PCE：NMT发现外生​菌根可促灰杨吸Cd2+提升Cd2+​耐受能力

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 

基本信息

主题：NMT发现外生菌根可促灰杨吸Cd²⁺提升Cd²⁺耐受能力

期刊：Plant Cell and Environment

影响因子：6.362

研究使用平台：NMT植物-微生物互作创新平台

标题：Ectomycorrhizas with Paxillus involutus enhance cadmium uptake and tolerance in Populus × canescens

作者：西北农林科技大学罗志斌（现中国林科院林业研究所）、马永禄

 

检测离子/分子指标

Cd²⁺，H⁺

 

检测样品

灰杨根

 

中文摘要（谷歌机翻）

      外生菌根（EMs）是树根和某些真菌之间形成的共生器官，可以介导寄主植物对镉（Cd）的耐受性，但其潜在的生理和分子机制尚不完全清楚。为了研究木本植物中EMs介导的对Cd的耐受性，用渐生Paxillus involutus（MAJ菌株）接种Populus × canescens来建立菌根。菌根杨树和非菌根对照暴露于0或50 μM CdSO₄中。EMs的净Cd²⁺内流速率高于非菌根。净Cd²⁺内流与净H⁺外排相结合，质膜（PM）H⁺-ATPase的失活降低了EM对Cd²⁺的吸收，而无菌根则更少。与EMs较高的Cd²⁺吸收一致，在大多数情况下，与非菌根相比，EMs中参与Cd²⁺吸收，转运和解毒过程的基因的转录水平增加。尽管Cd²⁺积累较高，但与非菌根杨树相比，菌根中的CO₂同化程度更高，营养和碳水化合物状况得到改善，并且氧化应激得到缓解。这些结果表明，菌根增加了Cd²⁺的吸收，可能是由于根体积增大和与Cd²⁺吸收和运输有关的基因的过表达，并同时增强了Po.×canescens通过增加排毒，改善营养素和碳水化合物的状况以及防御准备来降低蔗糖对镉的耐受性。

 

离子/分子流实验处理

1. 0/50 μM CdSO₄处理40 d
2. 0.5 mM原钒酸盐实时处理

 

离子/分子流实验结果

      为了研究Cd的吸收，在菌根和非菌根杨树的根尖测定了Cd²⁺流速。为了找出沿着菌根和非菌根根尖产生最大Cd²⁺流速的位置，在根尖进行了初始测量，随后进行了300 μm距离的测量（图1a）。净Cd²⁺流速沿根尖有较大的变化（图1b）。最大的Cd²⁺内流速率出现在距根尖600 μm处， EMs和Cd胁迫无关（图1b）。菌根根尖的Cd²⁺净内流速率明显高于非菌根（图1b）。此外， 50 μM CdSO₄处理40 d导致净Cd²⁺内流速率减少约30%（图1b）。

 

 

图1. 在无菌根（N）或有菌根（M）Po.×canescens中，0（C）或50 μM CdSO₄（Cd）处理40 d的后外生菌根根尖净Cd²⁺流速变化。正值代表Cd²⁺外排，负值代表Cd²⁺吸收。

 

      为了进一步研究Cd²⁺净流速的时间动态变化以及Cd²⁺净流速和PM H⁺-ATPase之间的耦合，在距灰杨根尖600 μm处发生了最大的Cd²⁺净内流速率，因此对该点的Cd²⁺和H⁺净流速的时间动态进行了详细研究。在原钒酸盐处理之前，在测试期间观察到每个菌根和Cd处理组合的Cd²⁺净流速几乎没有波动（图2a）。与非菌根相比，菌根根尖显示出36~74%的净Cd²⁺内流速率（图2b），而与对照组相比，Cd预处理降低了26~42%的净Cd²⁺内流速率（图2b）。原钒酸盐处理使非菌根的净Cd²⁺内流速率减少82%，甚至导致净Cd²⁺外排，但仅使菌根的净Cd²⁺内流速率减少27%（图2a, b）。在原钒酸盐处理前，无论菌根和Cd处理如何，杨树根中的H⁺净流速都显示出外排（图2c）。菌根的H⁺外排速率也比非菌根强3倍（图2d）。在原钒酸盐处理前，Cd预处理导致根部的H⁺净外排速率高出71~121%（图2d）。原钒酸盐处理抑制了根部的H⁺外排，甚至导致显著的净H⁺内流（图2c, d），表明原钒酸盐是PM H⁺-ATPase的有效抑制剂。

 

 

图2. 0.5 mM原钒酸盐实时处理下的Po.×canescens的Cd²⁺和H⁺流速变化。正值代表H⁺、Cd²⁺外排，负值代表H⁺、Cd²⁺吸收。

 

测试液

0.05 mM CdSO₄, 0.05 mM KCl, 0.25 mM NaCl, 0.15 mM MES, 0.1 mM Na₂SO₄, pH 6.0

 

仪器采购信息

• 据中关村NMT产业联盟了解，陕西地区的西北农林科技大学于2019年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。

• 据中关村NMT产业联盟了解，北京地区的中国林业科学研究院林业研究所于2009年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。

 

 

 

 

 

原文链接：https://doi.org/10.1111/pce.12183

 

关键词：碳水化合物；基因表达；离子流；菌根；营养素；氧化应激；质膜；质子ATP酶；白杨