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2017年1月6日 (五) 09:20的版本

植物科学

植物逆境

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。

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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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• 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。

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       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。

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       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。

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       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。

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       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。

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       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。

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       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。

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       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。

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       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。

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       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。

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       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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碱胁迫

酸胁迫

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。

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       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。

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       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。

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       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。

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       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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水胁迫

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。

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       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。

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       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。

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       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。

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       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。

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       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。

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       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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营养胁迫

生物胁迫

低氧胁迫

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。

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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。

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       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。

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       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。

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       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。

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       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。

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       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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其它胁迫

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植物营养

氮

• NO₃^-转运受体NRT1.1拥有多种NO₃^-信号传感机制 150525

       2015年，《Nature》系列期刊的新成员《Nature Plants》刊登了一篇题为《Multiple mechanisms of nitrate sensing by Arabidopsisnitrate transceptor NRT1.1》的研究。拟南芥NRT1.1（NO3-转运蛋白基因）除了促进植株获取硝酸盐外，还起到调控NO₃^-同化作用基因的表达，调节根系结构等多种作用。本文研究了NRT1.1基因的两个关键残基（P492和T101）突变后对植株在功能及表型上的影响，证明NRT1.1可以激发拟南芥对不同环境所产生反应的独立信号通路。

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NMT潜在创新应用：

       2013年，中国学者报道了在低NO₃^-条件下，NRT2.1的表达与乙烯的合成信号形成一个负反馈回路，并且利用非损伤微测技术（NMT）检测了NRT2.1突变体在不同浓度NO₃^-的环境中，植株根部NO₃^-的流速（Zheng, D., et al.Plant Cell Environ. 2013,36(7): 1328-1337.）。NRT1.1作为NRT1家族中唯一的双亲和性转运体，其突变后植株对NO₃^-吸收速率的改变，以及这一改变与功能和表型之间的联系，亟待探索。

       Bouguyon E, et al. Multiple mechanisms of nitrate sensing by Arabidopsis nitrate transceptor NRT1.1.Nature Plants. 2015, 1(3): 15015.

• 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。

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       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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钾

铁

磷

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植物/微生物互作

菌根真菌/根瘤菌

• 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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病原微生物

• 植物先天免疫机制与分离子流速 150817

       近日，《Plant Cell》在线刊登了中科院遗传发育研究所在植物先天免疫研究中取得的最新进展。病原细菌在侵染植物时需要分泌一系列效应蛋白到宿主细胞内，通过作用于特定靶点，改变植物的生理活动，以利于细菌的入侵或定殖。本文在研究丁香假单胞菌效应蛋白AvrB作用机理时发现，AHA1对气孔保卫细胞运动的调控是通过产生一未知信号，促进茉莉素受体COI1与转录抑制子JAZ的相互作用并增强茉莉素信号通路来实现的。

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NMT潜在创新应用：

       在对效应蛋白AvrB的前期研究中发现，其通过与RIN4相互作用，正调控H⁺-ATPase AHA1的活性，从而导致气孔张开，以利于细菌的入侵。AHA1对气孔保卫细胞运动的调控是通过改变K⁺通道来实现的。上述研究中的茉莉素通过调节离子通道从而调控气孔的开度，国内学者已经通过NMT检测K⁺、Ca²⁺、H⁺的流速在生理功能水平上取得了直接证据。目前，国内的北京林业大学、河北师范大学利用NMT在气孔生理功能的研究上，已经走在了前列，前者更是率先将旭月IAA电极运用在茉莉素调节IAA信号通路的研究上，在SCI期刊上发表了国内首篇IAA流速检测文章。

       [1] Zhou Z, et al. An Arabidopsis PlasmaMembrane Proton ATPase Modulates JA Signaling and Is Exploited by thePseudomonas syringae Effector Protein AvrB for Stomatal Invasion.Plant Cell, 2015,27(7): 2032-2041.

       [2] Yan S, et al. The role ofplasma membrane H(+) -ATPase in jasmonate-induced ion fluxes and stomatalclosure in Arabidopsis thaliana. Plant Journal, 2015, 83(4): 638-649.（保卫细胞）

       [3] Hao L, et al. ExtracellularATP promotes stomatal opening of Arabidopsis thaliana through heterotrimeric Gprotein a subunit and reactive oxygen species. Molecular Plant, 2012, 5(4): 852-64.（保卫细胞）

       [4] Yan S, et al. MeJA AffectsRoot Growth by Modulation of Transmembrane Auxin Flux in the TransitionZonepaper. Journal of Plant Growth Regulation, 2015, doi/10.1007/s00344-015-9530-9.（IAA流速）

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植物防御

保卫细胞/气孔

• 植物保卫细胞的CO2传感机制 150623

       CO₂不仅能作为光合作用的碳源，而且是调节气孔的环境信号，用于调控植物的碳代谢以及植物-水分间的关系。研究发现，提升拟南芥耐受高浓度CO₂的基因RHC1，通过调控HT1，OS1，SLAC1级联反应，激活SLAC1阴离子通道，促进气孔关闭，在植物保卫细胞中建立了一个关键的CO₂信号通路。

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NMT潜在创新应用：

       最新研究表明，H⁺、K⁺、Ca²⁺三种离子受茉莉酸甲酯调控，并参与拟南芥气孔闭合过程（Yan SL, et al. Functional Plant Biology, 2014, 42(2):126-135），而保卫细胞中的其它离子或者分子，在调节气孔运动的各类信号通路中所发挥的作用，尚未有研究。尽管上述研究建立了一个新的信号通路，但生理水平上的调控机制依然有待探索。目前，国内科研人员利用NMT在此方向的研究已初具成果。

       Tian w, et al. A molecularpathway for CO₂ response in Arabidopsis guard cells. Nature Communications,2015. doi:10.1038/ncomms7057.

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• 植物先天免疫机制与分离子流速 150817

       近日，《Plant Cell》在线刊登了中科院遗传发育研究所在植物先天免疫研究中取得的最新进展。病原细菌在侵染植物时需要分泌一系列效应蛋白到宿主细胞内，通过作用于特定靶点，改变植物的生理活动，以利于细菌的入侵或定殖。本文在研究丁香假单胞菌效应蛋白AvrB作用机理时发现，AHA1对气孔保卫细胞运动的调控是通过产生一未知信号，促进茉莉素受体COI1与转录抑制子JAZ的相互作用并增强茉莉素信号通路来实现的。

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NMT潜在创新应用：

       在对效应蛋白AvrB的前期研究中发现，其通过与RIN4相互作用，正调控H⁺-ATPase AHA1的活性，从而导致气孔张开，以利于细菌的入侵。AHA1对气孔保卫细胞运动的调控是通过改变K⁺通道来实现的。上述研究中的茉莉素通过调节离子通道从而调控气孔的开度，国内学者已经通过NMT检测K⁺、Ca²⁺、H⁺的流速在生理功能水平上取得了直接证据。目前，国内的北京林业大学、河北师范大学利用NMT在气孔生理功能的研究上，已经走在了前列，前者更是率先将旭月IAA电极运用在茉莉素调节IAA信号通路的研究上，在SCI期刊上发表了国内首篇IAA流速检测文章。

       [1] Zhou Z, et al. An Arabidopsis PlasmaMembrane Proton ATPase Modulates JA Signaling and Is Exploited by thePseudomonas syringae Effector Protein AvrB for Stomatal Invasion.Plant Cell, 2015,27(7): 2032-2041.

       [2] Yan S, et al. The role ofplasma membrane H(+) -ATPase in jasmonate-induced ion fluxes and stomatalclosure in Arabidopsis thaliana. Plant Journal, 2015, 83(4): 638-649.（保卫细胞）

       [3] Hao L, et al. ExtracellularATP promotes stomatal opening of Arabidopsis thaliana through heterotrimeric Gprotein a subunit and reactive oxygen species. Molecular Plant, 2012, 5(4): 852-64.（保卫细胞）

       [4] Yan S, et al. MeJA AffectsRoot Growth by Modulation of Transmembrane Auxin Flux in the TransitionZonepaper. Journal of Plant Growth Regulation, 2015, doi/10.1007/s00344-015-9530-9.（IAA流速）

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• 利用NMT进行脱落酸（ABA）研究的科研思路 160118

       去年10月底，中科院遗传发育所谢旗研究组发表在journal of experimental botany 上的研究成果，揭示脱落酸（ABA）接到植物开花的分子机理。abi4是ABA信号途径中一个正调控因子，前期研究发现，abi4突变体表现出早花的表型。研究随后以abi4为切入点，详细研究了ABA通过abi4调控开花时间的分子机理，证实abi4通过正调控开花关键基因flc的转录，进而负调控开花时间。abi4也是继abi5之后，在ABA途径上一个新鉴定到的调控开花的关键基因。

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       ABA作为植物生理调控过程中最重要的信号分子之一，可抑制细胞分裂、促进叶果的衰老与脱落，并且直接调控气孔保卫细胞的开闭。研究者对检测活体植株ABA流速的需求一直非常旺盛，但分子流速电极的研发是世界性难题，旭月研究院也正在加紧研发之中。虽暂不可直接检测，但ABA在发挥其生理功能的过程中，与诸多离子有着密切的联系。

       ABA通过调节胞内H⁺浓度，调控外向K⁺通道，ABA也可以通过调节胞内IP2浓度，间接调控胞内Ca²⁺含量，从而影响细胞膜上的Cl^-、内向K⁺通道。而刚才提到的H⁺、K⁺、Cl^-、Ca²⁺，都是扬格/旭月非损伤微测系统能够直接检测的指标。遵循上述思路，同样处于研发之中的葡萄糖、H₂PO₄^-、Fe²⁺等指标，其利用NMT进行间接研究的方法便不难建立。

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       目前，磷、脱落酸、乙烯、茉莉酸、铁等指标都已有利用NMT进行间接研究的科研成果，欢迎前往旭月非损伤论坛了解详情。

       参考文献：Kai S, et al. ABSCISIC ACID-INSENSITIVE 4 negatively regulates flowering through directly promoting Arabidopsis FLOWERING LOCUS C transcription. J. Exp. Bot. 2016, 67(1): 195-205.

