旭月NMT简报---关键词搜索:

旭月简报(原NMT电子报)

第198期-硅酸化纳米壳增强水稻拒Cd能力

       研究使用设备

       基于单细胞的人造纳米壳材料的模拟及设计在微生物及哺乳动物细胞中已有研究,这些合成界面材料赋予活细胞抵抗各种环境胁迫的新颖独特的性能。但是,在高等植物细胞中,化学性纳米包裹研究还未涉及。

       华中农业大学王荔军教授课题组以水稻悬浮细胞为研究对象,将其细胞壁通过模拟硅藻生物矿化使其硅酸化,利用基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)的旭月NMT重金属研究工作站,分析细胞对重金属(Cd2+)胁迫的耐受性。研究成果于2016年10月发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering上,标题为“Multifunctionality of Silicified Nanoshells at Cell Interfaces of Oryza sativa”。马捷博士为第一作者。

       研究测定了水稻悬浮细胞表面的Cd2+流,发现细胞界面的硅纳米壳能够有效吸附Cd2+,迅速将Cd2+隔离并固定在硅酸化细胞壁上;相比普通细胞壁,吸附速率快了6-10倍。因此,细胞表面的硅酸化纳米壳通过抑制Cd2+进入胞内从而增加对Cd的耐受性。

        图注:不同细胞壁在不同浓度Cd2+胁迫时的Cd2+

 

       此外,实验还使用原子力显微镜观察细胞的力学性质,由于硅纳米壳本身的性能,细胞壁明显更加坚固,给予细胞抵抗机械损伤的外界保护。化学性硅酸化细胞利用复合材料,拥有协同优化机械性保护及重金属解毒的多功能性。

       王荔军教授课题组从2014年开始使用旭月NMT重金属研究工作站从事水稻Cd研究,目前利用这一设备发表的SCI文章达到4篇,总影响因子21.615。

 

注:SIET、MIFE、SVET、SPET等技术名称,已经统一为Non-invasive Micro-test Technology,中文名“非损伤微测技术”,简称NMT。

        下载全文:C2016-021

第197期-低磷胁迫下AHA2和AHA7调控根尖H+外排

       研究使用设备

       土壤中缺乏磷是限制植物生长的主要因素之一。质膜(PM)H+-ATPase在植物应对低磷(LP)环境时起到重要的作用。但PM H+-ATPase如何影响低磷时根部质子流及其生长还未可知。

       2017年1月,福建农林大学许卫锋和香港中文大学张建华在Journal of Experimental Botany上发表的成果以拟南芥为研究对象,研究在低磷时,其PM H+-ATPase基因家族(AHA 1-11)的参与情况及其作用。

       结果表明:拟南芥受到低磷胁迫时,基因AHA2和AHA7的表达增强。若二者缺失,突变体植株的根部生长及反应受到高度抑制。利用基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)的旭月NMT活体根工作站,测定根部分生区、过渡区、伸长区、成熟区的H+流,结合根系生长情况及磷浓度的测定结果发现:低磷条件下,AHA2主要通过介导根伸长区H+外排来调节初生根的伸长;而AHA7是通过介导根毛区H+外排影响根毛形成。

        图注:拟南芥根部H+流检测图

        图注:低磷胁迫时,野生型和突变型拟南芥根尖分生区(MZ)、过渡区(TZ)、伸长区(EZ)和根毛区(RHZ)的H+流测定

       文章利用旭月NMT活体根工作站验证了AHA2与AHA7基因的功能,在低磷胁迫研究中,再一次充当了基因与功能间的桥梁作用。

许卫锋教授接受“中关村NMT非损伤微测技术产业联盟”专访 (转自nmtia.org)

       许卫锋教授近期在接受“中关村NMT非损伤微测技术产业联盟”的专访时表示,“植物酸碱平衡理论”是目前自己从事水肥研究的核心思想,而非损伤微测系统提供的H+流速数据,是支撑这一理论的核心证据之一。未来,还将利用蛋白质等生化手段,结合生态研究,形成更加完善的研究体系。旭月也将持续关注联盟的最新动态,第一时间转发此次专访报道。

 旭月工程师参观许卫锋教授实验室

       许卫锋教授在中科院南京土壤所、香港中文大学、福建农林大学工作期间,作为第一或通讯作者,利用旭月NMT活体根工作站进行了大量的水肥研究,已发表SCI文章8篇,总影响因子40.893。

 

注:SIET、MIFE、SVET、SPET等技术名称,已经统一为Non-invasive Micro-test Technology,中文名“非损伤微测技术”,简称NMT。

