“一. 植物逆境”的版本间的差异

2018年4月26日 (四) 10:37的最新版本

盐胁迫

• Science：水杨酸在植物与根际微生物互作中起到重要作用 150810

       根部共生微生物可为植物提供诸多益处，包括提高对热、干旱、酸等环境压力的耐受力，帮助植物获取营养。但植物对地下微生物群落的影响，我们却知之甚少。2015年7月16日，《Science》在线发表了题为《Salicylicacid modulates colonization of the root microbiome by specific bacterial taxa》的论文。研究发现，拟南芥产生的水杨酸既帮助植物消除了一些病原微生物，同时提高了根际土壤中另一些有益微生物的丰度。

NMT潜在创新应用

       随着NMT的发展与普及，其在植物抗逆研究领域已逐步成为一项必备技术，在植物与微生物互作抵御干旱、重金属、盐胁迫等环境胁迫的研究上，已有众多研究成果发表。菌根通过调节H2O2、Ca²⁺流速提升枳抗旱能力、通过调节Na⁺/K⁺平衡提升杨树抗盐能力等新机制应运而生。在研究对象上，已经从对根组织的研究拓宽至直接对共生微生物进行检测。日前，旭月公司推出的活体根工作站随着根际微生物研究的迅速发展，受到了国内外学者的密切关注，我们欢迎您的加入。

       [1] ZouY, et al.Mycorrhiza-inducedlower oxidative burst is related with higher antioxidant enzyme activities, netH₂O₂ effluxes, and Ca²⁺ influxes in trifoliate orange roots under droughtstress. Mycorrhiza, 25(2):143-52.

       [2] Ma Y,et al. Ectomycorrhizas with Paxillusinvolutus enhance 1 cadmium uptake and tolerance in Populus × canescens.PlantCell Environ. 2014, 37(3): 627-42.

       [3] LiJ, et al. Paxillus involutus strainsMAJ and NAU mediate K⁺/Na⁺ homeostasis in ectomycorrhizalPopulus × canescens under NaCl stress.Plant Physiology, 2012, 159(4): 1771-86.

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• 都是融雪剂惹的祸 151123

       今日小雪：万物休眠，情兽生香”，“下雪天除了堆雪人，更嗨的32种玩法……”

       胖友圈的小伙伴们，你们昨天一定被公众号这样刷屏了。文艺如前者，朴实似后者。“忽如一夜春风来，千树万树梨花开”，洁白的雪花总能让我们领略到惊喜。但在北京，大雪中湿滑的路面、缓慢的车流，定会让通勤的人们痛不欲生。

       北京年平均降雪量约8.4毫米，国际性大都市中降雪量高于北京的比比皆是，特别是“局部地区”，比如我们的近邻日本，让我们来看看他们是如何应对大雪的。道路两旁是积雪如山，但是，马路却很是干净，一点都没有结冰，也没有积雪。这是为什么？秘密就在地下。其实，马路下面是温泉水晒热系统。一是利用地热，建设管网为马路加热。二是在地下埋入水管，积雪时开启喷水模式（温水）。当然，更多没有这类设施的城市都会建立一套完善的铲雪机制。

       但是在中国，融雪剂却依然被广泛地用于市政除雪作业。融雪剂分两类，一类是价格高，但无腐蚀作用的有机盐；另一类是以“氯盐”为主的无机盐。相比于前者，后者因价格低廉，除机场等重要场所外，利用率居高不下，而无机盐类融雪剂的危害显而易见。首先会造成道路两侧绿化带土壤盐化，影响绿化带植物生长；其次，接触渗入建筑材料，极易造成电化学腐蚀。说到这里，作为NMT人，我将再次无耻地“强带”各位来到我的本行。

       融雪剂中的Na⁺、Cl^-是导致植物盐害的罪魁祸首。过高的盐离子破坏了植物根部的Na⁺/K⁺平衡，利用非损伤微测技术（NMT）检测植物根部的K⁺流速发现，盐胁迫下，植物根部K⁺出现外排，而耐盐品种相较于盐敏感品种，其根部K⁺外排速率更低（Chen ZH, et al. Plant, Cell and Environment, 2005, 28:1230 – 1246.）。Cl^-作为金属腐蚀研究领域中重要的腐蚀介质，NMT可以直接进行检测，其进出金属材料表面的流速是否与腐蚀速率有关，有待各位小伙伴来揭示。目前，NMT盐胁迫工作站、NMT金属腐蚀工作站均已上市，29.5万起，旭月公司的淘宝网店也有售哦。

