影响因子:5.2

研究使用平台:NMT毒理研究创新平台

标题:The disruption of calcium and hydrogen ion homeostasis of submerged macrophyte Vallisneria natans (Lour.) Hara caused by microcystin-LR

作者:中科院南京地理与湖泊研究所谢丽强、程晨

 

检测离子/分子指标

Ca2+、H+

 

检测样品

苦草叶片边缘,根部分生区和成熟区

 

中文摘要

本研究采用非损伤微测技术(NMT)检测了微囊藻毒素LR(MC-LR)对苦草钙离子(Ca2+)和氢离子(H+)稳态的影响,并研究了离子平衡与生理指标之间的关系。结果显示:1)MC-LR在苦草组织中富集,在根部的吸收量大于叶;2)MC-LR诱发了叶片持续性、剂量依赖性的Ca2+外排和根部可恢复的Ca2+外排。虽然叶和根的H+-ATPase被MC-LR激活,但增强了根的H+外排和叶的H+吸收。通过影响Ca2+和H+的稳态,MC-LR直接或间接地影响了营养物质的积累:氮、镁、磷、钙、铁和锌的积累在叶片中减少;钙、镁和锌在根部减少;而钾在叶片和根部都表现出增加。显微结果显示,MC-LR引起了叶片肿胀,蛋白质和淀粉的积累减少。此外,Ca2+的外排和过渡金属积累的减少,导致叶片和根部的ROS水平下降。水生植物离子平衡的破坏可以由低至1 μg/L的MC-LR引起,这表明由微囊藻毒素引起的生态影响需要更多的关注。

 

离子/分子流实验处理方法

0,1,10,100,100μg/L的MC-LR处理苦草8天

 

离子/分子流实验结果

如图1所示,100 μg/L MC-LR引起了苦草叶片持续性的Ca2+外排和根部可逆性的Ca2+外排。100 μg/L MC-LR引起了引起叶片H+内流和根部分生区H+外排,对根成熟区无明显影响。

 

图1.8天内100μg/L MC-LR对苦草叶片和根部离子流的影响。正值代表外排,负值代表吸收

MC-LR引起了苦草叶片剂量依赖性的Ca2+外排和根部的Ca2+外排(1和1000 μg/L),MC-LR引起了苦草叶片H+内流和根分生区、成熟区的H+外排。根分生区H+外排程度强于成熟区(图2)。

 

图2.不同浓度MC-LR对苦草叶片和根部离子流的影响。正值代表外排,负值代表吸收

 

其他实验结果

  • MC-LR影响了营养物质的积累:氮、镁、磷、钙、铁和锌的积累在叶片中减少;钙、镁和锌在根部减少;而钾在叶片和根部都表现出增加。

  • 显微结果显示MC-LR引起了叶片肿胀,蛋白质和淀粉的积累减少。

  • Ca2+的外排和过渡金属积累的减少,导致叶片和根部的ROS水平下降。

 

结论

本研究利用NMT研究了MC-LR对苦草Ca2+和H+稳态的影响,并探讨了离子流速和营养物质积累之间的联系。MC-LR通过破坏苦草根和叶Ca2+和H+的平衡,减少了N、P、Ca、Mg、Fe和Zn的积累,但增加了K的积累,进一步导致蛋白质和淀粉的合成减少,并引起叶片肿胀。ROS随MC-LR浓度的降低是由于过渡金属积累和Ca2+外排的减少导致的。本研究结果表明,即使没有发生大规模的蓝藻水华,水生植物的离子平衡仍会受到干扰。

 

测试液

0.1 mM KCl, 0.3 mM MES, 0.1mM CaCl2,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


文章原文:https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2022.106377

 

供稿:程晨

编辑:叶斌,刘兆义

 

关键词:微囊藻毒素LR;H+;Ca2+;苦草;营养积累;植物类