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其它

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生长发育

ABA

• 利用NMT进行脱落酸（ABA）研究的科研思路 160118

       去年10月底，中科院遗传发育所谢旗研究组发表在journal of experimental botany 上的研究成果，揭示脱落酸（ABA）接到植物开花的分子机理。abi4是ABA信号途径中一个正调控因子，前期研究发现，abi4突变体表现出早花的表型。研究随后以abi4为切入点，详细研究了ABA通过abi4调控开花时间的分子机理，证实abi4通过正调控开花关键基因flc的转录，进而负调控开花时间。abi4也是继abi5之后，在ABA途径上一个新鉴定到的调控开花的关键基因。

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       ABA作为植物生理调控过程中最重要的信号分子之一，可抑制细胞分裂、促进叶果的衰老与脱落，并且直接调控气孔保卫细胞的开闭。研究者对检测活体植株ABA流速的需求一直非常旺盛，但分子流速电极的研发是世界性难题，旭月研究院也正在加紧研发之中。虽暂不可直接检测，但ABA在发挥其生理功能的过程中，与诸多离子有着密切的联系。

       ABA通过调节胞内H⁺浓度，调控外向K⁺通道，ABA也可以通过调节胞内IP2浓度，间接调控胞内Ca²⁺含量，从而影响细胞膜上的Cl^-、内向K⁺通道。而刚才提到的H⁺、K⁺、Cl^-、Ca²⁺，都是扬格/旭月非损伤微测系统能够直接检测的指标。遵循上述思路，同样处于研发之中的葡萄糖、H₂PO₄^-、Fe²⁺等指标，其利用NMT进行间接研究的方法便不难建立。

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       目前，磷、脱落酸、乙烯、茉莉酸、铁等指标都已有利用NMT进行间接研究的科研成果，欢迎前往旭月非损伤论坛了解详情。

       参考文献：Kai S, et al. ABSCISIC ACID-INSENSITIVE 4 negatively regulates flowering through directly promoting Arabidopsis FLOWERING LOCUS C transcription. J. Exp. Bot. 2016, 67(1): 195-205.

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• NMT已成为种子研究“经典方法” 161121

       种子休眠是植物应对不利环境的一种适应对策，并且能阻止作物的成熟种子在收获前萌发，以避免减产。相反，打破种子休眠则可以促进种子萌发，从而在作物种植和林业育苗中实现整齐出苗。

       十月底，国内非损伤微测技术（NMT）先行者、北京林业大学林金星教授，在Plant Physiology上，以杉木种子为研究对象，发表了最新研究成果。研究观察了杉木新成熟种子、12d低温层积处理种子、35℃储存40d种子休眠释放和诱导过程中，细胞学、基因表达和激素水平等方面的变化。结果显示，种子初生休眠释放期，蛋白体在胚胎细胞中合并，而在次生休眠诱导期间分离。初生休眠释放期间，负调控GA敏感性的基因显著下调表达；次生休眠诱导期间，正调控ABA生物合成的基因显著上调表达。在种子休眠释放和诱导期间，细胞学和基因表达的可逆变化与ABA/GA平衡有关。本研究为杉木种子生理休眠潜在的复杂调控机制具有重大意义，提供了人为调控种子休眠的新思路。

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       图1 杉木种子生理休眠的调控机制和初生、次生休眠间的差异

       种子，是非损伤微测系统的理想研究对象，据NISC（NMT国际标准化委员会）文献库统计，中国学者在旭月研究院检测获得的种子离子/分子流成果，在世界范围内最为突出。其中，同为北京林业大学的汪晓峰教授，以及中国农科院的卢新雄教授，各自发文，检测了种子胚根，子叶等部位的H₂O₂、O₂流速，并最终利用O₂流速结果，建立了无损量化评价种子活力的新方法。

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       图2 小麦、大豆、油菜种子，其不同部位的O₂流速

       此外，逆境研究方面，江苏师大孙健教授发现亚精胺可以提升种子耐水淹胁迫的能力。国外学者也对盐胁迫、植物毒素胁迫下，种子的离子/分子流进行了深入研究。

       参考文献：

       [1] Cao D., et al. Transcriptome and Degradome Sequencing Reveals Dormancy Mechanisms of Cunninghamia lanceolata Seeds. Plant Physiol, DOI:10.1104/pp.16.00384.

       [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.

       [3] 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.

       [4] Liu M., et al. Spermidine Enhances Waterlogging Tolerance via Regulation of Antioxidant Defence, Heat Shock Protein Expression and Plasma Membrane H+-ATPase Activity in Zea mays. J Agron Crop Sci, 2014, 200: 199-211.

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IAA

• miRNA调控植物生长素信号途径的机制 150615

       植物领域国际期刊《The Plant Cell》于2015年3月20日在线发表了中科院微生物研究所郭惠珊课题组的最新研究。研究发现拟南芥中存在一个低水平表达的miRNA（miR847）受auxin诱导，miR847靶向并剪切下调Aux/IAA抑制蛋白IAA28的mRNA。本研究揭示了植物以IAA28蛋白的泛素化降解结合miR847/IAA28 mRNA调控模块实现auxin信号途径的快速去抑制化。

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NMT潜在创新应用：

       IAA除了通过木质部与韧皮部的长距离运输外，还有如Transcellular、Apoplastic等短距离、胞外运输方式。经过了长期的试验及测试，旭月公司成功的研发出IAA电极，从而可以通过非损伤微测技术（NMT）准确地检测到活体内外的IAA交换信息。本研究中，Aux/IAA抑制蛋白IAA28的mRNA调控IAA的转运以及IAA与外环境交换的直接证据，有待利用NMT进行更深入的研究。

       Wang J, et al. Cleavage of INDOLE-3-ACETIC ACIDINDUCIBLE28mRNA by MicroRNA847 Upregulates Auxin Signaling toModulate Cell Proliferation and Lateral Organ Growth in Arabidopsis. Plant Cell,2015, 27:574-590.

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• 植物先天免疫机制与分离子流速 150817

       近日，《Plant Cell》在线刊登了中科院遗传发育研究所在植物先天免疫研究中取得的最新进展。病原细菌在侵染植物时需要分泌一系列效应蛋白到宿主细胞内，通过作用于特定靶点，改变植物的生理活动，以利于细菌的入侵或定殖。本文在研究丁香假单胞菌效应蛋白AvrB作用机理时发现，AHA1对气孔保卫细胞运动的调控是通过产生一未知信号，促进茉莉素受体COI1与转录抑制子JAZ的相互作用并增强茉莉素信号通路来实现的。

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NMT潜在创新应用：

       在对效应蛋白AvrB的前期研究中发现，其通过与RIN4相互作用，正调控H⁺-ATPase AHA1的活性，从而导致气孔张开，以利于细菌的入侵。AHA1对气孔保卫细胞运动的调控是通过改变K⁺通道来实现的。上述研究中的茉莉素通过调节离子通道从而调控气孔的开度，国内学者已经通过NMT检测K⁺、Ca²⁺、H⁺的流速在生理功能水平上取得了直接证据。目前，国内的北京林业大学、河北师范大学利用NMT在气孔生理功能的研究上，已经走在了前列，前者更是率先将旭月IAA电极运用在茉莉素调节IAA信号通路的研究上，在SCI期刊上发表了国内首篇IAA流速检测文章。

       [1] Zhou Z, et al. An Arabidopsis PlasmaMembrane Proton ATPase Modulates JA Signaling and Is Exploited by thePseudomonas syringae Effector Protein AvrB for Stomatal Invasion.Plant Cell, 2015,27(7): 2032-2041.