       最后还是要感慨一句，生活真是无处不NMT啊！

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• Plant Biotechnology Journal发表植物盐胁迫领域研究最新成果 160627

       2016年初，来自国内林业院校三强之一——东北林业大学的柳参奎教授，在植物领域的知名期刊Plant Biotechnology Journal上发表了题为《Conserved V-ATPase c subunit plays a role in plant growth by influencing V-ATPase-dependent endosomal trafficking》的研究成果。这是扬格（旭月）非损伤微测系统购买用户发表的又一篇高水平文章。

       定位在液泡膜、高尔基体、核内体的V-ATPase，特别是V-ATPase c subunit（VHA-c），其影响植物生长的机制一直未深入研究。研究组从星星草中鉴定出一个植物生长相关的VHA-c基因PutVHA-c。进一步研究发现，同野生型拟南芥相比，PutVHA-c高表达植株不论在正常还是盐胁迫环境下，其根长度、鲜重、植株高度、果实数量均占优势。而这些优势的产生主要归因于PutVHA-c高表达植株较强的V-ATPase活性。

       研究利用扬格（旭月）非损伤微测系统，分别检测了10 mM、50 mM NaCl处理后，野生型与PutVHA-c高表达拟南芥根部Na⁺流速。结果显示，不论在低浓度还是高浓度盐胁迫环境下，PutVHA-c高表达组根部Na⁺外排速率均高于野生型。这一结果与以往研究中，抗盐品种根部表现出的，较强的排Na⁺能力相吻合。V-ATPase活性检测结果显示，PutVHA-c高表达组V-ATPase活性明显高于野生型。此外，研究还利用了共聚焦激光扫面显微镜、免疫发光等技术，结合V-ATPase抑制剂实验，提出了PutVHA-c通过影响V-ATPase依赖的内涵体运输来调控植物生长的结论。

       图注：10 mM、50 mM NaCl处理24h后，野生型与PutVHA-c高表达组拟南芥根部Na⁺流速。

       目前，北林、南林、东林、中国林科院等国内科研水平领先的林业院校研究所，均已采购扬格（旭月）非损伤微测系统。其中，北京林业大学在中关村NMT产业联盟发布的国内NMT应用排名中，高居榜首。NMT已成为国内林业研究领域最常用的前沿技术之一。

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• 盐胁迫真的离不开非损伤微测 161024

       据旭月研究院不完全统计，2015年第四季度至今，国内学者利用旭月非损伤微测技术（NMT）发表的SCI文章中，盐胁迫研究数目超过50%，稳坐半壁江山。为什么NMT能够成为盐胁迫研究必备技术？请看下文对近期发表的NMT盐胁迫文献检测指标、研究对象、研究结论的简要总结。

       1.检测指标：Na⁺、K⁺最多，H⁺次之，Cl^-也有检测。

       2.研究对象：

       1)植物根

       最常见，因根部分生区部位被认为离子活性最高，所以根的这一部分最受“青睐”。成熟区也有检测，小部分研究成果将根冠及伸长区也纳入检测范围。

       2)盐腺细胞、叶肉细胞

       叶片上的细胞同样可以检测，而且在离子流上，有着与根部相似的特征。

       3)根或者叶肉细胞的液泡

       上述各离子在细胞内部如何转运，也是研究者的关注点之一，而且非损伤微测技术可以实现液泡的直接检测。

       3.研究结论

       1)Na+外排增多

       耐盐能力提升最常见的原因就是植物将更多的Na⁺排出体外，以维持胞内的离子平衡。当然，更深入的研究表明，部分耐盐植物Na⁺外排增加的原因，与质膜上的Na⁺/H⁺反向转运体的表达升高及活性增加有关。这也是H⁺在盐胁迫研究中受到关注的原因之一。

       2)K+外排减少

       盐胁迫时，不断流失的K⁺将导致胞内Na⁺/K⁺失衡。所以细胞保持K⁺的能力，也是植物耐盐性强弱的重要指标之一，而且已经有研究者将此运用到抗盐植物的初步筛选上。

       3)进入液泡的Na⁺增多

       将Na⁺区隔入液泡，降低胞质Na⁺浓度，也是植物对盐胁迫的响应之一。

       A schematic model for NO^-modulated cellular K⁺/Na⁺ balance in K. obovata under high salinity condition

       这里为您推荐几篇盐胁迫文献。

       文献编号：

       C2015-021

       C2015-024

       C2015-025

       C2015-029

       C2016-002

       C2015-031

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• 为什么说NMT是海水稻研究的未来“模式”？ 161114

