《NMT 通讯》第二期
4
NMT 文献速递
收稿日期：2022-12-26
编辑作者 E-mail:yanhan@nmtia.org.cn
Chemosphere 厦大郑海雷：NMT 发现 Cd 胁迫促进龙葵吸 NH
4
+
为
Cd 通过调节 N 转运蛋白和 APQs 基因表达改变龙葵对 N 素吸收偏好
性提供证据
一、基本信息
研究使用平台：
NMT
重金属胁迫创新平台
期刊：
Chemosphere
主题：
NMT
发现
Cd
胁迫促进龙葵吸
NH
4
+
为
Cd
通过调节
N
转运蛋白和
APQs
基因表
达改变龙葵对
N
素吸收偏好性提供证据
标 题：
Cadmium promotes the absorption
of ammonium in hyperaccumulator Solanum
nigrum L. mediated by ammonium transporters
and aquaporins
影响因子：
8.943
作者：厦门大学郑海雷、张露丹
二、检测离子 / 分子指标
Cd
2+
、
NO
3
-
、
NH
4
+
三、样品信息
龙葵根（分生区和伸长区）
四、中文摘要
镉（
Cd
）是一种有毒的重金属，影响植
物的正常生长。
NO
3
-
和
NH
4
+
是植物吸收的
主要无机氮（
N
）形式。然而，
Cd
胁迫下氮
的吸收和调控机制尚不清楚。
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《NMT 通讯》第二期
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图 1. 不同
CdCl
2
处理对龙葵根部分生区
Cd
2+
流速的影响。负值代表
Cd
2+
吸收，正值代表
Cd
2+
外排。
研究发现：（
1
）
Cd
处理影响龙葵幼苗
根系的生物量、根长和根分生区
Cd
2+
流速。
同时，通过
非损伤微测技术（
NMT
）测定
了
Cd
处理条件下龙葵根生区和伸长区
NO
3
-
和
NH
4
+
流速。结果表明 , 与
0
和
5 μM Cd
处理相比，
50
μM Cd
显著抑制了
NO
3
-
内流，
增加了
NH
4
+
内 流 ；（
2
）
qRT-PCR
分析表明，
50 μM Cd
抑制了
SnNRT2;4
和
SnNRT2;4-
like
基因的表达，增加了
SnAMT1;2
和
SnAMT1;3
在根部的表达；（3）在
NH
4
+
供
应下，
50 μM Cd
显著诱导水通道蛋白基因
SnPIP1;5
、
SnPIP2;7
和
SnTIP2;1
的表达。
50 μM Cd
处理通过上调
NH
4
+
转运蛋白和水
通道蛋白的基因表达来促进
NH
4
+
的吸收，
总体来讲，
50 μM Cd
处理会影响龙葵对不
同氮营养的偏好。
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五、离子 / 分子流实验处理方法
Cd
2+
：
14
天的龙葵幼苗在
0
、
5
、
25
、
50
和
100 μM CdCl
2
下处理
1
天
NO
3
-
、
NH
4
+
：
14
天的龙葵幼苗在
0
、
5
、
25
、
50
和
100 μM CdCl
2
下处理
4
天；
50
μM CdCl
2
实时处理；
25 μM HgCl
2
实时处理
六、离子 / 分子流实验结果
之前的研究结果表明，
Cd
2+
在龙葵根
部分生区内流速率最高。本研究使用 NMT 检
测不同浓度的
Cd
处理对龙葵根生区流速的
影响。
Cd
2+
在
5 μM
和
25 μM Cd
处理下表
现出净内流，约为
5 pico mole cm
-2
•s
-1
。在
50 μM Cd
下，
Cd
2+
内流显著增加，约为
17
pico mole cm
-2
•s
-1
。而在
100 μM Cd
处理下
Cd
2+
明显外排。综上所述，与
5 μM Cd
相比，
50 μM Cd
处理显著增加了
Cd
2+
的流入，抑
制了龙葵幼苗的生长（图
1
）。
《NMT 通讯》第二期
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NMT 文献速递
图 2. 龙葵根不同生区
NO
3
-
和
NH
4
+
流速。负值代表吸收，正值代表外排。
为探讨
Cd
对不同根组织中
NO
3
-
和
NH
4
+
吸收的影响，采用
NMT
测定了不同
根组织中
NO
3
-
和
NH
4
+
的流速。如图
2A
所
示，
NO
3
-
在根分生区表现出净内流，达到
200 pico mole cm
-2
•s
-1
。在根冠、伸长区和成
熟区，
NO
3
-
表现出显著的外排。不同的是，
NH
4
+
在根冠和分生区表现出外排，在伸长
区表现出显著的内流，达到
180 pico
mole
cm
-2
•s
-1
，在成熟区存在微弱的
NH
4
+
内流（图
2B
）。对根尖离子流速的观察表明，
NO
3
-
内流主要发生在分生区，而
NH
4
+
内流主要
出现在伸长区。
研究进一步检测了实时添加
50 μM
CdCl
2
时，龙葵根分生区和伸长区的
NO
3
-
和
NH
4
+
流速。随着处理时间的增加，
NO
3
-
的内流逐渐减弱并达到稳定状态（图
3A
和
3B
）。稳定后，
NO
3
-
在分生区和伸长区表
现出外排，分别接近
55-65
和
250-280 pico
mole cm
-2
•s
-1
。实验结果表明，
Cd
的瞬时添
加抑制了
NO
3
-
在分生区和伸长区的内流。
添加
50 μM CdCl
2
导致分生区和伸长区中
NH
4
+
快速外排（图
3C
和
3D
）。随着处理
