《NMT 通讯》第一期
编者按：
真菌定殖可以激活盐胁迫下杨树根部质子泵的活性，促进向根表分泌更多的 H
+
，降低
根表 pH，从而有效改善盐胁迫下杨树根吸收 NO
3
-
受阻的不良状况。非损伤微测技术（NMT）
除了可以动态检测这一过程中根表泌 H
+
的实时速率，还能创新性地观察根表微米级空间 pH
的精细变化，真正实现了对 H
+
的“动静结合”监测。
创新机遇
NMT 功能创新：活体样品微米级空间 pH 检测
基本信息
主题：NMT 发现定殖真菌致根际酸化促 NO
3
-
吸收 为菌根通过保持营养吸收促宿主植物耐盐
提供证据
期刊：New Phytologist
影响因子：7.299（2019 年）
标题：Amelioration of nitrate uptake under salt stress by ectomycorrhiza with and
without a Hartig net
作者：北京林业大学陈少良、撒刚、邓晨、Jun Yao，哥廷根大学 Andrea Polle
检测样品：银灰杨根
检测离子 / 分子指标：H
+
、NO
3
-
收稿日期：2022-10-10；接收日期：2022-10-10
编辑 E-mail: yanhan@nmtia.org.cn
创新机遇
供稿 中关村 NMT 产业联盟编辑部
《NMT 通讯》第一期
1� 离子 / 分子流实验结果
由于
15
N 跟踪确实揭示了运输的 N 化合
物的身份，研究使用非损伤微测技术（NMT）
来确定杨树在有无真菌定殖以及响应盐胁迫
时的 NO
3
-
流速变化。NO
3
-
的流速沿着根尖
（100~2100 μm）在测试液中保持恒定（0.1
mM 低 NO
3
-
, 图 2a）。NO
3
-
流速的大小和
方向明显受 NaCl 处理和真菌定殖的影响（图
1a）。无菌根（non-mycorrhizal, NM）
杨树的根尖表现出适度的 NO
3
-
吸收，而真
菌定殖的根表现出 7.4~11.8 倍的吸收（图
1a）。很显然，这种刺激不需要哈蒂氏网，
因为与 NM 根相比，用 MAJ 或 NAU 定殖的
根会使 NO
3
-
吸收增加（图 1a）。此外，在
盐胁迫下，真菌定殖的根保持了 NO
3
-
的净
吸收，而 NM 根在短期和长期盐胁迫下显示
出 NO
3
-
的净外排（图 1a）。无论是对照还
是盐处理，NAU 和 MAJ 的纯菌株均表现出
NO
3
-
内流（图 3）。
NO
3
-
的吸收需要 H
+
的协同运输，因此
取决于外部环境的 pH 值。随后研究检测了
NM 和真菌定殖的根表面的 pH 值。沿 NM
根的 pH 值是稳定的（图 2b），平均值为 5.41
（图 1b）。真菌定殖导致根表面酸性更高，
pH 值范围为 5.05~5.12（图 1b, 图 2b）。
长期的盐胁迫导致 NM 植物的 pH 值明显上
升至约 pH 值 5.8（P<0.001）。在真菌定殖
的植物中，盐处理也引起 pH 升高，导致根
表面的 pH 值约为 5.4，类似于 NM 对照根
的 pH 值（图 1b, 图 2b）。盐诱导植物根系
pH 值的增加是由于根表面 H
+
外排速率下
降。无论对照条件如何，或短期或长期盐胁
迫，NAU 的表面 pH 值与 MAJ 定殖的根的
表面 pH 值没有差别（图 1b）。
摘要：盐胁迫是阻碍杨树吸收氮素营养的重要环境因子。本文描述了盐度对外生菌根中质
子驱动的硝酸盐流速的影响以及哈蒂氏网对硝酸盐吸收的重要性。研究采用两种卷边网褶
菌（Paxillus involutus）菌株进行根部定殖：一种是 MAJ，形成典型的外生菌根结构（地
幔和哈蒂氏网），一种是 NAU，定殖根具薄而疏松的菌丝鞘。将真菌定殖和非定殖的银灰