       近日，在北京召开的世界生命科学大会上，袁隆平介绍了正在探索种植的“海水稻”。

       海水稻是耐盐碱高产水稻，能够在海水中生长的水稻。目前，海水稻处于半野生状态，单产仅100公斤。袁隆平认为，如果能够将其单产提升至300公斤，不仅可以提升我国盐碱地、滩涂的利用率，增收300亿公斤水稻外，还能够为农民创造效益。

       随着“青岛海水稻研发中心”的成立，标志着我国海水稻研究进入正轨。这是国内首个国家级海水稻研究发展中心，并且计划在3年时间内，实现海水稻亩产200公斤的目标。发展海水稻的关键，一是要提高抗盐能力，二是要提高单位面积产量。非损伤微测技术作为植物逆境研究利器，尤其在植物抗盐领域，已然成为这一领域研究的必备技术。

       从2015年开始，旭月研究院陆续接到科研人员反馈，告知审稿人要求在现有盐胁迫研究数据基础上，添加Na⁺、K⁺、H⁺等指标的实时流速数据，确保在抗盐生理功能上取得最具说服力的证据（点击“阅读原文”查看）。2013年，中科院植物所徐云远研究员已利用扬格非损伤微测系统检测水稻的Na⁺、K⁺离子流，探索了转录因子OrbHLH001提高水稻抗盐性的机制。

       图注：50 mM NaCl瞬时刺激下水稻根部的K⁺流变化。正值表示外排，负值表示吸收

       其后，中科院南京土壤所许卫锋研究员在Rice发文，阐述了四倍体水稻抗盐的机理可能与根部H⁺外流增多从而减少环境Na⁺的进入有关。

       图注：0、150 mM NaCl处理后，二倍体、四倍体水稻根部距离根尖0-5000 μm范围内的H⁺流速。正值表示外排，负值表示吸收

       2015年，中科院植物所种康研究员在Cell上发表的水稻抗寒研究，同样涉及盐胁迫研究。不仅检测了低温胁迫时水稻根部Ca²⁺的流动情况，还分别检测了100、150、200 mM NaCl瞬时刺激下水稻根部的Ca²⁺流，确定了盐胁迫与低温胁迫的信号通路是相对独立的。

       图注：150、200 mM NaCl瞬时刺激下水稻根部的Ca²⁺流变化。正值表示外排，负值表示吸收

       早在2009年，旭月公司已经在水稻肥效研究领域，同袁隆平院士团队开展合作，检测了不同氮肥处理后水稻吸收NH₄⁺、NO₃^-速率的变化。旭月公司期望能在水稻抗盐研究领域，继续同袁隆平院士合作，为“海水稻”的产业化，为国家粮食安全做出贡献。

       参考文献：

       [1] Chen Y, et al. Overexpression of OrbHLH001, a putative helix-loop-helix transcription factor, causes increased expression of AKT1 and maintains ionic balance under salt stress in rice. Journal of Plant Physiology, 2013, 170: 93-100.

       [2] Tu Y, et al. Genome duplication improves rice root resistance to salt stress. Rice. 2014, 7:15.

       [3] Ma Y, et al. COLD1 Confers Chilling Tolerance in Rice. Cell., 2015,160(6):1209-21.

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• 光生物学研究的新契机！ 161212

       12月7日，中国科学院植物研究所的研究人员在《PNAS》上撰文揭示不同环境条件对植物胁迫应激反应的协同效应。

为应对环境胁迫，植物在初次胁迫后往往采取一种记忆反应，以便对类似胁迫做出更快速有效的反应。光是否参与了这一过程，一直未有明确的结论。脯氨酸的积累是高等植物应对环境胁迫过程中产生的一种典型代谢适应行为。这项研究表明，盐胁迫诱导的脯氨酸积累是持续的，而HY5依赖性光信号是这一记忆反应所必需的。

       图1 光调节盐胁迫诱导的TMP模型

       进一步的研究表明，在恢复期（脯氨酸积累量降低）阶段，盐诱导的P5CS1转录记忆，与P5CS1上H3K4me3的水平保持升高有关。HY5可直接结合P5CS1启动子中的光响应元件C/A-box。去除C/A-box或hy5 hyh突变可导致P5CS1上H3K4me3水平的迅速降低，从而导致胁迫记忆反应障碍。这些结果揭示了一种新机制，而光正是凭借这种机制，通过HY5保持记忆基因上的H3K4me3水平，调节盐胁迫的转录记忆。

