研究使用设备

NMTPhysiolyzer^®活体生理检测仪

     

      2018年10月，湖南农大张振华教授团队针对影响稻田油菜养分高效利用的渍害问题的研究成果，在Plant Physiology上发表，研究标题为“NRT1.1-related NH₄⁺ toxicity is associated with a disturbed balance between NH₄⁺ uptake and assimilation”。这是张振华教授利用非损伤微测技术（Non-invasive Micro-test Technology, NMT）在Plant Physiology上发表的第二篇文章。

       Plant Physiol：NMT在稻油轮作养分高效利用机理上的应用

       上一篇文章中，利用NMT检测了油菜根部液泡的跨膜NO₃^-运输，发现低氮素利用率（NUE）油菜液泡吸NO₃^-的速率是高NUE油菜的3倍，后者将更高比例的NO₃^-分配到细胞质中，继而诱导根部NRT1.5的表达，同时抑制NRT1.8的表达，最终导致更大比例的NO₃^-装载到木质部汁液中运输到油菜的地上部分。这是稻油轮作条件下氮高效型油菜品种基因型拥有更高NUE的重要原因之一。

高（H）、低（L）NUE油菜根部液泡NO₃^-跨膜吸收速率。

       此次新发表的研究成果，揭示了拟南芥NRT1.1的信号功能调控铵吸收和C-N代谢解偶联，增强植物对铵胁迫的敏感性。研究结果为深入了解植物铵毒害的发生机制，提高稻田渍害条件下的油菜氮素养分利用效率提供了理论支撑。

       研究发现,在(NH₄)₂SO₄环境下，NRT1.1通过信号调控诱导根中NH₄⁺吸收转运蛋白的表达来增强对生长环境中NH₄⁺的吸收；另外，根系NH₄⁺的同化途径GS/GOGAT循环显著降低，而PK酶活性没有受到显著影响，造成植物体内NH₄⁺大量累积，碳氮代谢失衡，并诱导乙烯的产生，促进植物衰老。nrt1.1突变体根中NH₄⁺吸收转运蛋白没有受到(NH₄)₂SO₄的显著诱导，GS/GOGAT循环也没有受到显著影响，而GDH的活性显著提高，通过对NH₄⁺吸收与同化之间的协同作用，降低了植株体内NH₄⁺的累积，缓解铵毒的发生。

野生型、突变体根尖分生区NH₄⁺外排速率对比。正值表示外排。

          本研究利用基于NMT技术的NMT活体生理检测仪Physiolyzer^®，检测了油菜根部分生区NH₄⁺外排的速率，实时观测到了突变体根尖排NH₄⁺速率显著高于野生型。

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图注：活体生理检测仪Physiolyzer^®

     

       “硬头”病是黄金梨品种梨果实中常见的一种生理病害，但是对其发育过程中所涉及的机制知之甚少。

       2017年11月，青岛农业大学杨绍兰副教授在Cell Calcium上发表了一篇文章，题目为“The changes of intracellular calcium concentration and distribution in the hard end pear (Pyrus pyrifolia cv. ‘Whangkeumbae’) fruit”，主要探究梨果实中硬端失调与缺钙之间的关系。

       研究测定了梨果实的Ca²⁺流速、Ca²⁺分布，以及Ca、Mg、K、B及N的含量。结果显示，在果实发育过程中，“硬头”病梨中Ca/N、Ca/K、Ca/Mg及B含量显著低于正常组果实。然而，“硬头”病梨生长的环境中的土壤、叶片中没有检测到缺钙。

       除了检测元素含量，研究中还利用基于非损伤微测技术（Non-invasive Micro-test Technology, NMT）的NMT活体生理检测仪 Physiolyzer^®，检测了正常果实与“硬头”病梨果实不同部位的Ca2+流速。数据表明：开花90d后，“硬头”病梨花萼的Ca²⁺吸收明显低于正常组；果实发育阶段，“硬头”病梨果肉细胞中的游离Ca²⁺和Ca²⁺含量低于正常条件，开花120d后呈现相反趋势。

