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中國(guó)林科院張華新、楊秀艷：NMT發(fā)現(xiàn)白刺通過(guò)維持葉肉排Na+保K+能力
基本信息
主題：NMT發(fā)現(xiàn)白刺通過(guò)維持葉肉排Na+保K+能力及H+泵活性來(lái)適應(yīng)鹽脅迫
期刊：Tree Physiology
影響因子：3.655（2020年）
研究使用平臺(tái)：NMT植物耐鹽創(chuàng)新平臺(tái)
標(biāo)題：Tissue tolerance mechanisms conferring salinity tolerance in a halophytic perennial species Nitraria sibirica Pall.
作者：中國(guó)林科院國(guó)家林業(yè)和草原局鹽堿地研究中心張華新、楊秀艷、唐曉倩、張會(huì)龍
檢測(cè)離子/分子指標(biāo)
K+、Na+、H+
檢測(cè)樣品
西伯利亞白刺葉肉組織
植物的耐鹽性依賴(lài)于不同組織和器官的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。組織耐鹽性是賦予植物適應(yīng)鹽環(huán)境的關(guān)鍵性狀之一。這一特性意味著在代謝活躍的細(xì)胞中能夠維持較低的胞質(zhì)Na+/K+比值。本研究以多年生木本鹽生植物西伯利亞白刺（Nitraria sibirica）為材料，探討其耐鹽性機(jī)制。結(jié)果表明，100~200 mM NaCl處理刺激了幼苗的生長(zhǎng)。離子分布結(jié)果表明，葉片起到Na+庫(kù)的作用，而植物根系具有*的保K+能力。從土壤中吸收的過(guò)量Na+主要轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部分，最終被區(qū)隔在葉肉細(xì)胞的液泡中。因此，在鹽脅迫下西伯利亞白刺能夠在組織和細(xì)胞水平上特異性保持K+/Na+的最適平衡。為此，西伯利亞白刺葉肉細(xì)胞中液泡H+-ATPase和H+-PPase酶活性升高， NsVHA、NsVP1和NsNHX1基因的表達(dá)上調(diào)。NsVHA、NsVP1和NsNHX1介導(dǎo)的葉肉液泡Na+區(qū)隔化降低了細(xì)胞質(zhì)中Na+濃度，抑制了K+的流失。同時(shí)，西伯利亞白刺在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)TPK的表達(dá)，促進(jìn)K+從液泡向細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移，有助于維持細(xì)胞質(zhì)中K+穩(wěn)態(tài)。綜上表明，西伯利亞白刺的液泡Na+區(qū)隔化和細(xì)胞內(nèi)K+穩(wěn)態(tài)等組織耐受特性對(duì)西伯利亞白刺適應(yīng)土壤鹽漬化具有重要作用。
采用非損傷微測(cè)技術(shù)（NMT）檢測(cè)了西伯利亞白刺葉肉細(xì)胞Na+、K+和H+的穩(wěn)定流速。鹽脅迫誘導(dǎo)葉肉Na+和K+凈外排速率呈劑量依賴(lài)性增加（圖1A-D）。同時(shí)，鹽處理導(dǎo)致H+凈外排速率呈劑量依賴(lài)性增加（圖1E, F），可作為PM H+-ATPase活性的一個(gè)體現(xiàn)。
其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果
NaCl濃度在100~200 mM時(shí)對(duì)西伯利亞白刺幼苗的生長(zhǎng)有刺激作用，超過(guò)300 mM時(shí)則產(chǎn)生抑制作用。
NaCl處理后西伯利亞白刺幼苗葉片、莖和根中的Na+含量以劑量依賴(lài)性方式增加；隨著NaCl濃度的增加，葉中K+含量下降，但根中K+含量有所增加；隨著脅迫嚴(yán)重程度和時(shí)間的增加，幼苗3個(gè)組織的K+/Na+比值均有所下降。各處理下，根部的K+/Na+比最高，葉片低。
鹽處理誘導(dǎo)了葉肉細(xì)胞Na+積累。
NaCl脅迫顯著提高了液泡膜H+-ATPase和H+-PPase的活性，且活性呈時(shí)間依賴(lài)性增加。各時(shí)間點(diǎn)PM H+-ATPase活性均低于液泡膜H+-ATPase活性。
采用RT-qPCR測(cè)定了6個(gè)參與Na+和K+運(yùn)輸?shù)幕虮磉_(dá)。鹽脅迫顯著增加了大部分目標(biāo)基因的表達(dá)，在400 mM NaCl脅迫1 d后或200 mM NaCl脅迫14 d后，檢測(cè)到的基因表達(dá)量最高，表明它們可能參與了液泡Na+區(qū)隔化和K+保留的過(guò)程。
本研究表明，西伯利亞白刺的耐鹽性主要表現(xiàn)在液泡Na+區(qū)隔化和細(xì)胞質(zhì)K+穩(wěn)態(tài)。未來(lái)的研究應(yīng)側(cè)重于其他細(xì)胞器（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）作為細(xì)胞內(nèi)Na+儲(chǔ)存的潛在儲(chǔ)存體的作用。同時(shí)，液泡含有水解酶、磷酸酶和磷酸酯酶等多種酶類(lèi)，因而與泛素化等蛋白質(zhì)修飾過(guò)程相聯(lián)系。在液泡液中Na含量較高的情況下，液泡中的酶如何發(fā)揮作用還有待回答。
測(cè)試液
0.1 mM KCl, 0.1 mM NaCl, 0.1 mM CaCl2, 0.3 mM MES, pH 5.7