       [2] Yan S, et al. The role ofplasma membrane H(+) -ATPase in jasmonate-induced ion fluxes and stomatalclosure in Arabidopsis thaliana. Plant Journal, 2015, 83(4): 638-649.（保卫细胞）

       [3] Hao L, et al. ExtracellularATP promotes stomatal opening of Arabidopsis thaliana through heterotrimeric Gprotein a subunit and reactive oxygen species. Molecular Plant, 2012, 5(4): 852-64.（保卫细胞）

       [4] Yan S, et al. MeJA AffectsRoot Growth by Modulation of Transmembrane Auxin Flux in the TransitionZonepaper. Journal of Plant Growth Regulation, 2015, doi/10.1007/s00344-015-9530-9.（IAA流速）

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其它激素

花粉管

• 镁离子生物钟与镁流速——Nature研究启发新思路 160426

       4月中旬，英国爱丁堡大学及剑桥大学学者在Nature上发表了一篇名为《Daily magnesium fluxes regulate cellular timekeeping and energy balance》的研究论文。研究发现，Mg²⁺有助于控制细胞维持它们自己的时间节律来处理昼夜的自然环境周期。研究针对人类、藻类和真菌开展的实验发现，每种生物的细胞中，Mg²⁺水平在日周期节律中上升和下降。这不仅对细胞在一天中的代谢速率产生了巨大影响，而且还影响细胞自己的生物钟。

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       在生物体中，不仅是离子浓度有周期性振荡现象，离子流速同样会有。胰岛B细胞O2内流速率振荡调控胰岛素分泌（Diabetes, 2000,49(9): 1511-6.）。花粉管H⁺、K⁺和Ca²⁺的振荡性内流延缓花粉管生长周期（J Cell Sci, 1999, 112: 1497-509.），Cl^-振荡性外流调控了花粉管生长和体积增大（Plant Cell, 2002, 14(9): 2233-49.）。同样，生物细胞Mg²⁺流动速率受[Mg²⁺]i变化影响，是否也存在节律及其特定的生理意义，值得我们利用非损伤微测技术继续深入研究。

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       图注：胰岛B细胞O₂内流速率振荡

       目前，Mg²⁺流速检测已在光合研究中被广泛应用，国内学者利用扬格/旭月非损伤微测系统，已经实现了对叶绿体的无损检测。

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       图注：非损伤微测系统检测活体叶绿体

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• 非损伤与微流控芯片 161031

       细胞迁移在血管再生、伤口愈合、炎症反应、胚胎发育等多种生理和病理过程中起到关键作用。细胞迁移研究中，传统的研究方法无法满足高通量的需求，且大多是单因素检测，难以综合考虑细胞基质、浓度梯度等多参数对细胞迁移的影响。

       微流控芯片分析是当前的科技前沿领域之一，其作为细胞迁移研究新的技术平台，一方面具有集成度高、灵敏度高、高通量、试剂消耗少等优势，快速实现大规模分析；另一方面芯片中微米级的通道结构可精确控制物质浓度梯度和微流体，调节溶液温度和pH等细胞微环境要素，更真实模拟细胞体内生长微环境，并完成实时监测。微流控芯片已经被广泛应用于细胞迁移研究，其模型分为二维(2D)和三维(3D)2大类，分别从平面培养和立体生长的角度，研究不同因子浓度梯度、电刺激或细胞间相互作用等条件对细胞迁移行为的影响，打破了传统方法的局限性，促进了生物及医学等领域的研究。

       近期来自中国科学院的研究人员介绍了微流控芯片在细胞迁移研究中应用的最新进展，重点综述了研究细胞迁移的2D和3D微流控芯片，并讨论了各类微流控芯片的优缺点。文章指出，微流控芯片特有的网格式通道结构、微米级尺寸、以及可同时在时间和空间上精确控制微流体等特点有利于更好模拟细胞体内真实生理环境。

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       无伤口类细胞迁移的微流控芯片。(a) 竞争性物质梯度阵列芯片；(b) 单细胞迁移阵列芯片；(c) 电场可控型芯片；(d) 电化学组合型芯片

众所周知，NMT是测具体分离子流速的技术，而在此之前，有一种扫描振动电极技术（SVET），用于检测样品整体的电流。后来，随着技术的发展出现了NMT，可以具体检测到某种离子，精确研究形成电流的离子种类。

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       萌发中的花粉管尖端Ca²⁺流动

       以植物花粉管研究为例，美国海洋生物学实验室的Jaffe教授在70年代利用电流密度测试发现花粉管发育过程中有较大电流出现，但是直到90年代才利用NMT证明该电流的形成90%是依靠Ca²⁺的流动，从而把机理研究推进了一大步。换言之，只有真正知道了是哪种离子或分子存在于该反应过程，才会对研究有本质上的帮助。

       总而言之，NMT是在芯片实验结果的基础上，进一步地研究其背后更加具体的信号变化。因为只有了解各离子间的相互关系，才能够真正阐明动植物生理过程中的机理机制。

       参考文献：

       [1] Liu W T, Chen H M, Nie F Q. Cell migration with microfluidic chips (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: 364–373.

       [2] Kühtreiber WM, et al. Detection of extracellular calcium gradients with a calcium- specific vibrating electrode. Journal of Cell Biology, 1990,110(5): 1565-1573.

       [3] Weisenseel MH, et al. Large electrical currents traverse growing pollen tubes. Journal of Cell Biology, 1975, 66(3): 556-567.

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根毛

• 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。

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       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。

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       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。

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       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。

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       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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棉花纤维

种子

• 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。

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       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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• NMT已成为种子研究“经典方法” 161121

       种子休眠是植物应对不利环境的一种适应对策，并且能阻止作物的成熟种子在收获前萌发，以避免减产。相反，打破种子休眠则可以促进种子萌发，从而在作物种植和林业育苗中实现整齐出苗。

       十月底，国内非损伤微测技术（NMT）先行者、北京林业大学林金星教授，在Plant Physiology上，以杉木种子为研究对象，发表了最新研究成果。研究观察了杉木新成熟种子、12d低温层积处理种子、35℃储存40d种子休眠释放和诱导过程中，细胞学、基因表达和激素水平等方面的变化。结果显示，种子初生休眠释放期，蛋白体在胚胎细胞中合并，而在次生休眠诱导期间分离。初生休眠释放期间，负调控GA敏感性的基因显著下调表达；次生休眠诱导期间，正调控ABA生物合成的基因显著上调表达。在种子休眠释放和诱导期间，细胞学和基因表达的可逆变化与ABA/GA平衡有关。本研究为杉木种子生理休眠潜在的复杂调控机制具有重大意义，提供了人为调控种子休眠的新思路。

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       图1 杉木种子生理休眠的调控机制和初生、次生休眠间的差异

       种子，是非损伤微测系统的理想研究对象，据NISC（NMT国际标准化委员会）文献库统计，中国学者在旭月研究院检测获得的种子离子/分子流成果，在世界范围内最为突出。其中，同为北京林业大学的汪晓峰教授，以及中国农科院的卢新雄教授，各自发文，检测了种子胚根，子叶等部位的H₂O₂、O₂流速，并最终利用O₂流速结果，建立了无损量化评价种子活力的新方法。

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       图2 小麦、大豆、油菜种子，其不同部位的O₂流速

       此外，逆境研究方面，江苏师大孙健教授发现亚精胺可以提升种子耐水淹胁迫的能力。国外学者也对盐胁迫、植物毒素胁迫下，种子的离子/分子流进行了深入研究。

       参考文献：

       [1] Cao D., et al. Transcriptome and Degradome Sequencing Reveals Dormancy Mechanisms of Cunninghamia lanceolata Seeds. Plant Physiol, DOI:10.1104/pp.16.00384.

       [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.

       [3] 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.

       [4] Liu M., et al. Spermidine Enhances Waterlogging Tolerance via Regulation of Antioxidant Defence, Heat Shock Protein Expression and Plasma Membrane H+-ATPase Activity in Zea mays. J Agron Crop Sci, 2014, 200: 199-211.

