EEB 中国农科院王耀生团队：NMT发现干旱或/和缺N下保卫细胞钙钾转运特征 为探究胁迫对大麦叶片生理和蛋白质组学的影响提供证据
基本信息
主题：NMT发现干旱或/和缺N下保卫细胞钙钾转运特征 为探究胁迫对大麦叶片生理和蛋白质组学的影响提供证据
期刊：Environmental and Experimental Botany
影响因子：6.028
研究使用平台：NMT逆境创新平台
标题：Independent and combined influence of drought stress and nitrogen deficiency on physiological and proteomic changes of barley leaves
作者：中国农科院环发所王耀生、李丽
获奖情况：该成果获得2022-2023年度“中关村优秀NMT成果奖”二等奖
检测离子/分子指标
Ca2+、K+
检测样品
大麦叶片保卫细胞
供稿人简介
李丽，博士。研究方向主要为作物水氮高效利用，研究对象为大麦。以野生型大麦与ABA缺失突变体大麦为试验材料，利用NMT技术、同位素示踪技术以及蛋白质组学技术等，研究大麦对水氮胁迫的响应及适应机制。以第一作者在Agricultural Water Management和Environmental and Experimental Botany等期刊发表多篇论文。
中文摘要
干旱胁迫与氮素缺乏在作物生长过程中常常相伴发生，但两者的复合效应仍不清楚。本文研究了干旱胁迫、缺氮和两者复合胁迫下大麦的生理变化，并利用非标记蛋白质组学技术对干旱胁迫或/和缺氮条件下大麦叶片蛋白质组进行检测。研究结果表明，干旱胁迫下大麦光合速率降低的主要原因是气孔导度的下降。但是，复合胁迫下光呼吸的增加以及气孔导度和叶绿素的降低导致大麦光合速率降低。与干旱胁迫或缺氮处理相比，复合胁迫下大麦叶片中参与能量代谢、碳水化合物代谢和氨基酸代谢相关的蛋白表达量增加，引起更广泛的代谢通路。大麦在复合胁迫下通过增强有氧呼吸产生更多的能量来维持生长。干旱胁迫或/和缺氮条件下植株叶片蛋白质合成减少；而缺氮和复合胁迫下，蛋白质降解增强，从而提供游离氨基酸。本研究结果为作物对干旱和缺氮复合胁迫的响应机制做了进一步探索，有助于深入了解植物对不利环境条件的响应和适应。
离子/分子流实验处理方法
0.1 mM NH4NO3、15% PEG和0.1 mM NH4NO3+15%PEG处理72 h
离子/分子流实验结果
在干旱胁迫或缺氮条件下，大麦保卫细胞的Ca2+内流减少，而在复合胁迫下，保卫细胞净Ca2+通量从内流转向外排（图1a），这与大麦叶片钙转运ATP酶的上调有关。对照处理和干旱胁迫下大麦保卫细胞K+外排高于缺氮和复合胁迫处理（图1b）。与对照处理相比，干旱胁迫72 h后，保卫细胞K+外排没有增加。这是因为K+长期大量外排可导致细胞死亡。因此，植物通过合成一些有机溶质，如可溶性糖，来代替长期大量K+外排，调节保卫细胞膨压，适应干旱胁迫。
图1 水氮处理下大麦叶片保卫细胞Ca2+与K+净流量。正值代表外排，负值代表内流。
其他实验结果
- 干旱和复合胁迫下，大麦的An、gs和Tr显著降低。
- 干旱胁迫下，参与光合作用的蛋白质变化较小，作物光合速率的下降主要是由于气孔导度的降低。
- 叶片gs的下降与植株在干旱胁迫和复合胁迫下化学信号（ABA）和水力信号传导有关。
- 与干旱胁迫和缺氮相比，复合胁迫下大麦叶片中参与能量代谢、碳水化合物代谢和氨基酸代谢相关的蛋白表达量增加，引起更广泛的代谢通道。
- 干旱胁迫下，大麦叶片中蛋白质的合成下降；缺氮和复合胁迫下，蛋白质的降解增强，合成减少。
结论
复合胁迫下光呼吸的增加以及气孔导度和叶绿素的降低导致大麦光合速率降低；复合胁迫下大麦叶片中参与能量代谢、碳水化合物代谢和氨基酸代谢相关的蛋白表达量增加；大麦在复合胁迫下需要更多能量维持生长。
测试液
0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl2, 0.1 mM MgCl2, 0.5 mM NaCl, 0.3 mM MES, 0.2 mM Na2SO4, pH 6.5
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.envexpbot.2023.105346
供稿：李丽
编辑：叶斌，刘兆义
关键词：Ca2+；K+；氮胁迫；干旱胁迫；大麦；保卫细胞；植物类