环境胁迫，特别是植物盐胁迫机制，在基因水平上的研究已经相当深入。当然，生理功能上的研究也并没有落后。早在2005年，非损伤微测技术（Non-invasive Micro-test Technology，NMT）研究者已经对植物盐胁迫过程中离子平衡对光化学反应的影响进行了深入研究。旭月研究院顾问Sergey Shabala教授，利用NMT测定离子流，研究了四种二价阳离子Ba²⁺、Zn²⁺、Ca²⁺和Mg²⁺对大麦盐胁迫的缓解机制。

       图2 四种二价阳离子Ba²⁺、Zn²⁺、Ca²⁺和Mg²⁺对缓解大麦盐胁迫引起的K+外流的差异

       研究发现低Ca²⁺水平下，NaCl引起了叶绿素含量和气孔导度的显著下降，添加Ca²⁺能使植物恢复正常的PSII光化学效率和叶绿素含量。在离体叶片实验中，不仅是Ca²⁺，而且其他的二价阳离子（特别是Ba²⁺和Mg²⁺）也能显著缓解盐胁迫对叶片光化学效率的影响。在离子平衡层面发现，二价阳离子除阻止Na⁺通过NSCC进入细胞，还能提高K⁺转运体的活性，促使叶片维持更高的K⁺/Na⁺比来保证正常的光化学效率。

非损伤微测技术对于光生物学研究的助力是显而易见的。近期，中科院植物所已经采购旭月非损伤微测系统，期待研究者们在生理功能水平上，推动光生物学研究的进一步发展。

       参考文献：

       [1] Feng X., et al. Light affects salt stress-induced transcriptional memory of P5CS1 in Arabidopsis. P Natl Acad Sci USA. 2016, doi:10.1073/pnas.1610670114.

       [2] Sergey Shabala, et al. Effect of divalent cations on ion fluxes and leaf photochemistry in salinized barley leaves. J Exp Bot. 2005, 56: 1369 - 1378.

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铝胁迫

• Ca²⁺流速——植物逆境信号传导新标志（一） 160516

       上周，第二届全国植物逆境生物学学术研讨会在青岛顺利召开。中国农大王毅、郭岩，中科院植物所种康，河南大学宋纯鹏，香港中文大学张建华等扬格/旭月非损伤微测系统的使用者，均在大会上就盐胁迫、低温胁迫、干旱胁迫、营养胁迫的最新研究进展做了报告。

Ca²⁺作为植物逆境中的重要信号分子，依旧备受瞩目。种康研究员将植物逆境Ca2+信号描述为“签字”。不同的逆境信号引发不同特征的Ca²⁺信号，犹如笔迹不一的“签字”。正是因为“签字”的笔迹不同，才引发植物对各类胁迫产生相应的生理反馈。

       低温胁迫

       中科院植物所种康研究组（Ma Y, et al. Cell, 2015,160(6): 1209-21.）在研究中发现，对水稻进行低温处理后，根部胞外Ca²⁺会迅速流入胞内，COLD1超表达水稻的Ca²⁺吸收尤为强烈，这是因为COLD1通过调控Ca²⁺激活水稻的抗寒响应。

       图1. 不同品种、基因型水稻在低温胁迫下，根部Ca²⁺的流速。正值表示外排，负值表示内流。

       高温胁迫

       北京林业大学陈少良研究组（Yu Y, et al. Plant Cell Tiss Org, 2016, 125(2): 215-230.）高温处理胡杨细胞时发现，胞外Ca²⁺会迅速流入胞内，并在6h后开始外排。采用质膜Ca²⁺-ATPase抑制剂处理后，Ca²⁺外 排现象消失。表明高温胁迫下，质膜Ca²⁺-ATPase参与调控Ca²⁺转运。

       ]

       图2. 高温胁迫后24h内，胡杨细胞Ca²⁺流速变化情况。正值表示外排，负值表示内流。

       重金属胁迫

       中科院植物所张海燕副研究员（Fan J., et al. J Plant Physiol, 2011, 168: 1157-1167.）研究了重金属Cd2+对拟南芥根毛的影响，发现Cd²⁺在抑制胞外的Ca²⁺流入胞内的同时促进了胞内Ca²⁺外流，扰乱了胞内Ca²⁺浓度梯度，干扰囊泡转运，导致细胞壁出现异常。

       南京大学赵福庚研究组（Li S, et al. Plant Cell Environ, 2012, 35(11): 1998-2013.）同样发现，重金属Cd²⁺能诱导水稻细胞的去极化，阻碍细胞对Ca²⁺和K⁺的吸收，扰乱了胞内的Ca²⁺/K⁺平衡。

