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Tree Physiol厦大郑海雷:NMT探究不同盐浓度下红树盐腺泌Na/K/H速率 为揭示盐腺调节叶片钠钾稳态的机制提供证据


 

基本信息

主题:NMT探究不同盐浓度下红树盐腺泌Na/K/H速率 为揭示盐腺调节叶片钠钾稳态的机制提供证据

期刊:Tree Physiology

影响因子:4.561

研究使用平台:NMT盐碱胁迫创新平台

标题:Leaf sodium homeostasis controlled by salt gland is associated with salt tolerance in mangrove plant Avicennia marina

作者:厦门大学郑海雷、郭泽军、魏明月、钟友辉

 

检测离子/分子指标

Na+、K+、H+

 

检测样品

白骨壤叶片上表皮盐腺

 

中文摘要

白骨壤(Avicennia marina)是一种生长在沿海湿地的红树植物,经常受到潮汐盐度的影响。为了了解它的耐盐性,白骨壤的幼苗用 0、200、400 和 600 mM NaCl 处理。我们发现整株植物的干重、光合参数在 200 mM NaCl 时增加,但在 400 mM NaCl 以上时降低。初级光化学 (Fv/Fm) 的最大量子产率在 600 mM NaCl 时显着降低。透射电子显微镜观察表明,高盐度导致淀粉粒尺寸减小、类囊体肿胀和基粒堆叠分离,甚至包膜被破坏。此外,在上表皮的盐腺中,分泌细胞和颈细胞中原生质致密,线粒体丰富,盐腺细胞间的胞间连丝丰富。在所有盐度下,叶片中的 Na+含量均高于茎和根,在超过 400 mM NaCl 处理时,根中的Na+含量增加,而叶子中的含量保持恒定,这是由于盐腺泌盐所导致。结果,叶片正面盐晶体随着盐度的增加而增加。另一方面,非损伤微测技术测量表明盐处理增加了盐腺 Na+和K+的外排,减少了H+外排,而Na+外排在 400 mM NaCl 时达到最大值。进一步的 RT-qPCR 分析表明,Na+ /H+逆向转运蛋白(SOS1NHX1)、H+ -ATP 酶(AHA1VHA-c1)、K+通道(AKT1HAK5GORK ) 被上调,只有 Na+内向转运蛋白 (HKT1) 在 400 mM NaCl 处理下在富含盐腺的叶子上表皮中被下调。综上所述,200 mM NaCl以下的盐度有利于白骨壤的生长,400 mM以下的盐度时盐腺可有效排泄Na+,提高其耐盐性。

 

离子/分子流实验处理方法

白骨壤幼苗0, 200, 400和 600 mM NaCl处理8周

 

离子/分子流实验结果

为了研究白骨壤盐腺中离子通量的动态变化,我们应用NMT系统来测量各个盐度下盐腺的Na+、K+和H+通量。结果显示,对照组植物的Na+外流率保持在很低的水平(约164 pmol cm-2s-1),而NaCl处理的植物表现出持续稳定的Na+外流,在400 mM NaCl处理下达到最大的Na+外流率,约2870 pmol cm-2s-1(图1a和b)。白骨壤盐腺的K+和H+通量在对照植物中表现为轻微的外流(图1c-f)。盐处理后,K+外流率随盐度增加而明显增加,H+外流率随盐度增加而减少(图1c-f)。这些结果表明,盐处理增加了Na+和K+外流,减少了H+外流,Na+外流率在400mM NaCl时达到最大。

 

图1.褪黑素、NaCl对A. marina盐腺中Na+、K+和H+通量的影响

 

图2.使用非损伤微测试技术(NMT)测量离子通量的示意图

 

其他实验结果

  • 200mM NaCl处理增加了光合作用(Pn)和植物干重(DW),而超过400mM NaCl则降低了Pn和DW,600mM NaCl在初级光化学的最大量子产率(Fv/Fm)方面明显下降。
  • 透射电镜观察到盐度导致基粒叠垛的分离、类囊体的肿胀,甚至600mM NaCl下导致叶绿体包膜的破裂。此外,还观察到分泌细胞和颈细胞中致密的原生质,以及盐腺细胞之间丰富的胞间连丝。
  • 在所有的盐度下,叶片中的Na+含量都高于根部,然而,在400mM NaCl以上的盐度处理时根中Na+含量增加,而在叶片中保持稳定,这可能是由于盐腺分泌盐分导致。
  • NaCl处理通过影响编码H+-ATPase, Na+/H+离子交换器和K+通道的基因的表达来调节盐腺泌盐。

 

结论

白骨壤叶片的Na+稳态主要通过盐腺泌盐来调节,200 mM NaCl以下的盐度有利于白骨壤的生长,400 mM以下的盐度时盐腺可有效排泄Na+,提高其耐盐性。

 

测试液

0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl2, 0.1 mM MgCl2, 0.5 mM NaCl, 0.2 mM Na2SO4, 0.3 mM MES, pH 6.0

 

NMT仪器信息

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统


文章原文:https://doi.org/10.1093/treephys/tpad002

 

供稿:郭泽军

编辑:叶斌,刘兆义

 

关键词:Na+;K+;H+;盐胁迫;白骨壤;盐腺;植物类