杨（Populus canescens）用 NaCl 处理后，检测根表面 pH、NO
3
-
流速、硝酸盐转运蛋白
（PcNRT1.1、1.2、2.1）和质膜 H
+
-ATPase（PcHA4、8、11）的转录。不论是否存在哈蒂氏网，
菌株定殖都能增强根系 NO
3
-
的吸收，降低表面 pH 值并刺激宿主植物的 NRTs 和 HA4。在
盐胁迫下，未定殖的根部表现出较强的净 NO
3
-
外排，而真菌定殖对根表面 pH 和 H
+
-ATPase
的有益作用避免了 NO
3
-
的损失。在所有条件下，抑制 H
+
-ATPases 可消除 NO
3
-
内流。研究
发现，刺激 H
+
-ATPase 对于外植体对 NO
3
-
吸收的有利影响是至关重要的，而哈蒂氏网的存
在对于 NO
3
-
转运的改善并不是必需的。菌根可能会通过保持 NO
3
-
营养来促进宿主植物适应
盐害环境。
关键词：非损伤微测技术，盐胁迫，菌根，硝酸根，哈氏网，NRT
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《NMT 通讯》第一期
图 1.NaCl 对有无菌株定殖的银灰杨根表面的 NO
3
-
流速和 pH 值的影响。
正值代表 NO
3
-
外排，负值代表 NO
3
-
吸收。
图 2. NaCl 对有无菌根接种的杨树 NO
3
-
稳态流速和根表 pH 的影响。
正值代表 NO
3
-
外排，负值代表 NO
3
-
吸收。
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2� 离子 / 分子流实验处理方法
将银灰杨的根分别在有无 P. involutus
菌株（MAJ 和 NAU）的情况下接种 30 d，
然后再用0或100 mM NaCl处理24 h（短期，
ST）或 7 d（长期，LT）。
3� 其他实验结果
1）与 NM 杨树相比，MAJ 或 NAU 定
殖的杨树根和茎中 15N 的富集度更高。
2）真菌定殖和盐胁迫改变了杨树根
系中低亲和力和高亲和力硝酸盐转运蛋白
(NRTs) 的转录水平。
3）长期盐胁迫下，NR 和 NiR 的活性
呈下降趋势。
4）尽管盐诱导的 PcHA4 转录水平有所
下降，但在盐胁迫下，真菌定殖的 PcHA4
转录水平仍高于 NM 根系。
5）与 NM 相比，P. involutus 定殖的根
表现出更高的质膜超极化。
6）MAJ 定殖的根在距顶端 500~900
μm 处表现出更高的 O
2
吸收率。
4� 结论
本研究证明了外生菌根真菌 P.
involutus 定殖的杨树根系对 NO
3
-
的净吸收
增强，并且几种 NRTs 和 HAs 的表达增加。
无哈蒂氏网的 P. involutus 菌株 NAU 引起
NO
3
-
净流速增加，NRT 和 HA 转录水平增加，
类似于用 MAJ 定殖形成典型的外菌根结构
的根。
研究认为真菌对增强 NO
3
-
运输能力的
有益影响被盐胁迫所否定。不过，由于真菌
定殖的根表面酸度高于 NM 根的表面酸度，
因此 Paxillus 菌株 MAJ 和 NAU 维持了盐胁
迫下根 NO
3
-
的稳态。盐胁迫诱导 NM 根系
NO
3
-
外排受到菌根激活的 H
+
-ATPases 的抑
制，明显地在质膜上形成了足以使 NO
3
-
保
留的 H
+
梯度。而菌根真菌是如何影响 H
+
泵
活性以及宿主 PcNRT 和 PcHAs 转录调控的，
在未来需要继续研究，同时对于科研学者们
来说这也是一次创新机遇。总体而言，本研
究的结果为菌根共生体在养分吸收和胁迫改
善方面的功能提供了新的见解。
（责任编辑：李雪霏）
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