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其它

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光合呼吸

• 科学为熬夜找到“借口”——原来是遗传 160321

       遵循24小时循环的昼夜节律影响着很多生物过程，包括人们更喜欢早晨还是晚上活动。前期研究已发现数个基因的产物可调节昼夜节律，但是这些产物是否影响个人对于早/晚的偏好还未知。

       今年2月初，Nature Communications刊登的一项研究成果显示，一个人是喜欢早上还是晚上的偏好一定程度上是由遗传变异决定的。该研究团队对89283个人进行了全基因组关联分析（GWAS），结合对于样本个体早晚偏好的调查，发现了与健康的个人对于早晚偏好相关的遗传变异，而且其中的一些变异位于已知的调控昼夜节律的基因附近。此外，研究还发现了靠近控制光感受的基因附近的遗传变异，并且发现这些遗传变异也与早晚偏好相关。

       这些遗传变异的发现，有助于未来对于昼夜节律的和睡眠相关障碍的研究。为深入此项研究，调控昼夜节律基因、控制光感受基因附近的变异在生理功能上所引起的差异，需要进一步研究，而非损伤微测技术（NMT）为此项目的深入研究提供了可能。非损伤微测技术作为一种具有高灵敏度的活体检测技术，可实时、动态显示不同波长、强度的光处理对样品生理功能的影响。

       北京农学院冷平生教授（Lin A P, et al. Physiol Plant, 2012, 148(4): 582-589.）利用NMT研究光对花香成分“单萜”合成的影响时发现，光照首先引起花瓣的Ca²⁺由胞外流入细胞质，紧接着激活合成基因的表达，进而调控单萜的合成及释放。本研究也首次采用花瓣作为NMT的研究材料。此外，中科院海洋所王广策教授（Hu Z, et al. Plant Physiol Biochem, 2015, 91: 1-9.），以大叶藻作为研究材料，利用NMT直接观察到光/暗交替下大叶藻的H⁺、O₂流速变化，并且直接验证了呼吸抑制剂对活体藻呼吸功能的影响。

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       图1 光强对百合花瓣被片Ca²⁺内流速率的影响。负值表示内流。

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       图2 大叶藻叶片在光/暗和DCMU处理前后，H⁺和O₂的流速变化。正值表示外排，负值表示内流。

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• 镁离子生物钟与镁流速——Nature研究启发新思路 160426

       4月中旬，英国爱丁堡大学及剑桥大学学者在Nature上发表了一篇名为《Daily magnesium fluxes regulate cellular timekeeping and energy balance》的研究论文。研究发现，Mg²⁺有助于控制细胞维持它们自己的时间节律来处理昼夜的自然环境周期。研究针对人类、藻类和真菌开展的实验发现，每种生物的细胞中，Mg²⁺水平在日周期节律中上升和下降。这不仅对细胞在一天中的代谢速率产生了巨大影响，而且还影响细胞自己的生物钟。

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       在生物体中，不仅是离子浓度有周期性振荡现象，离子流速同样会有。胰岛B细胞O2内流速率振荡调控胰岛素分泌（Diabetes, 2000,49(9): 1511-6.）。花粉管H⁺、K⁺和Ca²⁺的振荡性内流延缓花粉管生长周期（J Cell Sci, 1999, 112: 1497-509.），Cl^-振荡性外流调控了花粉管生长和体积增大（Plant Cell, 2002, 14(9): 2233-49.）。同样，生物细胞Mg²⁺流动速率受[Mg²⁺]i变化影响，是否也存在节律及其特定的生理意义，值得我们利用非损伤微测技术继续深入研究。

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       图注：胰岛B细胞O₂内流速率振荡

       目前，Mg²⁺流速检测已在光合研究中被广泛应用，国内学者利用扬格/旭月非损伤微测系统，已经实现了对叶绿体的无损检测。

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       图注：非损伤微测系统检测活体叶绿体

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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。

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       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。

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       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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信号转导

• 侦察蚁能够引导搬运食物的工蚁回家 150825

       近日，网络上一组蚂蚁搬运食物的照片让人惊讶不已。印尼丛林里的一群蚂蚁排成三层队形齐心协力地搬运合欢树的果实，队形之精巧令人惊叹。蚂蚁是如何被号召起来搬运大体积食物并且齐刷刷的朝着家的方向行进的呢？

       Nature Communications上的一项最新研究发现，这些蚂蚁是利用一系列消息灵通的“侦察兵”来引导一群搬运食物的同窝蚂蚁的运动。集体运动的这种协调优化了将大体积食物运回蚁巢的过程，避免了不同蚂蚁间你来我往的无效用力。

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NMT潜在创新应用：

       蚂蚁间的通讯主要依靠化学信号，并且通过触角感受此类信号，而这种感觉转导与离子流动有着密切的联系。此外，有研究显示，与视觉、嗅觉转导相关联的环核苷酸门控离子通道也会受到Ca²⁺的调节（Trudeau MC, et al. J Biol Chem, 2003, 278(21): 18705-08）。NMT的活体、动态等优势，使其成为感觉转导研究的一把利剑，佛罗里达大学通过检测蓝蟹微感毛绘制了其在低盐环境中维持嗅觉时的Ca²⁺、K⁺流速谱图。NMT不仅能够检测组织，还可直接实现对单个感觉神经元的检测。目前，美国扬格公司NMT活体工作站系列正在全国火热招商中！

       Richard A, et al. Sustaining olfaction at lowsalinities mapping ion flux associated with the olfactory sensilla of the bluecrab callinectes sapidus. J Exp Biol, 2000, 203: 3145-3152.

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• 植物被咬也知道疼吗？160111

       2013年，瑞士科学家在Nature上发表了一篇题为《GLUTAMATE RECEPTOR-LIKE genes mediate leaf-to-leaf wound signalling》的文章。研究利用非损伤电极技术，检测了昆虫取食叶片的同时，叶柄以及周边叶片表面的实时电势信号变化。这一研究证明，诸如虫咬等损伤所引发的，植物体中电信号的远程传输机制的存在。

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       上述研究利用巧妙的实验设计，特别是非损伤电极的实时电势信号检测，阐明了植物“神经”传导调控在基因水平上的部分机理，搏得了学术界的亲睐。而非损伤微测技术（NMT）的出现，为广大科研学者提供了深入研究植物体电信号传输机制的绝佳机会。

扬格/旭月非损伤微测系统可选择性检测9种离子与3种分子。利用NMT，进一步阐明组成植物电信号的离子组成成份，将无疑把植物如何应对外界生物的和非生物刺激（病原微生物，高低温，高低渗、机械刺激等等），及其引发的相关生理、基因、蛋白功能的机制研究推向更高水平。目前，来自扬州大学的研究者已自行设计出适合于非损伤微测系统的实验装置，正在对植物电信号传导进行深入研究。

       Seyed A. R. Mousavi, et al. GLUTAMATE RECEPTOR-LIKE genes mediate leaf-to-leaf wound signaling. Nature, 2013, 500(7463): 422.

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细胞凋亡

其它

• 用“杂种”骂人，真的好吗？ 150907

       相信胖友圈里关注旭月公众号的胖友们，至少上过高中（我不会告诉你旭月的粉丝都是各大高校研究院的博士们），不难理解百度百科中的这一定义：生物学中的杂种，指的是杂交产生的后代，一般是优良的品种。在作物中，杂交品种生长速度快、产量高、抗逆能力强；动物里，“串串”聪明、杂交猪高产。近期的一项研究告诉我们，“杂种人”也一样更具先天优势。

       Nature上7月份的一项最新研究指出，“杂种人”即拥有迷人的外表，更有过人的智慧。先说这篇题为《Directional dominance on stature and cognition in diverse human populations》的研究，作者人数高达360人，来自世界上230余所单位。他们统计了地球上105个不同的人类群体，总共调查了354224人。结果显示，父母的亲缘关系越远（基因纯合性低），子女在身高、一秒用力呼气肺活量、普通认知能力和受教育程度这四个指标上越突出。反之，父母如果为表/堂兄弟姐妹，相比于父母没有直接亲戚关系的子女，身高低1.2厘米、一秒用力呼气肺活量少137ml、普通认知能力测试低0.3分、受教育时间少10个月。不过，除这四项指标外，血压、体质指数、糖化血红蛋白、高/低密度脂蛋白等十多项指标不受基因纯合性程度的影响。

       这一研究首次通过大样本调查阐明了基因纯合性对人类具体形状的影响。早在2008年，中美学者合作研究发现，杂交植物比其亲本生长更大更好的原因在于，它们负责光合作用和淀粉代谢的基因在白天要更为活跃。NMT作为基因与功能的桥梁，在杂种优势领域的研究里期待您的参与。

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• NMT-基因与功能的桥梁 151026

       2001年，人类基因组工作草图的发表标志着人类基因组计划的成功。截止目前，模式生物如拟南芥、大小鼠、斑马鱼，药用价值物种如灵芝、丹参、茯苓等，农作物与经济作物如水稻、玉米、大豆等，早已完成了全基因组测序。近期，CRISPR-Cas技术的兴起，更是让整个医学生理学领域的基因功能研究掀起又一轮的热潮，这一技术是继锌指核酸酶（ZFN）、ES细胞打靶和TALEN技术后可用于定点构建基因敲除大、小鼠动物的第四种方法。

       十月初，Nature上发表的两篇论文，报告了“1000个基因组项目”（The 1000 Genomes Project）的第三和最后一阶段成果。它现在包括来自26个全球人群的超过2500人的基因组数据，来自该项目组的这一主报告描述了所识别出的全部8800万个基因变异体的关键特征。归根结底，不论是动物还是植物，所有的基因研究最终需要落脚于功能鉴定。解决粮食产量、品质问题，克服人类疾病，提升人类生活品质是现阶段基因研究的主题。

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       非损伤微测技术（NMT）作为基因与功能的桥梁，可将基因间的功能差异通过活体生物与外环境间的分离子交换速率直观地体现出来，尤其适用于调控膜蛋白表达基因研究上。目前，国内利用NMT收获的转基因研究成果占NMT科研总成果的64.2%，这其中逆境方向超八成。伴随全球变暖、耕地面积减小、水资源匮乏，冷热胁迫、盐碱胁迫、干旱胁迫成为NMT植物逆境研究的热门；借助精准化治疗理念的提出，NMT在临床疾病研究领域的成果已呈爆发趋势。随着深圳市某医院旭月非损伤微测系统的采购完成，旭月公司向着“做科研，服务科研，提高生活品质”的目标更进一步。

