Environ Pollut桂林理工俞果：NMT根表实时吸Cd速率数据 为揭示超富集植物籽粒苋的Cd吸收转运机理提供重要证据

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基本信息

主题：NMT根表实时吸Cd速率数据 为揭示超富集植物籽粒苋的Cd吸收转运机理提供重要证据

期刊：Environmental Pollution

影响因子：8.9

研究使用平台：NMT重金属胁迫创新平台

标题：Cadmium uptake and membrane transport in roots of hyperaccumulator Amaranthus hypochondriacus L.

作者：桂林理工大学韩梦璇、俞果、浙江大学Habib Ullah

 

检测离子/分子指标

Cd²⁺

 

检测样品

籽粒苋（距根尖100μm根表上的点）

 

中文摘要

超富集植物籽粒苋在修复镉（Cd）污染土壤方面具有巨大潜力，对于了解根系吸收Cd机制是有必要的。本研究采用非损伤微测技术（NMT）分析根尖不同区域的Cd²⁺流速，研究了籽粒苋根部Cd吸收的机制。此外，我们评估了不同离子通道阻滞剂和代谢抑制剂对根系Cd积累、实时Cd²⁺流速，以及Cd沿根部的分布的影响。结果表明，Cd²⁺在根尖附近（距根尖100 μm处）的流速更大。代谢抑制剂、离子通道阻滞剂和金属阳离子均对籽粒苋根系Cd的吸收有不同程度的抑制作用。Ca²⁺通道阻滞剂氯化镧（LaCl3）显著降低了根系中Cd²⁺的流速，降低了96%，维拉帕米降低了93%；K通道阻滞剂四乙基铵（TEA）也使根系Cd²⁺净通量降低了68%。因此，我们推断，籽粒苋根部的吸收主要是通过Ca²⁺通道。Cd的吸收机制与质膜P型ATP酶和植物螯合素（PC）的合成也存在联系。综上所述，Cd²⁺通过多种离子通道进入籽粒苋根部，其中最主要的是Ca²⁺通道。本研究为进一步探究镉超富集植物根部的Cd吸收和膜转运机理提供了科学依据。

 

离子/分子流实验处理方法

籽粒苋幼苗分别在含有500 μM Na₃VO₄、250 μM BSO、1 mM LaCl₃、50 μM 维拉帕米、100 μM TEA、1.0 mM Ca²⁺、1.0 mM Mg²⁺、5 mM Na⁺和5 mM K⁺的营养液中培养12 h

 

离子/分子流实验结果

代谢抑制剂组：BSO处理后的Cd²⁺流速下降了约45%，Na₃VO₄处理后的Cd²⁺流速下降了约33%（图1）。

 

图1 代谢抑制剂（BSO和Na₃VO₄）处理前后的 Cd²⁺流速

离子通道阻滞剂组：Ca²⁺通道阻滞剂维拉帕米和LaCl₃处理后的Cd²⁺流速下降了约96%和93%，K⁺通道阻滞剂TEA处理后的Cd²⁺流速下降了68%（图2）。

 

图2. 离子通道阻滞剂（LaCl₃、维拉帕米和TEA）处理前后的 Cd²⁺流速

金属阳离子处理组：Ca²⁺处理后的Cd²⁺流速下降了约88%，Mg²⁺处理后的Cd²⁺流速下降了约85%，K⁺处理后的Cd²⁺流速下降了约78%。Na处理后的Cd²⁺流速下降了约65%（图3）。

 

图3 金属阳离子（Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺和 Na⁺）处理前后的 Cd²⁺流速

 

 

 

其他实验结果

• 通过研究籽粒苋根部的生物量和Cd积累发现，代谢抑制剂和离子通道阻滞剂处理的植物的生物量受到了明显抑制，而添加金属阳离子对植物生物量的影响不大，所有处理组对籽粒苋根部的Cd积累均有不同程度的抑制作用，在所有处理组中对Cd积累影响最大的是金属阳离子Ca²⁺。
• 通过研究沿根尖不同位置的Cd²⁺通量发现，籽粒苋根系对Cd的吸收具有明显的纵向变化，距离根尖100 μm附近Cd²⁺内流最大。
• 通过荧光标记根尖中的Cd²⁺发现，在根冠附近的Cd²⁺绿色荧光强度更强，几种代谢抑制剂，离子通道阻滞剂和金属阳离子均抑制根尖的荧光强度，且Ca²⁺抑制程度最大。

 

结论

Cd²⁺通过多种离子通道进入籽粒苋根部，其中Ca²⁺通道是Cd²⁺进入籽粒苋根部的主要通道。本研究结果有助于进一步探究Cd超积累植物根系对Cd的吸收和膜转运机理。

 

测试液

在0.1 mM KCl、0.3 mM MES、10 μM Cd(SO)4中分别加入500 μM Na₃VO₄、250 μM BSO、1 mM LaCl₃、50 μM 维拉帕米、100 μM TEA、1.0 mM Ca²⁺、1.0 mM Mg²⁺、5 mM Na⁺和5 mM K⁺，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.envpol.2023.121846

 

供稿：韩梦璇

编辑：叶斌，刘兆义

 

关键词：Cd²⁺；镉离子通道；超富集植物；吸收机制；植物营养；籽粒苋；根；植物类

 

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