中关村NMT联盟全国测试服务网络测试服务信息

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。|

中国农科院蔬卉所于贤昌、李衍素:NMT发现低温导致黄瓜NO3-吸收和向上运输受抑并还原成NH4+来降低能耗


微信原图文

植物根、茎、叶柄、叶脉、维管束实时NH4+、-NO3-吸收、转运测样服务

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,中国农科院蔬菜花卉所博后刘玉梅供稿

基本信息

主题:NMT发现低温导致黄瓜NO3-吸收和向上运输受抑并还原成NH4+降低能耗

期刊:BMC Plant Biology

影响因子:3.497

研究使用平台:NMT温度胁迫创新平台

标题:Adaptation of Cucumber Seedlings to Low Temperature Stress by Reducing Nitrate to Ammonium During It’s Transportation

作者:中国农业科学院蔬菜花卉研究所于贤昌、李衍素、刘玉梅

 

检测离子/分子指标

NO3-,NH4+

 

检测样品

黄瓜根毛区、主根基部、茎、叶柄、叶中脉、侧脉和龙头维管束

 

 

中文摘要(谷歌机翻)

 

研究背景:低温严重抑制黄瓜(Cucumis sativus)等喜温作物对硝态氮和铵态氮的吸收、转运和代谢,进而抑制植株生长。然而,关于低温对黄瓜氮素转运的影响仍然知之甚少。

主要结果:采用非损伤微测技术(NMT)研究了低温对黄瓜幼苗根毛区和主根基部、茎、叶柄、叶中脉、侧脉和龙头维管束中NO3-NH4+净离子流速的影响。与对照(26°C)相比,低温(8°C)处理导致黄瓜幼苗根毛区和维管束中NO3-净离子流速显著降低,而叶中脉、侧脉和龙头维管束中的NH4+净离子流速显著升高。与之相应,叶柄和叶中脉中CsNRT1.4a基因的相对表达量下调,叶中脉中CsAMT1.2a-1.2c基因的相对表达量上调。15N同位素示踪的检测结果表明,与对照相比,低温处理导致黄瓜幼苗对NO3--N和NH4+-N的吸收量显著降低,且NO3--N和NH4+-N在地上部的含量和分配比例均降低。低温条件下,幼苗根中硝酸还原酶实际活性(NRAact)没有显著变化,茎和叶柄中的NRAact分别升高了113.2% 和 96.2%。

结论:黄瓜幼苗叶片和幼嫩组织中较高的NH4+净离子流速可能是由于茎和叶柄中较高的NRAact导致NO3-在向上运输过程中被还原为NH4+的比例增加。这些结果对于揭示植物硝酸盐转运对低温胁迫的适应机制有一定意义。

 

 

离子/分子流实验处理

正常温度(NT: 26℃)和低温(LT: 8℃)处理5 h

 

离子/分子流实验结果

研究观察到,LT处理显著降低了根毛区和其他检测位点的净NO3-流速。与NT(26℃)相比,LT处理下根毛区NO3-内流速率和主根、茎、叶柄、叶中脉、侧脉和龙头维管束NO3-净外排速率被显著抑制(图1)。这说明低温抑制了NO3-的吸收和向上转运。

图1. 黄瓜根毛区(A, B)、主根基部(C, D)、茎(E, F)、叶柄(G,H)、叶中脉(I, J)、侧脉(K, L)和龙头(M, N)维管束中NO3-净流

 

       研究观察到,LT处理显著降低了根毛区和其他检测位点的净NO3-流速。与NT(26℃)相比,LT处理下根毛区NO3-内流速率和主根、茎、叶柄、叶中脉、侧脉和龙头维管束NO3-净外排速率被显著抑制(图1)。这说明低温抑制了NO3-的吸收和向上转运。

图2. 黄瓜根毛区(A, B)、主根基部(C, D)、茎(E, F)、叶柄(G,H)、叶中脉(I, J)、侧脉(K, L)和龙头(M, N)维管束中NH4+净流速

 

      与净NO3-流速相比,NT处理下检测位点的净NH4+流速显著降低,而LT处理下侧脉和龙头的净NH4+流速显著提高。这说明低温下对NO3-净流速的抑制大于对NH4+净流速的抑制。

 

 

其他实验结果

 

  • 与NH4+-N的吸收相比,低温对NO3--N吸收的抑制更为严重

  • 在NT处理下,黄瓜幼苗检测部位的NO3--N浓度明显高于NH4+-N浓度,说明NO3--N是黄瓜幼苗主要利用的N形式

  • 与NT处理下的相比,LT处理下不同器官的NO3--N和NH4+-N浓度明显下降

  • LT环境下,NO3--N和NH4+-N在根部的分布比例显著增加,但地上器官中的NO3--N和NH4+-N的分布比例均下降

  • 低温降低了黄瓜叶柄和叶中脉中CsNRT1.4a的相对表达量,而CsAMT1.2aCsAMT1.2bCsAMT1.2c在叶中脉中的表达水平明显增强。因此,这些基因的表达可能与叶柄和叶中脉的NO3-和NH4+运输密切相关

  • 与NT处理相比, LT处理5 h后根部的NRAmax明显下降,而茎、叶柄和叶中脉的NRAmax明显增加。与NT处理下相比,茎和叶柄中的NRAact显著增加,而LT处理下中脉和叶片中的NRAact显著减少。

  • CsNR1可能是根部表达的显性NR基因,CsNR3可能是叶片表达的显性NR基因。CsNR2CsNR3可能共同在茎和叶柄中起主导作用。

  • CsNR基因相比,不同器官间CsNiR相对表达量差异较小。LT处理在一定程度上增强了CsNiR在叶柄、叶中脉和叶片中的表达。CsNiR在NT和LT处理下的根中表达量最高,但低温对其表达量没有显著影响。

 

结论

本研究结果证明黄瓜幼苗在低温条件下NO3-向上运输的过程中会NO3-更多的还原成NH4+。这种作用可能会降低N运输时对能量的依赖性,使植物能适应低温胁迫下能量供应的减少。与NO3-相比,低温对根毛区、主根基部维管束和茎中NH4+-N的吸收和NH4+净流速的抑制较小(图4)。低温下,叶中脉、侧脉和龙头维管束中的NH4+净流速增加,这与NO3-净流速的响应相反。与这些响应一致,低温下CsNRT1.4a在叶柄和叶中脉的相对表达下调,而CsAMT1.2a-1.2c在叶中脉的表达上调。茎和叶柄中NRAact较高鉴于黄瓜作为温室蔬菜作物的重要性,本研究不仅有助于进一步了解喜温植物的耐低温性,而且有助于完善温室内蔬菜的冬季栽培技术


 

测试液

1.625 mM Ca(NO3)2, 0.25 mM NH4NO3, 0.1 mM MgSO4, 0.3 mM MES, pH 6.0

 

 

仪器采购信息

  • 据中关村NMT产业联盟了解,中国农业科学院的茶叶研究所、农业环境与可持续发展研究所分别于2015年、2018年采购了旭月(北京)科技有限公司的非损伤微测系统。

     

 

 

文章原文:https://www.researchsquare.com/article/rs-100132/v1

 

2019版《NMT论文集》已出版

 

关键词:黄瓜;低温;硝酸盐;铵态氮;转运