       图3. CdCl₂处理前后，根毛尖端Ca²⁺流速。正值表示外排，负值表示内流。

       铝胁迫

       康奈尔大学的Leon教授（David L. Jones, et al. Planta, 1995, 197(4): 672-680.）研究了Al对沼萍根毛Ca²⁺流动的影响，发现高/低浓度（20/2 μM）Al均能够抑制沼萍根毛发育，但只有高浓度的Al抑制了根毛尖端Ca²⁺的内流。这一研究结果表明，Al只能影响根毛质膜及胞内的若干位点，从而抑 制根毛生长。

       图4. 沼萍对照组、Al胁迫组根毛各位点Ca²⁺流速。正值表示内流，负值表示外排。

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干旱胁迫

• Science：水杨酸在植物与根际微生物互作中起到重要作用 150810

       根部共生微生物可为植物提供诸多益处，包括提高对热、干旱、酸等环境压力的耐受力，帮助植物获取营养。但植物对地下微生物群落的影响，我们却知之甚少。2015年7月16日，《Science》在线发表了题为《Salicylicacid modulates colonization of the root microbiome by specific bacterial taxa》的论文。研究发现，拟南芥产生的水杨酸既帮助植物消除了一些病原微生物，同时提高了根际土壤中另一些有益微生物的丰度。

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NMT潜在创新应用

       随着NMT的发展与普及，其在植物抗逆研究领域已逐步成为一项必备技术，在植物与微生物互作抵御干旱、重金属、盐胁迫等环境胁迫的研究上，已有众多研究成果发表。菌根通过调节H2O2、Ca²⁺流速提升枳抗旱能力、通过调节Na⁺/K⁺平衡提升杨树抗盐能力等新机制应运而生。在研究对象上，已经从对根组织的研究拓宽至直接对共生微生物进行检测。日前，旭月公司推出的活体根工作站随着根际微生物研究的迅速发展，受到了国内外学者的密切关注，我们欢迎您的加入。

       [1] ZouY, et al.Mycorrhiza-inducedlower oxidative burst is related with higher antioxidant enzyme activities, netH2O2 effluxes, and Ca2+ influxes in trifoliate orange roots under droughtstress. Mycorrhiza, 25(2):143-52.

       [2] Ma Y,et al. Ectomycorrhizas with Paxillusinvolutus enhance 1 cadmium uptake and tolerance in Populus × canescens.PlantCell Environ. 2014, 37(3): 627-42.

       [3] LiJ, et al. Paxillus involutus strainsMAJ and NAU mediate K+/Na+ homeostasis in ectomycorrhizalPopulus × canescens under NaCl stress.Plant Physiology, 2012, 159(4): 1771-86.

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重金属胁迫

• 吃外卖的你，还是常备一双筷子吧！ 151012

       美国加州一餐馆因使用不卫生餐具，造成200名食客腹泻呕吐，唯有一名来自中国的十五岁女生，不仅没有任何不适感觉，而且还参与了抢救患者。这则难辨真假的新闻近些年常被民众拿来调侃我国的食品安全现状。如今，随着“百度外卖”、“美团外卖”等移动终端外卖服务业的兴起，像笔者一样成为某些网上餐馆常客的人们恐不在少数，一次性筷子的使用也愈加频繁。

       七月，一篇“一次性筷子有毒污染物严重超标”的报道引起了媒体的广泛关注。除了硫磺熏蒸导致的一次性筷子二氧化硫超标外，硫磺中的铅、汞等重金属还会造成重金属超标。两个月后，湖南省衡东县的“中国镉米第一案”宣布稻农败诉，被告企业接受采访时表示“当地确实存在镉米，那是因为土壤里面很早以前就存在镉这样的重金属”。原告稻农的代理律师也道出了取证的难处：“大米镉超标的取证工作主要是环保组织去做的，没有公证机关的参与”。虽然稻农表示将继续上诉，但现实背景恐怕早已预示了这类反抗在现阶段只是徒劳，因为我国土壤重金属缺乏相应的标准，更没有耕地重金属评价指标体系。