        下载全文:C2017-010

第195期-NMT研究花生发育不同时期的钙信号通路

       研究使用设备

       花生是一种喜钙植物。钙(Ca)在许多信号通路中都是无处不在的中心点。土壤中游离钙离子(Ca2+)缺乏导致出现秕荚。因此,研究Ca2+如何影响荚果发育尤为重要。

        2017年7月,山东省农科院万书波、李新国课题组在Frontiers in Plant Science上发表了文章“Transcriptome Analysis of Calcium and Hormone-Related Gene Expressions during Different Stages of Peanut Pod Development”,分析Ca2+在荚发育的四个时期中的流动转运情况。

      结果显示:花生壳的Ca2+在四个时期均表现为外排,而在胚胎期(S4)和红皮期(S3)Ca2+表现为内流。因此,胚胎期和红皮期发育较为需要Ca2+。研究人员从不同时期种子的转录组入手分析,发现花生种子发育可能受到Ca2+信号转导通路和激素调控通路的协同作用。

      图注:不同时期的不同荚组织中Ca2+

       这是首次在花生样品中运用基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)的旭月活体Ca2+工作站,测定Ca2+流动。研究验证了Ca2+在种子发育的不同时期的吸收与外排作用,为其他作物的生长发育研究提供了新思路。万书波、李新国课题组运用此设备,在本年度已经发表两篇SCI文章。

注:SIET、MIFE、SVET、SPET等技术名称,已经统一为Non-invasive Micro-test Technology,中文名“非损伤微测技术”,简称NMT。

        下载全文:C2017-014

第193期- NMT检测茶树根部吸收NH4+和NO3-的特性

       研究使用设备

       茶叶作为一种重要的饮料作物,已在热带及亚热带地区广泛种植。而影响茶叶品质的因素包括氮(N)的水平及形式。因为氮是叶绿素、核酸、蛋白质及许多次级代谢产物的必需元素。硝态氮和铵态氮是土壤中氮的两种主要形式,均可被植物吸收利用。

        2016年12月,中国农业科学院茶叶研究所成浩课题组在Scientific Reports上发表了文章“Characteristics of NH4+ and NO3- fluxes in tea (Camellia sinensis) roots measured by scanning ion-selective electrode technique”。与以往通过15N标记法研究氮素吸收不同,研究利用基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)的旭月NMT营养研究工作站,测定茶树根部NH4+ 和NO3-吸收。

       结果表明:不论是在单一或者混合氮素形式下,茶树对NO3-的吸收弱于NH4+,即茶叶会优先吸收NH4+。随着氮浓度的增加,茶树根对NO3-的吸收速率超过了NH4+。NO3-的存在抑制了茶树对NH4+的吸收,而NH4+的存在促进了茶树对NO3-的吸收。因此证明:

  • 茶树根部更倾向于吸收利用NH4+
  • NO3-的存在抑制NH4+的吸收
  • NH4+会促进NO3-的吸收

 

 

        图注:茶树根部NH茶树根部NH4+流检测图流检测图

 

 

        图注:在不同形式氮素下茶叶根表面NO3-流和NH4+

       此项研究不仅推进了水培茶的实验研究进程,而且对指导土壤种植茶叶的有效施肥具有指导意义。

注:SIET、MIFE、SVET、SPET等技术名称,已经统一为Non-invasive Micro-test Technology,中文名“非损伤微测技术”,简称NMT。

        下载全文:C2016-015

第196期-钙通道是小麦根系镉吸收的重要途径

       研究使用设备

       研究根部镉转运过程对于理解镉的过量积累十分重要。但由于方法上的局限性,传统技术会破坏样品,结论可信度大打折扣。

        中科院烟台海岸带研究所骆永明课题组以小麦为研究对象,利用基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)的旭月NMT重金属研究工作站,实时测定活体根系Cd2+流来探究Cd2+的吸收转运机制,从而评估各种抑制剂和通道阻断剂对镉积累的影响。文章标题为“Characteristics of cadmium uptake and membrane transport in roots of intact wheat (Triticum aestivum L.) seedlings”,于2016年11月在Environmental Pollution上发表。

       研究结果表明:小麦根细胞吸收Cd2+与H+梯度无直接关系;而解偶联剂2,4-二硝基酚明显限制Cd2+的吸收转运;经Ca2+通道阻断剂(La3+、Gd3+和Verapamil)处理后,整株小麦的镉含量明显降低,但K+通道阻断剂(TEA)无明显影响。而且,Ca2+通道抑制剂及高浓度Ca2+降低了Cd2+流速。因此,小麦根部Cd2+的跨膜运输是通过Ca2+通道进行的。