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医学生理学

细胞凋亡

细胞代谢

• 非损伤与微流控芯片 161031

       细胞迁移在血管再生、伤口愈合、炎症反应、胚胎发育等多种生理和病理过程中起到关键作用。细胞迁移研究中，传统的研究方法无法满足高通量的需求，且大多是单因素检测，难以综合考虑细胞基质、浓度梯度等多参数对细胞迁移的影响。

       微流控芯片分析是当前的科技前沿领域之一，其作为细胞迁移研究新的技术平台，一方面具有集成度高、灵敏度高、高通量、试剂消耗少等优势，快速实现大规模分析；另一方面芯片中微米级的通道结构可精确控制物质浓度梯度和微流体，调节溶液温度和pH等细胞微环境要素，更真实模拟细胞体内生长微环境，并完成实时监测。微流控芯片已经被广泛应用于细胞迁移研究，其模型分为二维(2D)和三维(3D)2大类，分别从平面培养和立体生长的角度，研究不同因子浓度梯度、电刺激或细胞间相互作用等条件对细胞迁移行为的影响，打破了传统方法的局限性，促进了生物及医学等领域的研究。

       近期来自中国科学院的研究人员介绍了微流控芯片在细胞迁移研究中应用的最新进展，重点综述了研究细胞迁移的2D和3D微流控芯片，并讨论了各类微流控芯片的优缺点。文章指出，微流控芯片特有的网格式通道结构、微米级尺寸、以及可同时在时间和空间上精确控制微流体等特点有利于更好模拟细胞体内真实生理环境。

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       无伤口类细胞迁移的微流控芯片。(a) 竞争性物质梯度阵列芯片；(b) 单细胞迁移阵列芯片；(c) 电场可控型芯片；(d) 电化学组合型芯片

众所周知，NMT是测具体分离子流速的技术，而在此之前，有一种扫描振动电极技术（SVET），用于检测样品整体的电流。后来，随着技术的发展出现了NMT，可以具体检测到某种离子，精确研究形成电流的离子种类。

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       萌发中的花粉管尖端Ca²⁺流动

       以植物花粉管研究为例，美国海洋生物学实验室的Jaffe教授在70年代利用电流密度测试发现花粉管发育过程中有较大电流出现，但是直到90年代才利用NMT证明该电流的形成90%是依靠Ca²⁺的流动，从而把机理研究推进了一大步。换言之，只有真正知道了是哪种离子或分子存在于该反应过程，才会对研究有本质上的帮助。

       总而言之，NMT是在芯片实验结果的基础上，进一步地研究其背后更加具体的信号变化。因为只有了解各离子间的相互关系，才能够真正阐明动植物生理过程中的机理机制。

       参考文献：

       [1] Liu W T, Chen H M, Nie F Q. Cell migration with microfluidic chips (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: 364–373.

       [2] Kühtreiber WM, et al. Detection of extracellular calcium gradients with a calcium- specific vibrating electrode. Journal of Cell Biology, 1990,110(5): 1565-1573.

       [3] Weisenseel MH, et al. Large electrical currents traverse growing pollen tubes. Journal of Cell Biology, 1975, 66(3): 556-567.

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药理药效

• NMT技术在针对RyR钙离子通道药物研究中的潜在贡献 150118

       Ryanodine受体（RyR）是已知的最大Ca²⁺通道，在心肌等肌肉的兴奋收缩中具有偶联作用。过去由于对RyR的结构还不是非常清楚，因此，在相关药物的设计和应用上还有一些误区存在，比如，药物的选择性不强及毒性较大等问题。因此，近日清华大学的颜宁和施一公等在RyR的结构研究方面取得的进展，对今后相关药物的研发与应用具有较大意义。

       非损伤微测技术（NMT）可以在以下几个方面做出贡献：

       1. 药物的选择性工作：

       由于NMT可以直接测量Ca²⁺，Mg²⁺，Na⁺，K⁺ 等离子进出活体组织，通过在药物作用下测量Ca²⁺的进出情况来确定该药物的RyR选择性和有效性。

       2. 药物的毒性研究：

       通过NMT测量组织的O₂及K⁺等分子离子流生理生理指标，来验证不同药物的毒性。

       3. 对非肌肉组织RyR生理功能的研究：

       由于NMT时间分辨率的局限，会使得NMT更适用于RyR在非肌肉组织中生理功能的研究。

• 灵芝可用来改善肥胖 150706

       6月23日，来自台湾长庚大学的学者Lai Hsin-Chih在《Nature Communications》上发表了一项最新研究进展，他们通过动物实验首次发现灵芝能够调节小鼠肠道菌群生态，改善肥胖。研究发现，灵芝提取物可以诱导高脂肪饮食导致的肠道微生物失衡的逆转和体重降低，同时又保持了肠道屏障的完整性。这是灵芝首次被发现有益生和降低体重的功能。

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NMT潜在创新应用：

       研究表明，高脂高糖膳食足可以改变肠道菌群的结构并使得组织Cl^-发生丢失（Zhang J, et al. Fems Microbiology Ecology, 2014, 88(3): 612-622.）。尽管上述研究发现了灵芝的减重功效，但菌群对肠道在生理水平上的影响仍鲜有报道。目前，国内研究人员利用NMT在肠道疾病药物机理上的研究已取得了诸多成果（Xu J, et al. British Journal of Pharmacology, 2012, 165: 197-207.），同时，旭月公司将于8月份举办“非损伤微测技术在中医药研究领域的应用思路”专题培训班，敬请关注。

       ChangC, et al. Ganoderma lucidum reducesobesity in mice by modulating the composition of the gut microbiota. NatureCommunications, 2015, doi: 10.1038/ncomms8489.

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• 糖尿病“缘”起 160808

       8月4日，Nature（doi 10.1038/nature18642）刊登了一项由22个国家的300多名科学家，对世界各地12万人的DNA的2型糖尿病基因及变体进行了精确定位，获得了影响2型糖尿病风险的基因变体数量和性状更完整的图景。此次研究相较于以往研究，其研究对象的祖先不仅只起源于欧洲，还大量涉及美洲、非洲、南亚和东亚。

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       基因差异是否影响类似如糖尿病等常见疾病的易患倾向？这些基因差异是人类群体中所共享的还是具有个人或家族差异？研究结果表明，常见的、在人群中共享的变体可以解释大部分2型糖尿病的遗传风险。也就是说：大多数人都有患2型糖尿病的风险。

       此外，研究人员还鉴定了一种新的特定东亚人种的变体——PAX4，它只出现在东亚的韩国、中国、新加坡等地区。

       早在2005年，科研人员已经利用非损伤微测技术（NMT），发现了2型糖尿病的可能靶标——UCP3（Diabetes. 2005, 54(8): 2343-50.）。NMT在糖尿病药物研发上，具有可观的前景。它可以通过检测糖尿病相关组织细胞对不同药物的分子、离子流速反应来快速鉴别药物药效，能够有效缩短药物研发周期，降低药物筛选成本。国内学者利用扬格/旭月非损伤微测系统研究也发现，小鼠胰腺β细胞的线粒体功能缺失导致的Ca²⁺由胞外进入胞内这一流动的改变，是胰岛素分泌异常的一个关键因素。

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       胰岛细胞检测示意图

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肿瘤

• Beclin1乙酰化促进肿瘤生长 150629

       5月26日，《Nature Commnunications》在线刊登了中山大学肿瘤防治中心朱孝峰课题组题为《Acetylation of Beclin 1 inhibitsautophagosome maturation and promotes tumour growth》的最新研究。Beclin 1是一个重要的自噬相关基因，但研究界对于自噬体到自噬溶酶体转化的分子机制仍知之甚少。本研究证实了Beclin 1磷酸化后，诱导了自身的乙酰化，抑制了自噬体成熟和胞吞运输，进而在体内外促进肿瘤细胞增殖。

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NMT潜在创新应用：

       传统理论认为，肿瘤的发生起源于细胞特定基因的改变，而最新研究表明，正常上皮细胞向不正常微环境的移植或改造细胞的微环境，也可导致肿瘤的产生，而这些恶性肿瘤没有任何的基因改变。这提示我们，肿瘤的产生实际上是在组织和细胞水平发生了异常，基因的变化可能只是一种伴随状况。旭月公司最新推出的NMT活体肿瘤工作站，实现了同时在细胞以及组织水平上的检测，目前在国内外已取得诸多研究成果。

       [1] Sun T, et al. Acetylation of Beclin 1 inhibitsautophagosome maturation and promotes tumour growth. Nature Communications,2015, doi: 10.1038/ncomms8215.