       Nature旗下的Scientific Reports九月底刊出一篇题为《Earliest evidence of pollution by heavy metalsin archaeological sites》的研究。研究人员宣布，人类生活环境中最早的土壤重金属污染证据在距今百万年前，尼安德特人生活的伊比利亚半岛洞穴中被发现。彼时的重金属污染主要受燃烧产生的烟气灰烬影响，但并无对人类健康产生不良影响的证据。如今，我国每年受重金属污染的粮食高达1200万吨，直接经济损失超过200亿元，这些粮食可养活4000多万人。2006年湖南湘江株洲段镉污染、2009年湖南浏阳镉污染、2012年广西龙江镉污染……从近年来发生的重金属污染事件次数，以及中国环境监测总站公布的监测数据、造成的影响来看，目前我国污染面积最大的是镉污染。

       旭月公司成立十年来，一直致力于协助科研人员寻找最直接有效的方法监测人类生存环境的安全。NMT重金属工作站可直接监测镉离子（Cd²⁺）的实时动态数据，观察生物体与外界环境的镉交换速率。此外，旭月公司创新的NMT（非损伤微测技术）生物安全指数，通过检测活体生物的生理状态，对水、空气、土壤做出生物安全性评价。鉴于我国尚未出台《土壤修复法》，缺乏土壤修复技术标准，这一创新性指标具有重要的实用价值。目前，旭月公司推出的水安全项目，正持续发布国内外知名品牌饮用水的“饮用水生物安全（WS10）指数”。

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• Ca²⁺流速——植物逆境信号传导新标志（一） 160516

       上周，第二届全国植物逆境生物学学术研讨会在青岛顺利召开。中国农大王毅、郭岩，中科院植物所种康，河南大学宋纯鹏，香港中文大学张建华等扬格/旭月非损伤微测系统的使用者，均在大会上就盐胁迫、低温胁迫、干旱胁迫、营养胁迫的最新研究进展做了报告。

Ca²⁺作为植物逆境中的重要信号分子，依旧备受瞩目。种康研究员将植物逆境Ca2+信号描述为“签字”。不同的逆境信号引发不同特征的Ca²⁺信号，犹如笔迹不一的“签字”。正是因为“签字”的笔迹不同，才引发植物对各类胁迫产生相应的生理反馈。

       低温胁迫

       中科院植物所种康研究组（Ma Y, et al. Cell, 2015,160(6): 1209-21.）在研究中发现，对水稻进行低温处理后，根部胞外Ca²⁺会迅速流入胞内，COLD1超表达水稻的Ca²⁺吸收尤为强烈，这是因为COLD1通过调控Ca²⁺激活水稻的抗寒响应。

       图1. 不同品种、基因型水稻在低温胁迫下，根部Ca²⁺的流速。正值表示外排，负值表示内流。

       高温胁迫

       北京林业大学陈少良研究组（Yu Y, et al. Plant Cell Tiss Org, 2016, 125(2): 215-230.）高温处理胡杨细胞时发现，胞外Ca²⁺会迅速流入胞内，并在6h后开始外排。采用质膜Ca²⁺-ATPase抑制剂处理后，Ca²⁺外 排现象消失。表明高温胁迫下，质膜Ca²⁺-ATPase参与调控Ca²⁺转运。

       图2. 高温胁迫后24h内，胡杨细胞Ca²⁺流速变化情况。正值表示外排，负值表示内流。

       重金属胁迫

       中科院植物所张海燕副研究员（Fan J., et al. J Plant Physiol, 2011, 168: 1157-1167.）研究了重金属Cd2+对拟南芥根毛的影响，发现Cd²⁺在抑制胞外的Ca²⁺流入胞内的同时促进了胞内Ca²⁺外流，扰乱了胞内Ca²⁺浓度梯度，干扰囊泡转运，导致细胞壁出现异常。

       南京大学赵福庚研究组（Li S, et al. Plant Cell Environ, 2012, 35(11): 1998-2013.）同样发现，重金属Cd²⁺能诱导水稻细胞的去极化，阻碍细胞对Ca²⁺和K⁺的吸收，扰乱了胞内的Ca²⁺/K⁺平衡。

       图3. CdCl₂处理前后，根毛尖端Ca²⁺流速。正值表示外排，负值表示内流。

       铝胁迫

       康奈尔大学的Leon教授（David L. Jones, et al. Planta, 1995, 197(4): 672-680.）研究了Al对沼萍根毛Ca²⁺流动的影响，发现高/低浓度（20/2 μM）Al均能够抑制沼萍根毛发育，但只有高浓度的Al抑制了根毛尖端Ca²⁺的内流。这一研究结果表明，Al只能影响根毛质膜及胞内的若干位点，从而抑 制根毛生长。

