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基本信息

主題：NMT發現干旱下寸草葉肉吸收K⁺/Cl^-/Na⁺速率增加證明其通過提升滲透調節力抵御干旱

期刊：Plants

影響因子：2.762（2020年）

研究使用平臺：NMT干旱脅迫創新平臺

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

作者：Sergey Shabala（塔斯馬尼亞大學）、陳立平（北京市農林科學院）、侯佩臣（北京市農林科學院、塔斯馬尼亞大學）、Feifei Wang（揚州大學）、羅斌（北京市農林科學院）

檢測離子/分子指標

K⁺、Cl^-、Na⁺

檢測樣品

寸草根分生區（距根尖100 μm根表上的點）

干旱脅迫是植物生長的一個主要環境制約因素。氣候變化導致的環境溫度升高導致降雨量減少或分布不均，會加劇土壤干旱程度。寸草（Carex duriuscula）是一種典型的耐旱莎草，但很少有報道研究其耐旱機制。本研究通過測定寸草葉片和根系組織的抗氧化酶活性，評價有機和無機滲透調節物質在植物滲透調節中的作用，并將其與根系離子吸收方式聯系起來，了解寸草的干旱響應機制。采用2個水平的脅迫：輕度（MD）和重度（SD）干旱處理，隨后復水。干旱脅迫導致葉片相對含水量和葉綠素含量降低；同時，葉片和根系中過氧化氫（H₂O₂）和超氧陰離子（O₂^-）的含量增加。MD脅迫下，葉片過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）和谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）活性增加，而根中只有CAT和POD活性增加。SD脅迫導致根和葉的CAT、POD、超氧化物歧化酶（SOD）、GPX活性均升高。葉片中脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量也增加。在MD和SD兩種脅迫條件下，寸草增加了根系對K⁺、Na⁺和Cl^-的吸收，導致葉片和根系中K⁺、Na⁺和Cl^-濃度升高。這種對無機滲透劑的依賴使寸草的滲透調節具有成本效益。總體而言，這項研究表明，由于其 ROS 清除系統和滲透調節機制的有效運行，寸草能夠在干旱環境中生存。

離子/分子流實驗處理

為了解釋干旱脅迫引起的組織離子濃度變化的機制，研究檢測了高滲脅迫下根部Na⁺、K⁺和Cl^-吸收轉運情況。通過向培養皿中加入適量的甘露醇（最終濃度分別為40和70 mM）來模擬MD和SD條件。如圖1所示，甘露醇處理導致所有檢測的離子吸收迅速增加（在幾分鐘內），并在40~45 min內達到穩定。這種增加是劑量依賴性的（例如，更高濃度的甘露醇會產生更高的刺激）。

圖1. 在（40mM甘露醇）和SD（70 mM甘露醇）滲透脅迫下，檢測寸草根分生區的凈離子流速。(A）K⁺流速，（B）Na⁺流速，（C）Cl^-流速。負值代表K⁺、Cl^-、Na⁺吸收。

測試液

儀器采購信息

• 據中關村NMT產業聯盟了解，江蘇地區的揚州大學于2016年采購了旭月（北京）科技有限公司的非損傷微測系統。

• 據中關村NMT產業聯盟了解，北京地區的北京大學、中國農業大學、中國科學院植物研究所等數十家單位采購了旭月（北京）科技有限公司的非損傷微測系統。