       [2] Shabala L, et al. Exposure of colonic epithelialcells to oxidative and endoplasmic reticulum stress causes rapid potassiumefflux and calcium influx. Cell biochemistry and function, 2012, 31(7):603-611.（结肠癌细胞）

       [3] Yang L,et al. Uncoupling of K+ and Cl-transport across the cell membrane in the process of regulatory volumedecrease. Biochemical Pharmacology, 2012, 84 (3): 292-302.（鼻咽癌细胞）

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• 抛开剂量谈危害都是耍流氓! 151102

       笔者作为一个拥有酷爱食用腌肉酱肉这一“优良”传统的家族的一员，腌制肉几乎是三天两顿。鸡鸭鱼、牛羊猪，凡市面上能买到的肉，无所不腌。虽然后来得知腌制肉中亚硝酸钠的致癌危害，却依然抵不住醇香美味的诱惑。随着患癌率的逐渐增高，作为“吃货”的我们也渐渐放缓了脚步。近期，国际癌症研究机构（IARC）发布了加工肉致癌的消息，笔者也第一时间转发给了父母亲戚，“错而能改，善莫大焉”长久地回响在耳边......

       “食用红肉较可能致癌（2A级），加工肉制品被列为对人类致癌（1级）”。这是IARC过去二十年间，在饮食各异的众多国家和人群中调查了十多种癌症与食用红肉或加工肉制品之间关联的800多项研究后定下的结论。这一研究结论已刊登在The Lancet Oncology杂志上。虽然消息一出，各路吐槽如期而至，许多“与肉为盟”的吃货们肝肠寸断。但作为长期致力于利用非损伤微测技术（NMT）提升国人科研水平、提高人民生活品质的NMT人，笔者选择了相信科学。

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       笔者近期参与的一项由“中关村NMT产业联盟”旗下的“NMT应用发展基金”提供资金支持的肿瘤项目，正与北京医院普外科合作，就离子流速与快速临床诊断的联系进行相关研究。此项目首次利用NMT检测临床活体肿瘤代谢相关的分离子流速，希望通过我们的研究，为肿瘤的预防及治疗提供新手段，让红肉、加工肉安全地回到吃货们的口中。

       最后想告诉各位吃货，不必如此伤心，抛开剂量谈危害都是耍流氓！

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• NMT让肿瘤体内检测成为可能 160125

       以往观点认为，“上皮细胞向间充质细胞转化”（EMT）是癌症发生转移的一个要求。2015年11月底，发表在Nature杂志上的两项研究（doi:10.1038/nature16064; doi:10.1038/nature15748）挑战了EMT是癌症转移至关重要效应因子这一传统观点，并且提供了证据证实：上皮性肿瘤细胞不需要转变至间充质细胞状态来形成转移灶，但这一过程确实有助于耐药。这两项研究表明了EMT靶向策略结合传统化疗来治疗乳腺癌的潜力。

       “肿瘤是一种分子病，根本原因是基因的改变”这一观点时下甚为流行，这直接促使众多研究者以离体的肿瘤细胞作为肿瘤研究模型。事实上，机体内的肿瘤组织，其周围微环境深刻影响着肿瘤细胞增殖的速度、方式等特性。了解肿瘤组织与其所处微环境之间的物质能量交换，可能会成为目前肿瘤研究“剪不断，理还乱”现状的突破口。而扬格/旭月非损伤微测系统为这类活体研究提供了技术上的可能性。

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       2008年，美国New England地区海洋里的龙虾发生了甲壳病变，并导致龙虾死亡的现象。其后，美国环保局（EPA）邀请扬格公司使用非损伤微测系统对此疾病的发病原因进行研究。扬格公司利用NMT检测了正常生理状态下活体龙虾甲壳的Ca²⁺与H+流速，同时结合其它数项检测结果后得出以下结论：New England沿海地区的环境近一段时间受到人为污染，造成海水pH值降低，虽然pH值降低幅度很小，但是影响到了龙虾甲壳表面的微环境，削弱了龙虾甲壳抵御此种病害的能力，导致龙虾死亡。

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       在此研究中，美国扬格公司设计了一些简单的装置，如维持龙虾正常生存的恒温水循环装置，维持龙虾静止状态的固定装置等等，实现了在正常生理状态下，对活体龙虾甲壳进行NMT检测。

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• NMT医疗大数据为民众的健康一直在努力 160620

       在国务院新闻办公室今天（2016年6月20日星期一）举行的新闻发布会上，国家卫生计生委副主任金小桃表示，我国将以保障全体人民健康为出发点，通过“互联网＋健康医疗”探索服务新模式、培育发展新业态，到2020年建立国家医疗卫生信息分级开放应用平台，健康医疗大数据产业体系初步形成。

       金小桃说，健康医疗大数据是涵盖人的全生命周期，既包括个人健康，又涉及医药服务、疾病防控、健康保障和食品安全、养生保健等多方面数据的汇聚和聚合。 利用健康医疗大数据，不仅对改进健康医疗服务模式，而且对经济社会发展都有着重要的促进作用，是国家重要的基础性战略资源。

       作为热词的“互联网”，“大数据”在近些年的推动下，已经渐渐的被老百姓熟知。那么大数据究竟能做什么呢？在这篇报导中，对于健康医疗大数据应用发展对民生方面的改善，金小桃认为主要体现在3个方面。一是不断增强“自主健康”服务体验，让健康数据“多跑路”，让人民群众“少跑腿”，在互联网健康咨询、预约就诊、预约挂号、诊间结算、医保联网异地结算、移动支付等方面，给百姓带来更加便捷的应用服务。二是随着健康医疗大数据的发展和完善，大数据技术与健康医疗服务的深度融合应用，能够使优势资源“下得去”，更好地推动分级诊疗落地，加快远程医疗普及，推动精准医疗发展。三是通过大数据，推动覆盖全生命周期的预防、治疗、康复和健康管理的一体化健康服务。

       面对大数据时代的需求，数据是判断事情发生发展的根本指征，而数据同时又是提出解决方案的基础。那么作为一家可以为健康服务发力的高科技公司，我们一直在为大数据的积累努力着。且我们关注的是发病率越来越高，但生存率依然比较低的恶性肿瘤领域。目前我们已经针对肿瘤的个性化治疗方案进行着数据的原始积累。且多年来持续在做这方面的研究，而且此设想也曾经在北京肿瘤医院主办的生命科学会议上受到了众人的关注。

       健康是人们追求的目标，医疗是永恒的话题，我们也很希望可以与肿瘤研究相关的专家合作，共同探讨，深入研究，让我们的NMT技术可以在这个领域中发挥更大的作用，为大数据的积累，做更多的贡献。

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• 理念的转变——肿瘤微环境与NMT 160725

       肿瘤微环境，即肿瘤细胞产生和生活的内环境，其中不仅包括了肿瘤细胞本身，还有其周围的成纤维细胞、免疫和炎性细胞、胶质细胞等各种细胞，同时也包括附近区域内的细胞间质、微血管以及浸润在其中的生物分子（国外医学:遗传学分册,2001,24(6):301-303.）。

早在100多年以前，Stephen Paget基于乳腺癌的器官特异性转移中的临床观察，提出了著名的“种子与土壤”的概念。然而，这一假说在当时并未受到足够的重视，将治疗思路仅仅局限于肿瘤细胞本身，导致人类的抗击肿瘤之路走得异常艰难。直到今天，才有越来越多的科学家开始意识到肿瘤与肿瘤微环境是一个不可分割的整体。

       低氧环境

       Thomlinson在1955年就已经注意到了许多恶性肿瘤组织中存在的缺氧状态（Nat Rev Cancer.2007,7(2):139-47.）。肿瘤细胞新陈代谢旺盛、生长迅速等特点决定了其对能量需求高，因此其对氧气能量物质的消耗比正常细胞高出许多。然而，随着肿瘤本身的体积不断增大，肿瘤组织因膨胀而远离了含营养和氧气充足的血管，这种供血不足导致了肿瘤微环境缺氧情况的进一步加深。

       2015年，旭月（北京）生物功能研究院（旭月研究院）利用非损伤微测技术（NMT），检测了活体肿瘤组织的O2与外环境的交换情况。结果显示，癌占比（肿瘤组织中癌细胞所占比例）与O2流速呈显著负相关，即癌占比越高，O₂进入肿瘤组织的速率就越大。

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       肿瘤组织癌占比与O2的流动方向、流动速率间的关系

       低pH环境

       以往研究认为，肿瘤微环境的低pH主要是由肿瘤细胞的无氧代谢决定的。然而，有实验证明即使在乳酸产量低或者人工提高肿瘤组织氧分压或供血量的情况下，依然存在低PH的情况，这至少说明无氧代谢不是肿瘤微环境产生酸的唯一机制。实际上，肿瘤细胞的膜系统上存在着多种离子交换体，在建立肿瘤微环境的酸性环境中起着重要的作用。其中最典型的是V-ATPases，其功能是将质子从胞内泵到胞外，或者从内层膜泵到膜间层（Br J Cancer,1955,9(4):539-549.）。正是V-ATPases的存在，肿瘤细胞才能将代谢中产生的大量H+运输到细胞外，维持细胞质的中性和胞外的酸性环境，以免造成自身的酸中毒。这些被排到肿瘤细胞外的H⁺就会随浓度梯度进入正常细胞组织内并大量积聚，激活酶级联反应而导致细胞坏死或凋亡。

