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4月8日，某研究所将NMT技术应用于钙信号研究，测试样品为小麦，测试指标为Ca2+，在旭月研究院完成实验。| 5月9号，某研究院将NMT技术应用于逆境生理领域，测试样品为黄瓜幼苗，测试指标为NO3-、NH4+，在旭月研究院完成实验。| 6月2号，某研究院将NMT技术应用于逆境胁迫领域，测试样品为棉花苗，测试指标为Ca2+、H+、K+、Na+、IAA，在旭月研究院完成实验。| 6月5号，某研究院将NMT技术应用于植物逆境领域，测试样品为苜蓿，测试指标为K+，在旭月研究院完成实验。| 6月9号，某研究所将NMT技术应用于水稻逆境领域，测试样品为水稻，测试指标为Na+、Ca2+，在中国科学院植物研究所完成实验。| 6月11号，某研究院将NMT技术应用于植物抗逆领域，测试样品为酵母细胞，测试指标为IAA，在旭月研究院完成实验。| 6月16号，某高校将NMT技术应用于昆虫研究，测试样品为昆虫，测试指标为Ca2+、K+，在旭月研究院完成实验。| 6月19号，某研究院将NMT技术应用于植物抗逆领域，测试样品为拟南芥，测试指标为Ca2+，在旭月研究院完成实验。|

中农张明才：NMT发现盐胁迫下甘氨酸甜菜碱(GB)促玉米根排Na+ 为GB调节Na+稳态促玉米耐盐提供证据

 

基本信息

主题：NMT发现盐胁迫下甘氨酸甜菜碱(GB)促玉米根排Na+ 为GB调节Na+稳态促玉米耐盐提供证据

期刊：Frontiers in Plant Science

影响因子：5.6

研究使用平台：NMT植物耐盐创新平台

标题：Glycine betaine increases salt tolerance in maize (Zea mays L.) by regulating Na+ homeostasis

作者：中国农业大学张钰石，朱明媛，张明才

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

NMT文章作者点击申奖

 

检测离子/分子指标

Na+

 

检测样品

玉米初生根分生区(距根尖约700 μm)，叶片原生质体

 

解读人

刘文龙，西北农林科技大学博士，研究方向油菜氮素高效转化&油菜抗旱，导师江元清。

 

中文摘要

提高作物耐盐性是适应气候变化、满足未来粮食需求的一项措施。已有研究表明，甘氨酸甜菜碱(GB)作为渗透调节剂在提高植物抗盐性方面发挥着重要作用。然而，GB调节植物对盐胁迫反应过程中的Na+动态平衡的机制尚不清楚。在这项研究中，利用水培方法培养的玉米植株受到了125 mM NaCl的处理，以诱导盐胁迫。同时，另一组处于盐胁迫条件下的玉米植株被处理了100 mM GB（甘氨酸甜菜碱）。我们发现，在非胁迫(NS)和盐分胁迫(SS)条件下，GB处理促进了玉米植株的生长。GB处理显著地保持了叶绿素荧光特性，包括Fv/Fm、FFSII和FNPQ，并提高了抗氧化酶活性，以缓解盐诱导的生长抑制。此外，GB降低Na+/K+的作用主要是通过减少Na+在植物体内的积累。NMT测试结果进一步证实，在SS条件下，GB增加了根中Na+的外排，细胞内Na+的荧光成像表明GB减少了细胞内Na+的分配。在SS胁迫下，GB还增加了叶片原生质体的Na+外排，质膜H+-ATPase抑制剂原钒酸钠处理显著缓解了GB对盐胁迫下Na+外排的积极影响。GB可显著提高NHX的液泡活性，但对V型H+-ATPase活性无明显影响。此外，GB还显著上调了质膜H+-ATPase基因ZmMHA2和ZmMHA4以及Na+/H+逆向转运蛋白基因ZmNHX1的表达。而V型H+-ATPase基因ZmVP1不受GB的显著调控。综上所述，这些结果表明，Gb通过提高质膜H+-ATPase基因转录和蛋白活性来调节细胞内Na+稳态，从而提高玉米的耐盐性。本研究对甘蓝在植物对盐分反应中的作用有了进一步的了解，有助于开发利用甘蓝在盐碱条件下获得玉米高产的支持措施。

 

离子/分子流实验处理方法

两叶一心期玉米用100 µM GB处理两天，再用125 mM NaCl溶液处理两天。

 

离子/分子流实验结果

喷施GB后，根部和地上部Na+浓度显著下降，这标明GB可能会影响到玉米的Na+外排，故采用非损伤微测技术（NMT）检测根和原生质体中Na+的外排速率。在125 mM NaCl处理两天后，GB处理显著提高了根的Na+通量特性(图1A, B)。在盐胁迫条件下，叶片原生质体表现出向外整流的趋势，而外源GB处理的原生质体表现出促进Na+外排的作用。此外，GB处理组和非盐胁迫组之间的Na+流出没有显著差异(图1C, D)。

 

图1

在盐胁迫下，添加0.5 mM原钒酸钠后，GB处理的原生质体的Na+外排比对照组显著减少72%(图1E, F)。当用阿米洛利处理时，盐胁迫下的Na+外排显著低于没有任何抑制剂的处理，但阿米洛利处理不能缓解GB处理引起的显著增加的趋势(图1G, H)。这些结果表明，外源性Gb主要通过盐胁迫下质膜H+-ATPase活性的上调来促进Na+外排。

​图1、图2. GB对根和叶原生质体中Na+外排的影响。正值代表Na+外排。。

 

 

其他实验结果

  • 氮素和盐分对玉米生长的具有促进作用。
  • GB能使玉米在盐胁迫下保持光合作用活性，提高抗氧化能力，保持膜稳定性。
  • GB能减少Na+积累和钠钾离子比率。
  • 外源GB通过质膜H+-ATPase促进Na+外。
  • GB能增强V型Na+/H+逆向转运蛋白活性。
  • 盐胁迫和外源GB影响玉米叶片质膜H+-ATPase基因、V型H+-ATPase基因和液泡Na+/H+交换基因的转录水平。

 

结论

在盐胁迫条件下，100 mM GB能够显著改善玉米的光合作用和抗氧化活性，从而维持了植物的生长。与对照组相比，GB减少了茎和根中Na+的积累，这主要归因于根部Na+吸收率的降低和叶片细胞内Na+的排出增加。在玉米叶片中，GB显著增加了编码质膜H+-ATP酶、质膜Na+转运蛋白和液泡NHX的基因表达，并增加了质膜H+-ATP酶的酶活性，以提高细胞内Na+的排出。因此，除了作为渗透物质和抗氧化剂活化剂的作用外，GB还通过增加质膜H+-ATP酶的基因表达和活性来改善玉米的耐盐性，从而进一步缓解了Na+毒性。

 

测试液

5 mM NaCl, 0.5 mM NaCl, 500 mM Mannitol(甘露醇), 500 µM sodium orthovanadate(质膜H+-ATPase抑制剂), 1 mM amiloride (Na+/H+逆向转运蛋白抑制剂)

 

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/10.3389/fpls.2022.978304

 

供稿：刘文龙

编辑：叶斌，刘兆义

 

关键词：Na+；GB；盐胁迫；玉米；根；原生质体；植物类

 

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