       图4. 沼萍对照组、Al胁迫组根毛各位点Ca²⁺流速。正值表示内流，负值表示外排。

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• 过多施用氮肥或导致镉大米的出现 161010

       2015年年底，浙江理工大学熊杰副研究员与中国水稻所陶龙兴研究员合作，在Environmental and Experimental Botany（2016, 122: 141-149）上发文阐述了高NO₃^-环境导致水稻植株Cd积累上升的机理。研究使用旭月非损伤微测技术（Non-invasive Micro-test Technology，NMT），检测了水稻根部Cd²⁺吸收量的动态变化。

       农业生产中，常使用高浓度硝态氮提升水稻产量，但高浓度硝态氮对水稻Cd富集的影响知之甚少。研究观察了水稻在0、1倍浓度、2倍浓度NO₃^-溶液中，水稻植株内NO₃^-、Cd、Fe的含量变化，Cd²⁺吸收量的动态变化以及Fe/Cd转运体的相对表达量。

       30 μM Cd²⁺环境下，水稻根部分生区（距根尖200 μm）、成熟区（距根尖500 μm）对Cd²⁺的实时吸收量。结果显示，随着培养环境中NO₃^-浓度的升高，伸长区吸收Cd²⁺的速率也相应增加。表明施用过多的硝态氮会提升水稻对Cd的吸收、积累，但水稻Cd中毒现象没有加重。结合基因表达结果发现，高浓度硝态氮通过提升OsIRT1的表达从而使得水稻Cd吸收的增加。

       图注：0、2.86、5.72（mM）NO₃^-条件下，水稻根部伸长区的Cd²⁺吸收速率

       上述结果提示我们，过度的使用硝态氮化肥，除了增加环境负担外，还可能导致水稻籽粒Cd积累的增加，引发粮食安全问题。

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温度胁迫

• 水稻抗高温基因研究取得突破进展 150601

       2015年5月18日，《Nature Genetics》在线发表了上海植生生态所林鸿宣课题组的研究成果。

       由于作物的高温抗性是由多个数量性状基因位点（QTL）控制的复杂性状，研究难度大，之前尚未有成功分离克隆作物抗高温QTL基因的报道。本研究以水稻作为材料，成功克隆了作物中第一个抗高温的QTL基因，并深入研究了其分子机理、在水稻演化史以及抗高温育种中的作用。

NMT潜在创新应用：

       2015年《Cell》刊登的一项研究表明，新鉴别出的水稻数量性状基因座COLD1赋予了植株抗寒性，且在寒冷胁迫下，COLD1的表达促进了Ca²⁺的吸收（Ma Y, et al. Cell. 2015, 160(6): 1209-21.）。同为温度胁迫，上文的水稻QTL基因是否也通过调控某些离子通道来提升植物的耐热性？此外，研究表明，高温胁迫会导致植株发生离子渗漏（Liang X, et al. BiologiaPlantarum. 2015, 59(1): 92-98.）。NMT将继续在植物耐寒耐热基因的功能研究上发挥重要作用。

       Li X, et al. Natural alleles of a proteasomeα2 subunit gene contribute to thermotolerance and adaptation of African rice. NatureGenetics. 2015. doi:10.1038/ng.3305.

• 种子保存难题导致捕虫水生植物面临灭绝困境 160328

       拥有捕虫夹的植物中，最出名的莫过于热带植物猪笼草。因其拥有一个独特的吸取营养的器官——捕虫笼而显得与众不同。而今天的主角——囊泡貉藻，是已知利用像颌一样的捕虫夹抓住猎物的唯一水生植物，它曾令查尔斯•达尔文异常着迷。囊泡貉藻顶部的捕虫夹是植物王国中移动最为迅速的附属物之一。当小型无脊椎动物落上去时，它们仅用10毫秒便能将其抓住。而现在，囊泡貉藻已经处于灭绝的危险之中。

       首先是栖息地破坏和非法采集，导致过去一个世纪，它的个体密度下降了近90%。而当植物学家们试图利用保护植物的常规方法——种子库，来保护其免受灭绝危险时，却遇到了极大的难题。研究人员在不同条件下将它们储存了1年，以观察其能否发芽。一些种子在超过结冰点的温度下被埋进钢丝网包的土壤中，以模拟自然状态下的种子库。其它种子则在-18℃下被放在密封袋中，以复制人造室内种子库。结果发现，对于被存放在超过结冰点温度下的种子来说，仅有12%在1年后仍能发芽，大多数都受到真菌破坏。这意味着囊泡貉藻保护工作要比建立传统的种子库花费更高，而且在技术上面临着更大风险。

