2018年7月,Plant Physiology刊出了佛山科学技术学院喻敏教授与澳大利亚塔斯马尼亚大学Shabala教授的铝毒最新研究成果Boron Alleviates Aluminum Toxicity by Promoting Root Alkalization in Transition Zone via Polar Auxin Transport。
研究利用了非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT),检测了豌豆根部IAA流速及根表pH。IAA流速数据全部利用扬格NMT Physiolyzer®(NMT活体生理检测仪)完成,根表pH数据利用扬格NMT Physiolyzer®以及MIFE®(非损伤微测技术的一种)共同完成。
除了两家通讯单位外,华中农业大学资环学院石磊教授、中科院南京土壤所沈仁芳研究员、南京农业大学资环学院朱毅勇教授课题组,以及德国波恩大学Franti?ek Balu?ka教授,均参与了此项研究。
硼能够缓解高等植物的铝毒,但机制尚不够明确。本研究利用非损伤微测技术、溴甲酚绿pH检测等技术,证明了铝毒抑制根表pH梯度时,硼提升了根表pH梯度,促进过渡区碱化,伸长区酸化。硼明显降低了过渡区的铝积累,从而缓解了铝导致的根部伸长受阻。利用基于非损伤微测技术的NMT Physiolyzer®,检测IAA流速发现,在IAA极性运输最活跃的过渡区,硼部分缓解了因为铝而受到抑制的IAA极性运输过程。
该研究成果解释了硼缓解铝毒的新机制,为在酸性土壤施用硼肥,降低植物铝积累和减轻植物铝的毒性作用,保障酸性土壤地区农业生产和农产品质量安全等,提供了有力的科学技术支撑,且具有重要的应用前景。
-/+B时,Al胁迫不同时间后,根表各区域的pH值。
研究利用非损伤微测技术,检测根表pH发现,铝胁迫下,硼可以使过渡区在一定时间内维持相对较高的pH。
无论是否施加铝胁迫,硼处理后根部的伸长率明显高于对照组。H+-ATPase抑制剂处理后,硼处理组与对照组相比,伸长率的差异消失。同样,IAA极性运输抑制剂NPA处理后,硼处理组与对照组相比,原本高于对照组的伸长率的差异(铝胁迫下)。并且,因为硼所致使的过渡区根表相对较高的pH,因NPA的抑制作用,也消失了。这表明,硼缓解铝毒,不仅与H+-ATPase有相关性,而且与IAA极性运输存在某种关联。
-/+B及-/+Al胁迫后,根表各区域IAA流速。正值代表外排。
IAA流速数据结果显示,过渡区根表IAA外排最大,提示IAA向顶性运输是从静止中心经过渡区到达伸长区。这一结果与根表pH梯度的数据是相吻合的,即IAA外排大的位置,根表pH相对较高(过渡区),反之则较低(伸长区)。过渡区较大的IAA外排也一定程度上反映了此区域细胞胞质内的IAA含量较低,从而调控质膜H+-ATPase促进根表碱化。
-/+B及-/+Al胁迫后,各处理、各基因型样品根表pH值。
最终结果显示,硼促进了被极性运输生长素外排转运体PIN2驱动的生长素极性运输,并且引起下游信号对质膜H+-ATPase的调节,使得根表pH升高。这一过程对降低铝在根尖的积累至关重要。
佛山科技学院喻敏教授,从2011年开始利用旭月非损伤微测系统,开展离子流、分子流实验,并于2018年采购了扬格非损伤微测系统。扬格NMT Physiolyzer®除可以检测离子流外,还可以检测MIFE®等设备无法检测的IAA、H2O2、O2等分子的流速。
[来源:旭月北京科技有限公司]
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