       同样，旭月研究院在利用NMT研究活体肿瘤组织的实验中发现，癌占比（肿瘤组织中癌细胞所占比例）与H⁺流速呈显著正相关，即癌占比越高，H⁺从肿瘤组织内排出的速率就越大。非损伤微测技术的出现，不仅丰富了活体肿瘤研究手段，更是可以为肿瘤微环境相比于正常生理环境所发生的变化，提供最直接的证据。

       [[File:图160725-2-癌占比-H⁺流速.jpg|400px]]

       肿瘤组织癌占比与H⁺的流动方向、流动速率间的关系

       前已述及，以前人类大部分治疗癌症的努力都是只着点于肿瘤细胞本身，但是在我们认识到肿瘤微环境对整个肿瘤的发生与发展的重要影响之后，治疗肿瘤的理念正在逐步改变，非损伤微测技术也必将成为肿瘤研究技术中的新热点。

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神经

• 女性患阿尔茨海默症的风险是男性两倍 150727

       笔者生活的社区里，住着一位患了“老年痴呆”的老人，每次碰面，总会很礼貌的喊住我，倾诉着一些对她来说很是“紧迫”的事情，偶尔也会听到她漫无目的地呼唤着儿子的姓名，虽然儿子的家就在楼上。看着昔日养育自己的父母，如今像孩子一般，给人更多的却是心酸。

       在美国，有540万人罹患阿尔茨海默症（Alzheimer disease，AD），其中约340万为女性。从数据上看，女性患AD的数量是男性的两倍，最新的研究成果也印证女性更易患AD的事实。一项研究发现，心智衰退可能是罹患AD的先兆，而有心智衰退早期症状的女性病情比同样情况的男性发展得快。另一项研究表明，对引发AD起关键作用的异常蛋白在女性大脑中累积的速度快于男性。

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NMT潜在创新应用：

       前期的研究显示，β-淀粉样肽作为AD最主要的致病物质之一，其致病机理与细胞的Ca²⁺、K⁺信号直接相关（Disterboft JF, et al. Ann NY Acad sci, 1989, 747: 1-8.）。NMT在AD的发病机理以及治疗思路上的研究结果表明，β-淀粉样肽扰乱了神经元Ca²⁺、K⁺的流速平衡，破坏了离子流速稳态，而更加全面深入的分离子流速机制却鲜有涉足。目前，国内学者利用NMT在神经领域的研究已从细胞水平深入至组织水平，旭月公司期待您的加入。

       [1] Roger S, et al. The Native Copper- and Zinc- Binding Protein MetallothioneinBlocks Copper-Mediated Aβ Aggregation and Toxicity in Rat Cortical Neurons.Plos One, 2010, 5(8): 1-11.

       [2] Lana S, et al. Prolonged Aβ treatment leads to impairment in the ability ofprimary cortical neurons to maintain K+ and Ca2+homeostasis. Mol Neurodegener, 2010,5: 30.

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• 美国政府的200亿，只为解决老年痴呆症 160613

       人生在世，经历了那么多的风风雨雨，有多少值得保留和回忆的事情，如果可以和这些记忆相伴终老想必也是一件美好的事情。可世事无情，当跨入老年阶段的时候，目前高发的俗称老年痴呆症的阿尔兹海默症恐怕将会给我们的记忆蒙上一层厚厚的迷雾，吹不开打不散。

       调查发现：我国北方患老年痴呆的平均年龄为75、76岁，患血管性痴呆的年龄多在68岁左右。65岁以上人群中患重度老年痴呆的比率达5%以上，而到80岁，此比率就上升到15-20%。在世界范围内，科技发达的美国，老年痴呆症是美国人民最大的死因，美国科学家对它也束手无策。美国人在阿尔兹海默症上的花费占到了全球的44.8%，剩下的有18.8%被日本占去，那么也就意味着，还有很多很多的患者没有得到治疗。

       如此大的市场需求，也促使了众多大牌药企为之倾其所有不惜代价。不幸的消息是，自1906年德国医生Alois Alzheimer发现此病以来，至今并没有特效药可以治愈老年痴呆症，甚至延缓的效果也甚微。好的消息是，随着研究的深入，已经接受的事实是，β淀粉样蛋白是导致阿尔兹海默症的起因，一旦形成规模，就会继发一系列的病理过程，之后形成自身的恶性循环，使得病情不断恶化。同时有数据显示，各大药企巨头在最近15年的努力中已经发现了关于阿尔兹海默症95%的知识，那么理论上说只要有足够的预算，特效药的问世将指日可待。

       去年，美国前国务卿希拉里公开表示，将每年投入20亿美元，作为阿尔兹海默症的研发经费，并且连续投入十年，以确保在2026年之前成功研发出治疗甚至是治愈的方法。这也是文章开头提到的200亿的梗的来源。

       早在2010年就有报道，非损伤微测技术（NMT）在老年痴呆症的治疗方案上，提出过新的观点。比如，研究了金属硫蛋白亚型MT-2A与锌/铜的结合状态以及不同处理条件下神经元细胞的活力、Ca²⁺、K⁺离子流信息，发现通过Cu(II)Aβ处理下神经元离子动态平衡的改变，证实了Zn7MT-2A 可阻止Cu(II)Aβ诱导氧化胁迫引起的不利影响。从而降低Aβ的活性。这样的结论恰好可从前期抑制老年痴呆症的恶性爆发。

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       图注：Cu(II)-Aβ及Zn7MT-2A处理下的Ca²⁺、K⁺离子流信息

       最新的数据显示，2015年全球平均寿命统计表中可看到中国为73.5岁，这其中涵盖了大量的中低生活水平的人口，那么作为大城市的人口，生活环境与医疗条件的优越，是拉高平均线的主力人群。为了拥有更美好的老年生活，让我们共同期待技术带来的巨大福利吧。

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• 翅膀与歌声 160905

       8月中旬，Nature（536, 7616）连续刊登了三项关于果蝇(Drosophila)的研究。

       果蝇的一些特定的昼夜节律神经元能促进运动活动的昼夜高峰，这些神经元的活动以24小时为周期，但它们在睡眠控制方面的作用尚不明确。现在，研究发现了一种叫做DN1s的背生物钟神经元，它们作为睡眠促进细胞，与起搏神经元共同参与了驱动午休和夜晚睡眠的反馈回路。此外，DN1神经元活动在两性间存在差异，且会对温度作出反应，与上述因素影响白昼睡眠的效应一致。在本期《自然》中，Gero Miesenböck及同事还报告了支配果蝇扇形体的多巴胺能睡眠促进神经元会在电活性和电静息之间转换，这是睡眠需求的功能之一。

       第三项果蝇的研究是关于翅膀与歌声的。雄性果蝇靠振动翅膀而发出求偶歌声是果蝇求偶行为中的重要一环。求偶歌声的特点及其在不同果蝇种类间的差异已经得到了充分研究。现在，David Stern及同事发现，造成拟果蝇和毛里求斯果蝇这两种野生型果蝇求偶歌声存在自然差异的遗传变异，是因为slowpoke (slo) 位点插入了一个逆转录因子，该因子编码了一个Ca²⁺依赖的K⁺通道。

       虽然非损伤微测技术（Non-invasive Micro-test Technology, NMT）是通过识别特定离子/分子，即化学信号，实现对微观粒子流速的检测。然而，离子通道、神经电信号研究与NMT同样密不可分。不仅在研究指标上，K⁺、Ca²⁺可以实现直接检测，NMT更是在哺乳动物的神经研究上取得了诸多成果。研究发现，β-淀粉样肽破坏了神经元K⁺、Ca²⁺的动态平衡；从上述结论出发，又发现K+通道抑制剂可以缓解Cu(II)-Aβ的毒害作用；此外，发现金属硫蛋白螯合疗法可以缓解阿尔茨海默症大鼠神经元K⁺、Ca²⁺的失衡状态，提供了一种新的潜在治疗手段。

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       不添加/添加Aβ时，Glu处理神经元后，K⁺、Ca²⁺的流速变化幅度

       2016年2月中旬的《联想与创新》已经介绍了加拿大McMaster University学者利用NMT在昆虫研究上的最新研究。目前，NMT在昆虫领域中，蚊、果蝇、蟑螂等物种研究，均有研究成果发表，研究领域集中于消化生理、昆虫逆境等。

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       DAR和Non-DAR两类细胞质子流速的差异。DAR细胞质子显著外流。

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神经传导

• 翅膀与歌声 160905

       8月中旬，Nature（536, 7616）连续刊登了三项关于果蝇(Drosophila)的研究。

       果蝇的一些特定的昼夜节律神经元能促进运动活动的昼夜高峰，这些神经元的活动以24小时为周期，但它们在睡眠控制方面的作用尚不明确。现在，研究发现了一种叫做DN1s的背生物钟神经元，它们作为睡眠促进细胞，与起搏神经元共同参与了驱动午休和夜晚睡眠的反馈回路。此外，DN1神经元活动在两性间存在差异，且会对温度作出反应，与上述因素影响白昼睡眠的效应一致。在本期《自然》中，Gero Miesenböck及同事还报告了支配果蝇扇形体的多巴胺能睡眠促进神经元会在电活性和电静息之间转换，这是睡眠需求的功能之一。