时间的增加，
NH
4
+
外排逐渐减弱并达到稳
定状态。稳定后，
NH
4
+
在分生区出现外排，
达到
60-80 pico mole cm
-2
•s
-1
（图
3C
）， 而
NH
4
+
在伸长区出现净内流，达到
320-340
pico mole cm
-2
•s
-1
（图
3D
）。这些结果表明，
Cd
的瞬时添加促进了
NH
4
+
在分生区和伸长
区的内流。
《NMT 通讯》第二期
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采用
NMT
测定不同
Cd
浓 度（
0
、
5
和
50 μM CdCl
2
）处理
14
日龄龙葵幼苗
4 d
后，根分生区和伸长区的
NO
3
-
和
NH
4
+
流
速。实验结果表明，
5 μM Cd
处理下的分生
区和伸长区
NO
3
-
流速平均值与对照无显著
差异（图
4A
和
B
）。 此 外，
50 μM Cd
处
理对伸长区
NO
3
-
外排的平均值没有显著影
响（图
2B
）。而在分生区，
50 μM Cd
处理
的
NO
3
-
内流速率与对照相比降低了约
76%
（图
2A
）。对于
NH
4
+
流速，
5 μM Cd
处理
下的分生区和伸长区与对照相比无显著差异
（图
2C
和
D
）。然而，与对照组相比，
50
μM Cd
处理显著抑制了分生区
72%
的
NH
4
+
外排，增强了伸长区
36%
的
NH
4
+
内流（图
4C
和
D
）。简而言之，这些结果表明，与
对照组和
5 μM Cd
处理相比，
50 μM Cd
处
理抑制了分生区
NO
3
-
的内流，促进了分生
区和伸长区
NH
4
+
的内流。
图
3
.
CdCl
2
瞬时处理对龙葵根部分生区和伸长区
NO
3
-
和
NH
4
+
流速的影响。负值代表吸收，正值代表外排。
图
4
.
Cd
处理对龙葵根分生区和伸长区
NO
3
-
和
NH
4
+
流速的影响。负值代表吸收，正值代表外排。
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水通道蛋白不仅通过调节蒸腾作用来
调节
N
的吸收，而且还具有转运
N
的功
能。本研究测定了水通道蛋白特异性抑制剂
HgCl
2
（
25 μM
）瞬间处理下的
NO
3
-
和
NH
4
+
流速，以验证水通道蛋白与龙葵根吸收
N
的关系。如图
5A
和
5C
所 示，
HgCl
2
的加
入导致
NO
3
-
和
NH
4
+
在分生区短暂而快速的
流入。随着处理时间的延长，内流逐渐减
弱，最终达到稳定状态。对于伸长区，添加
HgCl
2
导致
NO
3
-
和
NH
4
+
外排速率增加（图
5B
和
5D
）。更重要的是，
HgCl
2
的加入使
NH
4
+
的内流变为外排（图
5D
）。实验结果
表明，
25 μM HgCl
2
显著抑制了分生区
NO
3
-
的吸收和伸长区
NH
4
+
的吸收，且
HgCl
2
对
NH
4
+
吸收的影响大于对
NO
3
-
吸收的影响。
图 5.
HgCl2
实时处理对龙葵根
NO
3
-
和
NH
4
+
流速的影响。负值代表吸收，正值代表外排。
七、其它实验结果
●
与
0
和
5 μM CdCl
2
处理相比，
50 μM Cd
显著降低龙葵根部和地上部中
NO
3
-
的含量，
增加了根部
NH
4
+
的含量。
● 50 μM CdCl
2
抑制了根部
SnNRT2;4-like
基
因的表达，增加了地上部
SnAMT1;2
的表达
和
SnAMT1;3
在根部的表达。
● 50 μM CdCl
2
处理促进了根部
SnTIP2;1
的
表达。
八、结论
与
0
和
5 μM CdCl
2
处理相比，
50 μM
CdCl
2
胁迫抑制了龙葵
NO
3
-
的吸收，促进
NH4+
的吸收。表明高
Cd
胁迫可以改变
龙葵对氮素吸收的偏好，这是由于
50 μM
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CdCl
2
处理调节了氮转运蛋白和水通道蛋白
基因表达。一方面，
50 μM Cd
胁迫降低了
SnNRT2;4
和
SnNRT2;4-like
的表达，增加
了
SnAMT1;2
和
SnAMT1;3
的表达；另一方
面，
50 μM Cd
胁迫增加了
NH
4
+
供给条件下
SnPIP1;5
、
SnPIP2;7
和
SnTIP2;1
的表达。
而添加水通道蛋白特异性抑制剂
HgCl
2
显著
抑制了
NH
4
+
的吸收，说明水通道蛋白在高
Cd
胁迫下对
N
的吸收起重要作用。本研究
为高
Cd
胁迫对超累积植物龙葵对不同氮素
营养偏好的影响提供了线索。
九、测试液
0/5/25/50/100 μM CdCl2, pH 6.0
0/5/50 μM CdCl2, 2 mM NaNO3, pH 6.0
0/5/50 μM CdCl2, 2 mM NH4Cl, pH 6.0
关键词：
NH
4
+
内流；
Cd
；
SnTIP2;1
；
SnAMT1;3
；龙葵；植物类
文献信息：
Zhang LD, et al. Cadmium
promotes the absorption of ammonium in
hyperaccumulator Solanum nigrum L. mediated
by ammonium transporters and aquaporins.
Chemosphere. 2022 Nov;307(Pt 3):136031.
doi: 10.1016/j.chemosphere.2022.136031.
Epub 2022 Aug 15. PMID: 35981624.
（责任编辑：李雪霏）