S Shabala、陈仲华：NMT发现盐胁迫下耐盐水稻叶肉细胞排K+排Cl-更低

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微信原图文

K⁺、Na⁺、Cl^-等测样服务

NMT作为生命科学底层核心技术，是建立活体创新科研平台的必备技术。2005年~2020年，NMT已扎根中国15年。2020年，中国NMT销往瑞士苏黎世大学，正式打开欧洲市场。

基本信息

主题：NMT发现盐胁迫下耐盐水稻叶肉细胞排K⁺排Cl^-更低

期刊：Plant Growth Regulation

影响因子：2.388

研究使用平台：NMT植物耐盐创新平台

标题：Leaf mesophyll K⁺ and Cl^- fluxes and reactive oxygen species production predict rice salt tolerance at reproductive stage in greenhouse and field conditions

作者：Sergey Shabala（塔斯马尼亚大学），陈仲华（西悉尼大学），Miing-Tiem Yong、Celymar Angela Solis（塔斯马尼亚大学、西悉尼大学）

 

检测离子/分子指标

K⁺、Na⁺、Cl^-

 

检测样品

水稻旗叶叶肉细胞

 

 

 

中文摘要（谷歌机翻）

关于水稻耐盐性的研究大多是在苗期进行的单项试验。本研究通过温室和田间试验的比较研究，旨在了解水稻（Oryza sativa L.）生殖期叶肉离子转运和氧化反应在耐盐性中的作用。通过2个试验，对3个水稻品种在温室和田间生殖阶段的耐盐性进行了评价。研究采用农艺、生理、非损伤微测技术、分子和细胞成像技术，比较对照和盐胁迫下水稻植株的生理反应。盐胁迫对Koshihikari的影响最为严重，其次是Doongara和Reziq。研究发现叶肉细胞中K⁺的保留和低Cl^-外排赋予水稻耐盐性。生长参数与净K⁺流速（r²=0.45~0.60）和净Cl^-流速（r²=0.47~0.72）呈中到强的相关性。此外，叶肉细胞中动态ROS的产生和NADPH氧化酶基因OsRBOHD的调节对于水稻在生殖阶段的耐盐性至关重要。OsRBOHD表达与离子流速显著相关（r²=0.45~0.64）。本研究首次汇集了温室和田间条件下水稻生殖阶段细胞离子胁迫与耐盐性氧化应激组分之间的潜在联系。本研究将为今后在受控环境和自然气候条件下考察作物生殖阶段的耐盐性提供指导。

 

 

 

离子/分子流实验处理

当三个水稻品种（Koshihikari、Doongara、Reiziq）在旗叶开始时（播种后65 d），以每天递增2 dS m^-1的NaCl进行递增盐处理，直至达到8 dS m^-1（用电导率检测）。于盐胁迫第0、14、28、42 d进行流速检测。

 

 

 

离子/分子流实验结果

平衡后的叶肉细胞离子流速在3种基因型、2种试验条件以及42 d以上的盐处理（42 DAS）间存在显著差异（图1）。3种基因型的对照叶段和时间过程研究显示出相对较小的离子流速，表明在平衡1 h后叶肉细胞恢复较好（图1）。在大多数情况下，对照和盐胁迫样品的流速差异随胁迫时间的延长而增大（图1）。总的来说，在3个品种中，Koshihikari在盐处理后的K⁺、Na⁺和Cl^-外排恢复能力最强。在Koshihikari中，叶肉平衡后的净K⁺外排速率明显更高，特别是在42 DAS时，在温室试验中盐胁迫对外排速率的影响更为明显（图1a, d）。但在Na⁺流速方面，3个品种之间的差异不大。盐处理导致的Na⁺外排在品种间存在显著差异，仅Koshihikari品种的Na⁺外排显著高于其他两个品种，尤其是在14 DAS的田间试验中（图1b, e）。在两个试验中发现，由于盐处理导致的Cl^-外排速率存在显著差异；Koshihikari显示出最高的Cl^-外排速率，Reiziq外排速率最低（图1c, f）。

图1. 盐胁迫对3个水稻品种生殖期叶肉稳态净离子流速的影响

      对42 DAS采集的各参数数据以及不同周采集的参数之间的数据分析显示，净K⁺（图2a, g）、Na⁺（图2b）和Cl^-（图2c, i）流速与生长参数（生物量和相对高度）和OsRBOHD表达量之间存在显著的相关性。K⁺和Cl^-流速与相对株高呈极显著正相关（图2g, i），与OsRBOHD表达呈极显著负相关（图2d, f）。

图2. 温室和田间条件下3个水稻基因型生殖期盐分诱导离子流速与农艺性状的相关性

 

 

 

其他实验结果

• 在42 DAS后，株高、生物量、分蘖数、地上部K⁺和叶绿素含量均有明显的降低，而地上部Na⁺和Cl^-含量则有所增加。

• 在温室和田间试验中，Koshihikari是对盐分胁迫最敏感的栽培品种，Reiziq是最耐盐的栽培品种。

• 与温室试验相比，田间试验的叶肉样品受盐胁迫的影响较小，叶肉细胞中的ROS产生在14~28 DAS之间达到高峰，然后在42 DAS显著减少。

• 在两个试验中，Koshikari的ROS下降率和下降幅度最大，Reiziq最小。

• 在两个试验中，耐盐的Reiziq表现出OsGORK的显著下调和OsSOS1、OsHAK1和OsRBOHD的上调。对于盐敏感的Koshihikari，OsRBOHD在两个试验中都被显著上调，其他关键基因要么是低水平表达，要么对42 d的盐处理没有显著反应。在Doongara中，只有OsGORK表现出明显的盐诱导调控变化，且在两个试验中均上调。

 

 

结论

本研究结果表明，水稻叶肉细胞K⁺保留能力、减少Cl^-外排能力是水稻耐盐的关键性状；精细调控叶片叶肉细胞ROS积累和OsRBOHD的表达是水稻植株生殖期耐盐的关键组分。本研究将为今后在受控环境和自然气候条件下考察作物生殖阶段的耐盐性提供指导。

 

 

测试液

0.5 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, pH 6.0

 

 

文章原文：https://link.springer.com/article/10.1007/s10725-020-00619-y

 

2019版《NMT论文集》已出版

 

关键词：活性氧；离子流速；长期盐胁迫；水稻；基因表达；相关性分析；温室实验；田间实验；氧化应激