不同种类梨果实中，不同部位的Ca²⁺流速检测。负值表示吸收。

 

          研究不仅从Ca²⁺流的角度，而且结合基因功能验证等实验，结果表明：Ca²⁺吸收减少使得进入“硬头”病梨的Ca²⁺减少，导致胞内Ca²⁺失衡，因而引起硬端失调的发生。

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图注：活体生理检测仪Physiolyzer^®

     

       2018年7月，Plant Physiology刊出了佛山科学技术学院喻敏教授与澳大利亚塔斯马尼亚大学Shabala教授的铝毒最新研究成果Boron Alleviates Aluminum Toxicity by Promoting Root Alkalization in Transition Zone via Polar Auxin Transport。（点击下载原文）

       研究利用了非损伤微测技术（Non-invasive Micro-test Technology, NMT），检测了豌豆根部IAA流速及根表pH。IAA流速数据全部利用扬格NMT Physiolyzer^®（NMT活体生理检测仪）完成，根表pH数据利用扬格NMT Physiolyzer^®以及MIFE^®（非损伤微测技术的一种）共同完成。

       除了两家通讯单位外，华中农业大学资环学院石磊教授、中科院南京土壤所沈仁芳研究员、南京农业大学资环学院朱毅勇教授课题组，以及德国波恩大学，均参与了此项研究。

       硼能够缓解高等植物的铝毒，但机制尚不够明确。本研究利用非损伤微测技术、溴甲酚绿pH检测等技术，证明了铝毒抑制根表pH梯度时，硼提升了根表pH梯度，促进过渡区碱化，伸长区酸化。硼明显降低了过渡区的铝积累，从而缓解了铝导致的根部伸长受阻。利用基于非损伤微测技术的NMT Physiolyzer^®，检测IAA流速发现，在IAA极性运输最活跃的过渡区，硼部分缓解了因为铝而受到抑制的IAA极性运输过程。

       该研究成果解释了硼缓解铝毒的新机制，为在酸性土壤施用硼肥，降低植物铝积累和减轻植物铝的毒性作用，保障酸性土壤地区农业生产和农产品质量安全等，提供了有力的科学技术支撑，且具有重要的应用前景。

-/+B时，Al胁迫不同时间后，根表各区域的pH值。

      

       研究利用非损伤微测技术，检测根表pH发现，铝胁迫下，硼可以使过渡区在一定时间内维持相对较高的pH。

       无论是否施加铝胁迫，硼处理后根部的伸长率明显高于对照组。H⁺-ATPase抑制剂处理后，硼处理组与对照组相比，伸长率的差异消失。同样，IAA极性运输抑制剂NPA处理后，硼处理组与对照组相比，原本高于对照组的伸长率的差异（铝胁迫下）。并且，因为硼所致使的过渡区根表相对较高的pH，因NPA的抑制作用，也消失了。这表明，硼缓解铝毒，不仅与H⁺-ATPase有相关性，而且与IAA极性运输存在某种关联。

-/+B及-/+Al胁迫后，根表各区域IAA流速。正值代表外排。

       IAA流速数据结果显示，过渡区根表IAA外排最大，提示IAA向顶性运输是从静止中心经过渡区到达伸长区。这一结果与根表pH梯度的数据是相吻合的，即IAA外排大的位置，根表pH相对较高（过渡区），反之则较低（伸长区）。过渡区较大的IAA外排也一定程度上反映了此区域细胞胞质内的IAA含量较低，从而调控质膜H⁺-ATPase促进根表碱化。

-/+B及-/+Al胁迫后，各处理、各基因型样品根表pH值。

       最终结果显示，硼促进了被极性运输生长素外排转运体PIN2驱动的生长素极性运输，并且引起下游信号对质膜H⁺-ATPase的调节，使得根表pH升高。这一过程对降低铝在根尖的积累至关重要。