        图注:小麦根部Cd2+流检测图

        图注:分别为Ca2+和K+通道阻断剂作用前后根部Cd2+流测定

       本研究利用旭月NMT重金属研究工作站,直接观察了各离子通道抑制剂对活体小麦根部Cd2+的跨膜流动的影响,结合Cd2+浓度测量结果,证明Cd2+的吸收转运机制,即通过Ca2+通道进行。

       骆永明研究员课题组从2016年至今,在不到一年的时间内,已经利用旭月NMT重金属研究工作站发表SCI文献三篇,总影响因子11.012。

 

注:SIET、MIFE、SVET、SPET等技术名称,已经统一为Non-invasive Micro-test Technology,中文名“非损伤微测技术”,简称NMT。

        下载全文:C2016-016

第194期-昆虫取食叶片致植物生长迟缓与根尖IAA滞留分生区有关

       研究使用设备

       植物遭受虫害时会降低生长速率,此时植物体内的能量会从促进生长转变为提高抗虫害能力。但是,昆虫食叶片后造成生长速率缓慢的潜在机制还不得而知,推测其中存在一种信号级联反应。

        2017年3月,北京林业大学沈应柏教授在Journal of Plant Growth Regulation上发表了文章,标题为“Insect Herbivory of Leaves Affects the Auxin Flux Along Root Apices in Arabidopsis thaliana”。研究结果表明:遭到昆虫取食后,叶片和根部的游离茉莉酸(JA)和生长素(IAA)水平均有所提高,而且生长素合成相关基因YUCCA3和YUCCA8的转录水平提高。利用基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)的旭月活体IAA工作站,进一步分析检测根尖内源IAA流动,发现虫害后,在根过渡区表面附近,IAA流动减缓。相反,虫害使得根表面H+流增加,过渡区较为明显。同样,虫害使得IAA转移基因PIN1、PIN2、PIN3、PIN7和AUX1的转录水平降低。结合IAA与H+流结果推测,植物遭受虫害后生长缓慢可能与IAA由根尖分生区往伸长区运输受阻及质子分泌减弱相关。

        图注:拟南芥根部H+流检测图

        图注:不同条件下根部不同区域内H+与IAA流测定

       这是沈应柏教授利用旭月非损伤微测系统发表的第五篇SCI文章,也是第二篇研究活体内源IAA流动的SCI文章。沈教授一直致力于植物虫害胁迫信号转导研究,中关村非损伤微测技术产业联盟已于近期对沈教授进行了专访,旭月也将持续关注联盟的最新动态,第一时间转发此专访报道。

 

注:SIET、MIFE、SVET、SPET等技术名称,已经统一为Non-invasive Micro-test Technology,中文名“非损伤微测技术”,简称NMT。

        下载全文:C2017-003

第192期-Ca2+流速指示微藻氮胁迫信号转导

       研究使用设备

        Ca2+作为植物细胞中最重要的第二信使,参与了植物许多逆境过程的信号转导。在非生物逆境条件下,植物细胞中的Ca2+在时间、空间及浓度上会出现特异性变化,即诱发产生钙信号。钙信号再通过其下游的钙结合蛋白进行感受和转导,进而在细胞内引发一系列的生物化学反应以适应或抵制各种逆境的胁迫。N限制作为其中一种非生物胁迫被认为是影响植物生长和代谢的重要因素,藻类植物在受到氮素胁迫时会合成一定的淀粉和脂质对胁迫进行响应。作者认为这种适应胁迫的代谢过程与Ca2+的信号转导过程相关。

        本研究中,作者选取绿藻(Chlorella sp. C2)作为实验材料,设置BG11溶液对照组和去除NaNO3的BG11溶液的处理组,利用NMT结合其他技术探讨藻类植物在受到N胁迫时Ca2+在时间、空间及浓度上的变化及离子所涉及的代谢过程调控。结果表明,绿藻的Ca2+在对照组中呈外流状态,在受到胁迫的初期阶段(0-2天),N素的缺失显著的降低了Ca2+的流速,在后半阶段(2-8天),Ca2+的流速持续降低最终呈内流状态,且处理组和对照组差异显著(如图)。

        NMT作为一种非损伤实时测定活体样品的技术,与膜片钳技术和荧光成像技术相比,能解决上述技术无法揭示离子在时间、空间上变化的缺陷。在说明信号转导过程中离子的流速变化的问题上,NMT技术更是一项不可缺少的技术。

 

 

        图注:茭白根部不同区域Pb2+、Cu2+流速检测结果。

注:SIET、MIFE、SVET、SPET等技术名称,已经统一为Non-invasive Micro-test Technology,中文名“非损伤微测技术”,简称NMT。

        下载全文:C2014-007