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基本信息

主題：木栓質(zhì)通過排鈉保鉀及限制水回流促植物耐鹽

期刊：Plant and Soil

影響因子：3.259

研究使用平臺(tái)：NMT植物耐鹽創(chuàng)新平臺(tái)

標(biāo)題：Aliphatic suberin confers salt tolerance to Arabidopsis by limiting Na⁺ influx, K⁺efflux and water backflow

作者：蘭州大學(xué)王鎖民、王沛

檢測離子/分子指標(biāo)

Na⁺，K⁺

檢測樣品

擬南芥（WT和cyp86a1突變體）根，距根尖頂端600-800 μm的根表上的點(diǎn)

研究背景（來源：蘭州大學(xué)）

土壤鹽漬化是嚴(yán)重制約植物生長和作物產(chǎn)量的主要非生物因素之一。耐鹽機(jī)制的研究有助于改良植物的抗逆性，對(duì)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)具有重要意義。

相對(duì)于鹽生植物，非選擇性的Na⁺吸收是大多數(shù)甜土植物對(duì)鹽敏感的重要原因，在根系內(nèi)皮層細(xì)胞壁上，一類保護(hù)性屏障木栓質(zhì)被認(rèn)為在限制Na⁺吸收方面發(fā)揮著重要作用，但其作用機(jī)制尚不明確。王鎖民教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合蘭州大學(xué)萃英講席教授、加拿大卡爾頓大學(xué)Owen Rowland教授團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)模式植物擬南芥中根內(nèi)皮層木栓質(zhì)能限制Na⁺通過跨細(xì)胞途徑而非質(zhì)外體途徑流入維管組織，同時(shí)減少水分和K⁺向土壤的回流，從而賦予植物較強(qiáng)的耐鹽性。

離子/分子流實(shí)驗(yàn)處理方法

5周齡水培擬南芥，用50 mM NaCl處理7d

離子/分子流實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在對(duì)照條件下，野生型和cyp86a1突變體的根中有凈Na⁺內(nèi)流，但在50 mM NaCl處理下，凈Na⁺流速轉(zhuǎn)為外排（圖1a-b）。當(dāng)用50 mM NaCl處理時(shí)，cyp86a1突變體根中的凈Na⁺外排與野生型根中的Na⁺外排相比，顯著降低了38.5％（圖1b）。沒有NaCl處理時(shí)，野生型和cyp86a1均存在凈K⁺內(nèi)流，盡管cyp86a1根中的K⁺內(nèi)流速率比野生型低（圖1c-d）。NaCl處理在野生型和cyp86a1根中均引起K⁺外排，但加入50 mM NaCl后，cyp86a1根中的凈K⁺外排量比野生型中的K⁺外排量高1.96倍（圖1c-d）。

圖1

其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果

•  

  CYP86A1的敲除突變?cè)黾恿藬M南芥對(duì)鹽脅迫的敏感性。

• NaCl誘導(dǎo)野生型植物中CYP86A1的表達(dá)和木栓化。

• CYP86A1的突變改變了鹽脅迫下離子的積累。

• cyp86a1根的其他陽離子的滲漏量均高于野生型植物的根。

• cyp86a1中的質(zhì)外體示蹤劑流量不超過野生型。

• CYP86A1的突變改變了擬南芥根的滲透系數(shù)。

結(jié)論

與野生型植物相比，cyp86a1的脂肪族木栓質(zhì)缺乏導(dǎo)致鹽脅迫下離子和水更容易穿過內(nèi)皮層，更多的Na⁺通過跨細(xì)胞徑向轉(zhuǎn)運(yùn)途徑進(jìn)入中柱并終到達(dá)葉片。這些額外的Na⁺對(duì)植物是有毒的，由于葉片K⁺的減少，增加了從根部通過細(xì)胞外屏障的外排，從而增強(qiáng)了毒性。

離子流實(shí)驗(yàn)使用的測試液

0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, 0.5 mM NaCl, 0.2 mM Na₂SO₄, 0.3 mM MES, pH6.0