       佛山科技学院喻敏教授，从2011年开始利用旭月非损伤微测系统，开展离子流、分子流实验，并于2018年采购了扬格非损伤微测系统。扬格NMT Physiolyzer^®除可以检测离子流外，还可以检测MIFE^®等设备无法检测的IAA、H₂O₂、O₂等分子的流速。

 

NMT技术答疑

       还记得2018你那8月16日第212期旭月活体研究通讯的内容吗？那一期我们就IAA流速检测的常见技术问题，进行了解答。随着喻敏教授这篇Plant Physiology文章的发表，提供了我们一个更佳的IAA流速问题咨询途径。旭月公司保证IAA流速检测技术的可靠性，是技术的专家，但是涉及IAA流速的科研问题，喻敏教授这些研究者才是专家！

       在此，我们再次将这些问题，以及旭月研究院从技术角度的答复贴出来，供各位参考。

问

我测到的IAA流速结果同国外文献相比，同样的根部区域，IAA流动方向是相反，且数量级上有较大差异，为什么？

旭月答复

1、旭月IAA传感器灵敏度更高

旭月的IAA传感器，是商业化的IAA传感器，是经过严格的研发过程才最终面世的。比国外实验室里用的IAA传感器，灵敏度高1-2个数量级。

2、实验体系的不同可能引起差异

1）国外文献中的IAA传感器，必须在测试液中加入IAA，才能测到信号。旭月经商业化研发的IAA传感器，可检测内源IAA，无需在测试液中加入IAA，这种体系更接近于样品的真实生长环境。如果想要进一步同文献中的实验进行对比，可以来旭月尝试测试液中加IAA的实验；

2）不同的样品、不同的培养方式等等，也可能会引起上述差异。

3、IAA流速背后是巨大的科研机会

目前，IAA流速在国际范围内，也都是比较新颖的数据结果，这方面研究依然处于探索阶段，科研机会巨大。

经过艰苦的研发，旭月在技术上已经来到世界前沿，但国内运用NMT进行IAA研究的学者们，也必须在学术层面跟上领先者的步伐，同时要有信心迎接面临的挑战，才有可能抓住这个机遇。

4、旭月公司可提供专业化的协助

旭月拥有世界先进的IAA流速传感器技术，可提供极具说服力的IAA信号源/样品信号对比实验服务。我们非常愿意以商业合作的模式，帮助研究者在IAA研究上需求突破。同样，合作的前提是您必须对旭月、对国人的技术有信心。

 

非损伤微测技术国际交流

     伍兹霍尔海洋生物学实验室（MBL）

       受“中关村旭月非损伤微测技术产业联盟”（简称“中关村NMT联盟”）委派，联盟理事单位——旭月公司前往美国，进行项目合作、学术技术交流。上周，在美国扬格公司NMT研究分析师Elora Simkins女士的带领下，走访了位于麻省科德角伍兹霍尔的海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory, MBL）。

 

许越（现代NMT联合创始人）与Jaffe教授切磋NMT技术

       MBL是57位诺贝尔奖得主工作学习过的地方。1990年，非损伤微测技术的主要发明人，神经研究专家Lionel F. Jaffe教授（1927-2011），在此将自己提出的钙离子流检测的原初概念成功付诸实践，并于1991年，在MBL的“周五晚间报告”活动中，作了题为“Calcium Oscillations, Waves, and Gradients”的报告，标志着非损伤微测技术的正式诞生。

 

MBL Candle House

       MBL的“明星”莫过于枪乌贼，透明的身体、粗大的神经纤维，吸引了众多的神经研究者来此研究。

枪乌贼（来自于网络）

       MBL“高龄”志愿者导游、MBL前主任H. Burr Steinbach的女儿Mary Ulbrich女士，激情满满，带领参观了海洋资源中心，讲了伍兹霍尔、科德角当地的有趣故事，还不忘展示自己的宝贝——剑鱼鼻骨“宝剑”。

MBL志愿者导游Mary Ulbrich女士生动讲解

       MBLWHOI（海洋生物学实验室&伍兹霍尔海洋研究所）图书馆技术服务协调员Matthew Person，展示了这里历史悠久的图书馆。还特别展示了众多馆藏宝贝，“现代遗传学之父”托马斯·亨特·摩根的诺贝尔奖章及获奖公文、达尔文赠给MBL研究者的《进化论》......

