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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。|

WR中科院地湖所谢丽强组：NMT发现微囊藻毒素及渗透胁迫均能致苦草Ca-K失衡 为探究微囊藻毒素水生植物毒理机制提供证据

 

基本信息

NMT发现渗透胁迫下钙钾稳态的破环，为渗透胁迫源于MC-LR提供依据

期刊：Water Research

影响因子：12.8

研究使用平台：NMT渗透胁迫创新平台

标题：The osmotic stress of Vallisneria natans (Lour.) Hara leaves originating from the disruption of calcium and potassium homeostasis caused by MC-LR

作者：中科院南京地理与湖泊研究所谢丽强，程晨

 

检测离子/分子指标

Cd2+、K+、膜电位

 

检测样品

苦草叶片

 

解读人

程晨，中科院南京地理与湖泊研究所，在读博士。研究方向为生态毒理学。目前以第一作者身份在Water research，Aquatic toxicology等期刊发表论文3篇。

 

中文摘要

发生蓝藻水华的湖泊中，水生植物可能会受到微囊藻毒素（MCs）的影响。然而，植物对MCs引起渗透胁迫的响应以及可能的适应机制尚不清楚。本研究调查了MC-LR对苦草叶片形态结构、保水性、渗透调节能力以及钙（Ca2+）和钾（K+）离子稳态的影响。结果表明，MC-LR 引起表皮和叶肉细胞体积增大、木质化程度升高、叶绿体结构破坏和淀粉颗粒溶解。随着 MC-LR 浓度的增加，水分含量和水势也随之增加，这与渗透胁迫的发生是一致的，而渗透势的降低则意味着渗透调节的启动。MC-LR 浓度≥10 μg/L 时，可溶性糖和游离氨基酸浓度增加，而K+含量在所有 MC-LR 处理中均有所增加。尽管在10 μg/L和100 μg/L MC-LR 处理中分别出现了瞬时的K+吸收和Ca2+外排，但≥1 μg/L MC-LR会在 24 小时内引起持续的K+吸收和Ca2+外排。此外，MC-LR 还会导致质膜超极化。作为信号分子，Ca2+通过Ca2+-ATP激活从细胞质基质泵出，而K+的摄取是在MC-LR诱导的质膜超极化作用下被动激活。因此，K+的吸收是对MC-LR胁迫的响应，而不是一种适应，并被认为是叶片吸收水分的原因。低至1 μg/L的MC-LR浓度破坏了苦草叶片的Ca2+和K+稳态，表明大多数富营养化湖泊中的水生植物可能会因MC-LR引起的渗透胁迫而遭受Ca2+损失、细胞水分失衡以及细胞形态改变等负面影响。

 

离子/分子流实验处理方法

0，1，10，100 μg/L的MC-LR处理苦草9天

 

离子/分子流实验结果

如图1所示，10 μg/L和100 μg/L MC-LR分别引起苦草叶片瞬时K+吸收和Ca2+外排，但≥1 μg/L MC-LR会在24小时内引起持续的K+吸收和Ca2+外排。

 

图1.瞬时和24 h MC-LR暴露对苦草叶片钙和钾离子流速的影响。正值：外排，负值：吸收

如图2所示，MC-LR引起了苦草叶片质膜超极化，尤其在1和10 μg/L MC-LR处理组。

图2. 不同浓度MC-LR对苦草叶片膜电位的影响。

 

 

其他实验结果

  • MC-LR 引起了苦草叶片形态的变化，包括表皮细胞和叶肉细胞体积增加，木质化程度提高。
  • MC-LR引起亚显微结构变化：叶绿体膨胀，类囊体片层排列松散，嗜锇颗粒数量增加，淀粉含量降低。
  • 叶片水分含量、水势和压力势的增加证明了MC-LR诱导的渗透胁迫发生，而渗透势的降低则表明渗透调节的激活。
  • 暴露于1-100 μg/L MC-LR后，K+含量增加，而可溶性糖和游离氨基酸浓度仅在MC-LR≥10 μg/L时才增加。

 

结论

（1）MC-LR引起了苦草叶片形态的变化，包括表皮细胞和叶肉细胞体积的增加，以及木质化程度的提高。MC-LR还引起亚显微结构变化，包括叶绿体膨胀，类囊体片层排列松散，嗜锇颗粒数量增加，淀粉含量降低。这些结果可归因于MC-LR引起的叶片水分平衡紊乱。（2）叶片水分含量、水势和压力势的增加证明MC-LR诱导的渗透胁迫的发生，而渗透势的降低则表明渗透调节的激活。（3）暴露于 1-100 μg/L MC-LR后，K+含量增加，而可溶性糖和游离氨基酸浓度仅在MC-LR ≥10 μg/L时增加。K+的吸收是一个被动过程，是对MC-LR引起的质膜超极化的响应，从而导致了水分的吸收；而不是由于对MC-LR的适应。有机溶质含量的增加是渗透调节的结果。（4）Ca2+通过Ca2+-ATP ase泵出细胞，作为下游信号转导过程，K+的吸收可能通过转运体进行转运。低至1 μg/L MC-LR引起苦草叶片Ca2+和K+稳态失衡，表明MC-LR引起水生植物渗透胁迫并造成负面影响，可能是蓝藻水华湖泊中常见的现象，值得引起更多的关注。

 

测试液

0.1 mM KCl, 0.1mM CaCl2, 0.3 mM MES, pH=6

 

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.watres.2023.120575

 

供稿：程晨

编辑：叶斌，刘兆义

 

关键词：Ca2+；K+；膜电位；渗透胁迫；藻毒素；苦草；叶；植物类

 

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