       种子活力是反映种子发芽率及萌发所形成植物的健壮度的量化指标，种子活力越高，种子的利用价值则越大。因而提升种子活力检测步骤的效率，在一定程度上可以有效地促进囊泡貉藻种子库建立。2015年，旭月公司取得了名为“一种通过氧气流速判别种子活力的方法”（专利号ZL201210462127.6）的发明专利，即通过非损伤微测技术（NMT），测量种子O₂流速值的大小来判别被测种子的活力，可在保证种子不受破坏性处理的情况下，测量出单独一粒种子的活力。此项检测对种子无损伤，不影响后续使用，有效克服了传统活力检测方法只能得出统计结论而无法给出单粒种子的活力、测量后的种子无法继续使用等缺陷。

       图注：不同活力的种子，其不同部位的O₂流速。

       [1] Xin X, et al. A real-time, non-invasive, micro-optrode technique for detecting seed viability by using oxygen influx. Sci Rep, 2013, 3: 3057.

       [2] Li J, et al. The fluxes of H₂O₂ and O₂ can be used to evaluate seed germination and vigor of Caragana korshinskii. Planta, 2014, 239(6): 1363-1373.

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• Ca²⁺流速——植物逆境信号传导新标志（一） 160516

       上周，第二届全国植物逆境生物学学术研讨会在青岛顺利召开。中国农大王毅、郭岩，中科院植物所种康，河南大学宋纯鹏，香港中文大学张建华等扬格/旭月非损伤微测系统的使用者，均在大会上就盐胁迫、低温胁迫、干旱胁迫、营养胁迫的最新研究进展做了报告。

Ca²⁺作为植物逆境中的重要信号分子，依旧备受瞩目。种康研究员将植物逆境Ca2+信号描述为“签字”。不同的逆境信号引发不同特征的Ca²⁺信号，犹如笔迹不一的“签字”。正是因为“签字”的笔迹不同，才引发植物对各类胁迫产生相应的生理反馈。

       低温胁迫

       中科院植物所种康研究组（Ma Y, et al. Cell, 2015,160(6): 1209-21.）在研究中发现，对水稻进行低温处理后，根部胞外Ca²⁺会迅速流入胞内，COLD1超表达水稻的Ca²⁺吸收尤为强烈，这是因为COLD1通过调控Ca²⁺激活水稻的抗寒响应。

       图1. 不同品种、基因型水稻在低温胁迫下，根部Ca²⁺的流速。正值表示外排，负值表示内流。

       高温胁迫

       北京林业大学陈少良研究组（Yu Y, et al. Plant Cell Tiss Org, 2016, 125(2): 215-230.）高温处理胡杨细胞时发现，胞外Ca²⁺会迅速流入胞内，并在6h后开始外排。采用质膜Ca²⁺-ATPase抑制剂处理后，Ca²⁺外 排现象消失。表明高温胁迫下，质膜Ca²⁺-ATPase参与调控Ca²⁺转运。

       图2. 高温胁迫后24h内，胡杨细胞Ca²⁺流速变化情况。正值表示外排，负值表示内流。

       重金属胁迫

       中科院植物所张海燕副研究员（Fan J., et al. J Plant Physiol, 2011, 168: 1157-1167.）研究了重金属Cd2+对拟南芥根毛的影响，发现Cd²⁺在抑制胞外的Ca²⁺流入胞内的同时促进了胞内Ca²⁺外流，扰乱了胞内Ca²⁺浓度梯度，干扰囊泡转运，导致细胞壁出现异常。

       南京大学赵福庚研究组（Li S, et al. Plant Cell Environ, 2012, 35(11): 1998-2013.）同样发现，重金属Cd²⁺能诱导水稻细胞的去极化，阻碍细胞对Ca²⁺和K⁺的吸收，扰乱了胞内的Ca²⁺/K⁺平衡。

       图3. CdCl₂处理前后，根毛尖端Ca²⁺流速。正值表示外排，负值表示内流。

       铝胁迫

       康奈尔大学的Leon教授（David L. Jones, et al. Planta, 1995, 197(4): 672-680.）研究了Al对沼萍根毛Ca²⁺流动的影响，发现高/低浓度（20/2 μM）Al均能够抑制沼萍根毛发育，但只有高浓度的Al抑制了根毛尖端Ca²⁺的内流。这一研究结果表明，Al只能影响根毛质膜及胞内的若干位点，从而抑 制根毛生长。

       图4. 沼萍对照组、Al胁迫组根毛各位点Ca²⁺流速。正值表示内流，负值表示外排。

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