MBLWHOI图书馆的藏品

MBLWHOI图书馆技术服务协调员Matthew Person作讲解

      同时，感谢MBL发展与通讯协调员Carolyn L. Johnson女士（玫红色上衣）的协调联络工作！

      MBL所在的麻省科德角，濒临大西洋，是美国著名度假圣地。每年夏天，除了络绎不绝的游客，来MBL、伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）做阶段性研究的学者也非常之多。MBL研究时使用的海水，直接从一条马路之隔的大西洋中，抽取的新鲜海水。因为奇特的地形构造MBL海岸的海水非常干净，为研究提供了可靠的材料保证。

《寂静的春天》作者蕾切尔·卡森在MBL留下过学习与研究的足迹

      受联盟会员单位中的科研院校之托，此次走访的首要任务，是在生命科学领域，为会员单位的人才引进计划，物色潜在人选。如果您的单位对国际人才，尤其是华人人才引进，以及国际科研合作感兴趣，欢迎联系我们。

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       研究使用设备

图注：活体生理检测仪Physiolyzer^®

^{NISC文献编号：C2018-005}

       目前，植物如何优化它们对于不同形态无机氮的偏好性，从而提高其在逆境中的生存适应性，这一机制还不是很清楚。

       2018年4月，西北农林科技大学马锋旺教授课题组在Environmental and Experimental Botany上发表了一篇题为“Ammonium uptake increases in response to PEG-induced drought stress inMalus hupehensisRehd”的成果，主要研究干旱胁迫对海棠幼苗根系铵吸收的影响机制。

海棠幼苗根尖NH₄⁺流检测图

       实验采用水培系统，监测海棠幼苗在干旱条件（5%PEG）下供应低氮与正常氮（0.05 mM和1.0 mM NH₄NO₃）时，其形态、生理和分子变化。研究中利用基于非损伤微测技术（Non-invasive Micro-test Technology, NMT）的NMT活体生理检测仪Physiolyzer^®，检测了干旱胁迫时，不同氮供应条件下海棠幼苗根尖的NH₄⁺与NO₃^-流速。

不同条件下，海棠幼苗根尖NH₄⁺、NO₃^-流速检测。正值表示吸收

       同时，还将谙硝流速数据与同位素质谱的结果相结合，发现：干旱条件下，稳态¹⁵NH₄⁺的吸收速率高于¹⁵NO₃^-。转录组数据表明：干旱条件下，与铵吸收相关的转运基因（AMT4;2和AMT4;3）明显上调，而硝相关基因表达水平下调。最终得到结论：与NO₃^-相比，NH₄⁺对于干旱胁迫更加敏感，具体表现是吸收率更大，并且根部的吸收区域增大。

如何设计非损伤NO₃^-/K⁺吸收实验

 

非损伤微测技术国际交流

       受“中关村旭月非损伤微测技术产业联盟”（简称“中关村NMT联盟”）委派，联盟理事单位——旭月公司前往美国，进行项目合作、学术技术交流。

• 科研院校项目合作洽谈

       目前已经走访了麻省大学阿默斯特分校，后续将继续走访哈佛大学、麻省理工学院、塔夫茨大学等院校。受联盟会员单位中的科研院校之托，此次走访的首要任务，是在生命科学领域，为会员单位的人才引进计划，物色潜在人选。

       如果您的单位对国际人才，尤其是华人人才引进，以及国际科研合作感兴趣，欢迎联系我们。

麻省大学阿默斯特分校Morrill Science Center

麻省大学阿默斯特分校

• 技术交流

       此行，旭月将最新研发的Cu²⁺、Pb²⁺流速传感器带到美国，并与美国扬格公司，进行了深入地技术交流，学习了美国扬格公司最新的自动化非损伤技术以及相关理念。

美国扬格公司

非损伤微测技术交流

交流讨论

    

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。