Plants：NMT发现干旱下寸草叶肉吸收K/Cl/Na速率增加

基本信息

主题：NMT发现干旱下寸草叶肉吸收K⁺/Cl^-/Na⁺速率增加证明其通过提升渗透调节力抵御干旱

期刊：Plants

影响因子：2.762（2020年）

研究使用平台：NMT干旱胁迫创新平台

标题：Antioxidant Enzymatic Activity and Osmotic Adjustment as Components of the Drought Tolerance Mechanism in Carex duriuscula

作者：Sergey Shabala（塔斯马尼亚大学）、陈立平（北京市农林科学院）、侯佩臣（北京市农林科学院、塔斯马尼亚大学）、Feifei Wang（扬州大学）、罗斌（北京市农林科学院）

检测离子/分子指标

K⁺、Cl^-、Na⁺

检测样品

寸草根分生区（距根尖100 μm根表上的点）

干旱胁迫是植物生长的一个主要环境制约因素。气候变化导致的环境温度升高导致降雨量减少或分布不均，会加剧土壤干旱程度。寸草（Carex duriuscula）是一种典型的耐旱莎草，但很少有报道研究其耐旱机制。本研究通过测定寸草叶片和根系组织的抗氧化酶活性，评价有机和无机渗透调节物质在植物渗透调节中的作用，并将其与根系离子吸收方式联系起来，了解寸草的干旱响应机制。采用2个水平的胁迫：轻度（MD）和重度（SD）干旱处理，随后复水。干旱胁迫导致叶片相对含水量和叶绿素含量降低；同时，叶片和根系中过氧化氢（H₂O₂）和超氧阴离子（O₂^-）的含量增加。MD胁迫下，叶片过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）活性增加，而根中只有CAT和POD活性增加。SD胁迫导致根和叶的CAT、POD、超氧化物歧化酶（SOD）、GPX活性均升高。叶片中脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量也增加。在MD和SD两种胁迫条件下，寸草增加了根系对K⁺、Na⁺和Cl^-的吸收，导致叶片和根系中K⁺、Na⁺和Cl^-浓度升高。这种对无机渗透剂的依赖使寸草的渗透调节具有成本效益。总体而言，这项研究表明，由于其 ROS 清除系统和渗透调节机制的有效运行，寸草能够在干旱环境中生存。

离子/分子流实验处理

为了解释干旱胁迫引起的组织离子浓度变化的机制，研究检测了高渗胁迫下根部Na⁺、K⁺和Cl^-吸收转运情况。通过向培养皿中加入适量的甘露醇（最终浓度分别为40和70 mM）来模拟MD和SD条件。如图1所示，甘露醇处理导致所有检测的离子吸收迅速增加（在几分钟内），并在40~45 min内达到稳定。这种增加是剂量依赖性的（例如，更高浓度的甘露醇会产生更高的刺激）。

图1. 在（40mM甘露醇）和SD（70 mM甘露醇）渗透胁迫下，检测寸草根分生区的净离子流速。(A）K⁺流速，（B）Na⁺流速，（C）Cl^-流速。负值代表K⁺、Cl^-、Na⁺吸收。

测试液

仪器采购信息

• 据中关村NMT产业联盟了解，江苏地区的扬州大学于2016年采购了旭月（北京）科技有限公司的非损伤微测系统。

• 据中关村NMT产业联盟了解，北京地区的北京大学、中国农业大学、中国科学院植物研究所等数十家单位采购了旭月（北京）科技有限公司的非损伤微测系统。