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4月8日，某研究所将NMT技术应用于钙信号研究，测试样品为小麦，测试指标为Ca2+，在旭月研究院完成实验。| 5月9号，某研究院将NMT技术应用于逆境生理领域，测试样品为黄瓜幼苗，测试指标为NO3-、NH4+，在旭月研究院完成实验。| 6月2号，某研究院将NMT技术应用于逆境胁迫领域，测试样品为棉花苗，测试指标为Ca2+、H+、K+、Na+、IAA，在旭月研究院完成实验。| 6月5号，某研究院将NMT技术应用于植物逆境领域，测试样品为苜蓿，测试指标为K+，在旭月研究院完成实验。| 6月9号，某研究所将NMT技术应用于水稻逆境领域，测试样品为水稻，测试指标为Na+、Ca2+，在中国科学院植物研究所完成实验。| 6月11号，某研究院将NMT技术应用于植物抗逆领域，测试样品为酵母细胞，测试指标为IAA，在旭月研究院完成实验。| 6月16号，某高校将NMT技术应用于昆虫研究，测试样品为昆虫，测试指标为Ca2+、K+，在旭月研究院完成实验。| 6月19号，某研究院将NMT技术应用于植物抗逆领域，测试样品为拟南芥，测试指标为Ca2+，在旭月研究院完成实验。|

PPB南农董彩霞：NMT发现缺钾下山梨根吸K+强 为钾高效砧木通过根系碳代谢提升钾利用效率提供证据

 

基本信息

NMT发现山梨醇促低镁下NO3-吸收 为山梨醇通过恢复NRT2.1/2.4表达促低镁时的N吸收提供证据

期刊：Plant Physiology and Biochemistry

影响因子：5.73

研究使用平台：NMT植物营养创新平台

标题：Effects of Magnesium on nitrate uptake and sorbitol synthesis and translocation in apple seedlings

作者：山东农业大学葛顺峰、姜远茂、朱占玲、田歌

 

检测离子/分子指标

NO3-

 

检测样品

苹果砧木幼苗根尖（距根尖40-60um处）

 

中文摘要

镁 (Mg) 和氮 (N) 在植物生理和生化过程中起着许多重要作用。在缺镁条件下，植物通常表现出比较低的氮利用效率(NUE)，但镁调节NUE的机制尚不清楚。因此，我们在不同N、Mg浓度的水培条件下研究了苹果幼苗的生物量、养分吸收、山梨醇和蔗糖转运以及相关基因表达。我们首先观察到低Mg显着限制了植物生长和N、Mg含量。进一步强化氮素供应在没有改变植株内源镁水平的情况下缓解了低镁胁迫对幼苗生长的抑制，这表明低镁对植物生长有负面影响主要原因是通过限制N的吸收。随后，我们发现低镁胁迫显着下调了MdNRT2.1和MdNRT2.4表达，并且充足的Mg通过调节相关酶活性和基因表达显着促进蔗糖和山梨醇的合成与由叶到根的转运。进一步的试验表明，外源山梨醇可以在低Mg胁迫下快速恢复MdNRT2.1/2.4表达和硝酸盐吸收，而不会增加内源Mg水平，这表明Mg可能是通过促进山梨醇的合成与向根系的转运来诱导MdNRT2.1/2.4表达，而Mg促进N吸收的作用是间接的，山梨醇在这个过程中起着关键作用。总之，Mg促进了山梨醇的合成和向根系的转运，从而上调MdNRT2.1/2.4的表达并增强了NO3-的吸收。

 

离子/分子流实验处理方法

（1）M9T337幼苗在Mg缺乏（0.1 mM）和Mg充足（4 mM）的浓度下水培25天，进行NO3-离子流测定。
（2）M9T337幼苗在Mg缺乏（0.1 mM）和Mg充足（4 mM）的浓度下水培25天后，于Mg缺乏处理添加外源20mM山梨醇，于3d内每隔12h测定一次NO3-离子流。

 

离子/分子流实验结果

我们首先发现充足Mg处理提高了幼苗15N利用率并上调了MdNRT2.1和MdNRT2.4的表达，随后我们利用非损伤微测技术发现充足Mg显著促进了NO3-的吸收（图1）。

根据其他试验结果我们猜测糖信号可能参与了Mg对N吸收的促进，因此我们在低Mg和正常Mg的处理下水培25天后，在低Mg处理添加了4种外源糖，并以正常Mg处理做对照，发现在12h后外源山梨醇显著恢复了Mg饥饿状态下MdNRT2.1/2.4表达与NO3-吸收（图2 A-C），并在48h后恢复了根系N含量，而此时根系Mg含量未发生改变（图2 E-F），这表明Mg促进N吸收的作用是间接的，山梨醇信号在其中起关键作用。

 

图1.不同Mg水平对NO3-离子吸收的影响（负值表示吸收；A：20分钟内NO3-的实时吸收；B：20分钟内NO3-吸收的平均值）

通过外源性糖的添加探究碳源对根系的K+吸收造成的影响，结果表明，在低钾处理（0.1 mM K+）处理15 d后，0.5% Suc处理对K+ 吸收没有显著影响，而0.5% Fru处理导致净K+ 流出。0.5% Sor处理显著增加了K+内流。适钾处理条件下Sor和Suc对K+ 吸收均无显著影响，Fru处理导致K+ 的吸收显著增加，支持了根系糖代谢显著影响梨K+吸收和利用的结论。

图2.外源山梨醇的添加恢复了镁饥饿状态下MdNRT2.1/2.4的表达与NO3-吸收（Sor.代表山梨醇；Suc.代表蔗糖；Fru.代表果糖；Glu.代表葡萄糖。A-B：4种外源糖添加12h后的MdNRT2.1/2.4表达；C：山梨醇添加后0-72小时内的NO3-吸收速率；D-F：山梨醇添加48h后的根系N含量、山梨醇含量和镁含量）

 

其他实验结果

  • 低镁限制了幼苗生长，强化氮素供应在没有改变镁水平的基础上缓解了幼苗生长，说明低镁对幼苗生长的抑制作用部分来源于限制氮素吸收。
  • 镁通过调控相关酶活与基因表达促进了叶片蔗糖和山梨醇的合成与向根系的运输。
  • 只有外源山梨醇的添加恢复了镁饥饿状态下的氮素吸收，而外源蔗糖、葡萄糖和果糖并无此效果，且山梨醇对MdNRT2.1/2.4的表达是剂量依赖性的方式。

 

结论

镁通过提高叶片S6PDH的活性促进了山梨醇的合成，同时，镁通过上调MdSOT1和MdSOT3的表达促进了山梨醇由叶向根的转运。根系中较高的山梨醇浓度诱导了MdNRT2.1和MdNRT2.4的表达并促进了幼苗对氮的吸收，我们同时也发现，外源山梨醇在内源镁水平保持不变的情况下恢复了根系氮含量。表明镁促进氮的吸收是间接的，山梨醇在其中起到了关键作用。

 

测试液

250 μ M KNO3, 625 μ M KH 2 PO4, 500 μ M MgSO4, 300 mM Ca(NO3)2, pH 5.8

 

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/10.1016/j.plaphy.2023.01.033

 

供稿：田歌

编辑：叶斌，刘兆义

 

关键词：NO3-；Mg；植物营养；苹果；根；植物类

 

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