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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。|

中科院重庆研究院李哲:NMT发现冷热刺激下蓝藻胶被可稳定吸NH4+放O2维持代谢生理


微信原图文

O2NH4+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。

感谢本文一作中科院重庆绿色智能研究院肖艳副研究员校稿

基本信息

主题:NMT发现冷热刺激下蓝藻胶被可稳定吸NH4+O2维持代谢生理

期刊:Microorganisms

影响因子:4.152

研究使用平台:NMT温度胁迫创新平台

标题The Role of Cyanobacterial External Layers in Mass Transfer: Evidence from Temperature Shock Experiments by Noninvasive Microtest Technology

作者:中国科学院重庆绿色智能技术研究院李哲、肖艳

 

检测离子/分子指标

O2、NH4+

 

检测样品

微囊藻、念珠藻细胞表面

 

 

中文摘要(谷歌机翻)

蓝藻胶被的基础研究对于更好地理解蓝藻在淡水中的持续优势至关重要。本研究通过非损伤微测技术(NMT)微囊藻(Microcystis)和念珠藻(Nostoc)两种形态的胶被在传质和瞬时温度冲击中的作用进行探讨,经过一系列的预处理,得到胶被保留或剥离的样品。结果表明,无论是微囊藻还是念珠藻属,留样和剥离样对光合活性均无统计学影响。胶被保留型菌株比剥离型菌株具有更高的净O2流速。此外,保留鞘层的念珠藻的NH4+净内流速率明显高于剥离鞘层的样品,这表明胶被可能是蓝藻传质的一个重要特征。但是,与鞘胶被相比,粘液(slime)胶被NH4+吸收中的作用有限。外,保留胶被的菌株对瞬时温度冲击的反应时间较长,4℃冲击时净O2流外排速率较高,35℃冲击时净O2内流速率较低,这体现了菌株通过胶被的缓冲功能稳定细胞活性,改善光合作用和呼吸作用的功效,从而对短时间内的温度波动具有耐受性。这些结果丰富了目前关于蓝藻胶被尤其是致密鞘层(dense sheath)参与传质的认识,为蓝藻在全球气候变化下的适应策略提供了新的线索

 

 

离子/分子流实验处理

对2个微囊藻品种(铜绿微囊藻FACHB-1338和微囊藻FACHB-2427)和2个念珠藻品种(念珠藻FACHB-599和念珠藻 FACHB-2009)进行保留胶被或剥离胶被的处理

 

 

离子/分子流实验结果

NH4+净流速方面,两株有鞘的念珠藻菌株表现出明显的NH4+内流,而相应的无鞘念珠藻菌株NH4+净流速在-50~50 pmol cm-2s-1之间波动,显著低于有鞘的念珠藻菌株(P<0.05)(图1a, b)。有鞘的念珠藻菌株FACHB-599和FACHB-2009的平均净NH4+内流速率分别比相应的无鞘菌株高12.82倍和8.21倍(图1e)。但去除粘液后,铜绿微囊藻FACHB-1338的NH4+净内流速率较高,平均值为具有粘液的菌株的2.29倍。在有粘液和无粘液的微囊藻菌株FACHB-2427之间观察到的净NH4+流速没有显著差异P<0.05)(图1c-e)。此外,在念珠藻和微囊藻中,与剥离胶被的菌株相比,保留胶被的菌株的净NH4+和O2流速的变异系数(CV)值均显著降低(P<0.05),说明保留胶被的菌株的NH4+和O2流速波动小,较为稳定(图1e)。这些发现证实了蓝藻的胶被在离子和分子流速中的重要作用,但这种作用可能因胶被的形态不同而存在差异

图1. 保留胶被和剥离胶被的念珠藻和微囊藻的NH4+和O2流速变化。(a)念珠藻FACHB-2009(b)念珠藻FACHB-599;(c)铜绿微囊藻FACHB-1338;(d)微囊藻FACHB-2427;(e)平均值和CV。R:保留胶被;S:剥离胶被

      本研究还在4℃和35℃的瞬时温度冲击下,分别检测了保留胶被和剥离胶被的念珠藻FACHB-2009和微囊藻FACHB-2427中的实时净O2流速(图2a, b)。结果表明,保留胶被和剥离胶被的念珠藻和微囊藻在4℃时都表现出显著的O2外排,35℃时则表现出O2内流,说明与4℃冲击相比,35℃冲击对呼吸有明显的刺激。然后本研究用采用五点邻近平均法平滑了10 min内净O2流速的响应曲线。所有菌株响应温度变化的净O2流速都是单峰型,在4℃冲击时速率上升至峰值,此后下降(图2c, d),而在35℃冲击时则出现完全相反的趋势(图2e, f)。最终,它们都逐渐恢复到初始状态,表明念珠藻和微囊藻在短时间内对温度的波动具有耐受性。根据平滑后的净O2流速响应曲线,在4℃和35℃时,保留胶被的菌株对瞬时温度冲击的响应时间均显著长于剥离胶被的菌株(P<0.05)(图2c-f)

图2. 4℃和35℃瞬时温度冲击下留胶被和剥离胶被的念珠藻和微囊藻样品净O2流速。(a, c, e)念珠藻FACHB-2009;(b, d, f)微囊藻FACHB-2427;(c-f)五点邻近均法的净O2流速平滑响应曲线。Start:温度冲击的起始时间;end:恢复到初始状态的时间;R和S分别为保留胶被样品和剥离胶被样品的缩写;水平蓝色和黑色虚线为保留胶被样品初始状态的平均水平;水平绿色和红色虚线为剥离胶被样品初始状态的平均水平

 

 

其他实验结果

  • 在本研究中,使用超声处理提取蓝藻的胶被并未引起样品的明显的生态生理变化

  • 保留胶被念珠藻FACHB-2009和微囊藻FACHB-2427对4℃冲击的响应时间分别为280、215s,对35℃冲击的响应时间分别为240 s、295 s,而剥离胶被的菌株的响应时间分别为185 s、195 s和120 s、140 s,表明在瞬时温度冲击下,胶被可能起到缓冲作用。同时,在4℃和35℃条件下,保留胶被的菌株在反应时间内的O2质量流量显著增加

 

 

结论

综上所述,本研究采用的胶被提取的方法能够提供剥离胶被的菌株样品,并对其光合活性无统计学影响。通过NMT分析发现,胶被保留型菌株比剥离型菌株具有更高的净O2流速,但是与鞘胶被相比,粘液胶被在NH4+吸收中的作用有限。瞬时温度冲击实验表明,保留胶被的菌株对短时间内的温度波动具有耐受性。研究推断,蓝藻的外部层,尤其是致密鞘层,对蓝藻的适应性是至关重要的,可能对蓝藻的光合作用和光合作用耦合呼吸的效率具有缓冲功能和改善作用。这些发现为蓝藻在气候变化过程中的优势地位提供了关键的见解

 

 

测试液

0.1mM KCl, 0.1 mM CaCl2, 0.3 mM MES, 0.2 mM Na2SO4, pH 6.0

 

 

仪器采购信息

  • 据中关村NMT产业联盟了解,西南大学生命科学学院、园艺园林学院分别于2012年、2013年采购了旭月公司的非损伤微测系统。

  • 中关村NMT产业联盟了解,西南大学资源环境学院于2018年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。

 

 

文章原文:https://www.mdpi.com/2076-2607/8/6/861

 

2019版《NMT论文集》已出版

 

 

关键词蓝藻;胶被;质量传递;温度刺激;非损伤微测技术(NMT)