       第三项果蝇的研究是关于翅膀与歌声的。雄性果蝇靠振动翅膀而发出求偶歌声是果蝇求偶行为中的重要一环。求偶歌声的特点及其在不同果蝇种类间的差异已经得到了充分研究。现在，David Stern及同事发现，造成拟果蝇和毛里求斯果蝇这两种野生型果蝇求偶歌声存在自然差异的遗传变异，是因为slowpoke (slo) 位点插入了一个逆转录因子，该因子编码了一个Ca²⁺依赖的K⁺通道。

       虽然非损伤微测技术（Non-invasive Micro-test Technology, NMT）是通过识别特定离子/分子，即化学信号，实现对微观粒子流速的检测。然而，离子通道、神经电信号研究与NMT同样密不可分。不仅在研究指标上，K⁺、Ca²⁺可以实现直接检测，NMT更是在哺乳动物的神经研究上取得了诸多成果。研究发现，β-淀粉样肽破坏了神经元K⁺、Ca²⁺的动态平衡；从上述结论出发，又发现K+通道抑制剂可以缓解Cu(II)-Aβ的毒害作用；此外，发现金属硫蛋白螯合疗法可以缓解阿尔茨海默症大鼠神经元K⁺、Ca²⁺的失衡状态，提供了一种新的潜在治疗手段。

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       不添加/添加Aβ时，Glu处理神经元后，K⁺、Ca²⁺的流速变化幅度

       2016年2月中旬的《联想与创新》已经介绍了加拿大McMaster University学者利用NMT在昆虫研究上的最新研究。目前，NMT在昆虫领域中，蚊、果蝇、蟑螂等物种研究，均有研究成果发表，研究领域集中于消化生理、昆虫逆境等。

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       DAR和Non-DAR两类细胞质子流速的差异。DAR细胞质子显著外流。

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消化

• 一种新型的安全廉价减肥手术 150901

       二十世纪末，中国的网络还未普及之时，电视上科学类节目最高大上者莫过于Discovery探索频道。其中的一期减肥节目让人大开眼界，经过一台称为“胃旁路手术”的治疗，病人们少则减上数十斤，多者以百计，减肥效果着实令人乍舌，以至于十几年后笔者对“胃旁路”这三个字的记忆依旧清晰。直至后来接触到医学，找到了这“神奇”背后的答案，在惊讶于人们在临床上的想象力之时，也对它所带来的副作用为患者们捏了把汗。

胃旁路手术、胃切除术是常见的临床减肥术，适用于严重肥胖患者，减重效果明显，可以改善心脏病症状，缓解II型糖尿病。但手术操作复杂，费用较高，且术后存在缝合部泄漏、长期营养不良等风险，导致望而却步者甚多。

       数年前，国内已有学者利用旭月NMT进行消化系统的研究，发现了结肠响应恩他卡朋的机制与cAMP密切相关。近期，Nature Communications上的一项研究，提供了一种新型的安全廉价减肥手术。研究将肥胖小鼠的胆囊分别与小肠的各个部分相连接发现，胆汁流向小肠末端部分（回肠）的肥胖小鼠其体重降幅可以与上述的传统减肥手术相媲美。相比于传统减肥手术，这一治疗方法不仅在技术要求上更为简单，而且作为微创手术，术后的并发症风险大大降低。研究者认为，产生这一效果的原因可能与小肠减少对脂质的吸收以及肠道微生物群的改变有关。

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       近年来，随着手术机器人技术的成熟，传统减肥手术也趋于微创化，下面是著名的达芬奇手术机器人演示的一次全胃切除手术。

       [1] Xu J, et al. Emodin induces chloride secretion in rat distal colonthrough activation of mast cells and enteric neurons. Br J Pharmacol. 2012,165(1): 197-207.（大鼠结肠粘膜）

       [2] Li L, et al. Effect of entacapone on colon motility and ion transport ina rat model of Parkinson's disease. World J Gastroenterol. 2015, 21(12):3509-3518.（大鼠结肠粘膜）

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• 旭月NMT、肠道细菌及神经退行性疾病 161205

       12月1日，Cell刊登的来自加州理工学院学者的一项研究成果显示，肠道微生物能促进帕金森病小鼠模型中神经炎症的发生，诱导运动功能障碍。斯坦福大学医学院学者表示，“这真是第一次发现肠道微生物不仅能促进神经退行性疾病，而且还在这些疾病的发生过程中扮演了关键角色。”

       许多帕金森病患者都会出现消化道方面的症状，如在神经症状出现之前很多年就有便秘的情况。科学家们也发现了患者肠道微生物组成与健康对照肠道微生物组成之间的差异。研究组采用了过表达人体α-突触核蛋白（帕金森病标志性蛋白）的转基因小鼠作为疾病模型。当模型小鼠在无菌或抗生素治疗的时候，相比于存在肠道微生物的小鼠，具有更好的运动机能，粪便排出量保持一定，而且它们的大脑中出现更少的α-突触核蛋白，帕金森病症状和脑病理学情况能有所下降。

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       图1（图片来源：医学科普）

       此外，具有典型微生物的转基因小鼠大脑中会出现炎症，而这在无菌转基因小鼠中是不会有的。但研究人员喂食无菌转基因小鼠短链脂肪酸（微生物代谢产物）后，炎症便会出现，且α-突触核蛋白聚集，运动功能失序。由此推测在这种疾病与肠道微生物短链脂肪酸的生成之间具有重要的关联。

       数年前，国内已有学者利用旭月NMT对帕金森症与消化道疾病间的联系进行过研究，尤其是针对恩他卡朋（帕金森症治疗药物）在肠道中引起的消化道生理功能改变情况，发现恩他卡朋诱导了帕金森大鼠结肠粘膜中cAMP依赖的Cl^-外流。

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       图2 恩他卡朋处理结肠粘膜后导致其Cl^-外排增强，加入Cl^-通道抑制、Na⁺-K⁺-2Cl^-共转运抑制剂，引起Cl^-外排减弱。

       除了帕金森症外，旭月NMT在其它神经退行性疾病的研究上，如阿尔兹海默症，获得了诸多生理学结论。前期的研究显示，β-淀粉样肽作为AD最主要的致病物质之一，其致病机理与细胞的Ca²⁺、K+信号直接相关（Disterboft JF, et al. Ann NY Acad sci, 1989, 747: 1-8.）。NMT在AD的发病机理以及治疗思路上的研究结果表明，β-淀粉样肽扰乱了神经元Ca²⁺、K⁺的流速平衡，破坏了离子流速稳态，而更加全面深入的分离子流速机制却鲜有涉足。目前，国内学者利用NMT在神经领域的研究已开始从细胞水平深入至组织水平。

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       图3 不添加/添加Aβ时，Glu处理神经元后，K⁺、Ca²⁺的流速变化。负值表示外排。

       旭月NMT不仅在神经退行性疾病的基础理论研究上开辟出新途径，同时还直接参与到北京市民政局领导的失智项目当中，推动民生事业的发展。无论是基础研究，还是生产生活应用，旭月公司期待与您的合作。

       参考文献：

       [1] Xu J, et al. Emodin induces chloride secretion in rat distal colon through activation of mast cells and enteric neurons. Br J Pharmacol. 2012, 165(1): 197-207.（大鼠结肠粘膜）

       [2] Li L, et al. Effect of entacapone on colon motility and ion transport in a rat model of Parkinson's disease. World J Gastroenterol. 2015, 21(12): 3509-3518.（大鼠结肠粘膜）

       [3] Roger S, et al. The Native Copper- and Zinc- Binding Protein Metallothionein Blocks Copper-Mediated Aβ Aggregation and Toxicity in Rat Cortical Neurons. Plos One, 2010, 5(8): 1-11.

       [4] Lana S, et al. Prolonged Aβ treatment leads to impairment in the ability of primary cortical neurons to maintain K⁺ and Ca²⁺ homeostasis. Mol Neurodegener, 2010,5: 30.

       [5] T.R. Sampson, et al. Gut microbiota regulate motor deficits and neuroinflammation in a model of Parkinson’s disease. Cell, doi:10.1016/j.cell.2016.11.018, 2016.

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肝脏

代谢疾病

• 糖尿病最新研究成果 161128

       据统计，中国拥有最多的糖尿病人群，且在逐年大幅增加。然而，目前有关胰岛素抵抗以及糖尿病的发病机制尚未阐明。

       本月初，中国医学科学院药物研究所李平平团队在Cell发表了糖尿病研究最新成果。半乳糖苷凝集素Galectin-3（Gal3）作为巨噬细胞分泌的炎性因子，与胰岛素受体结合并干扰其信号通路，直接导致胰岛素抵抗。这项研究提出了慢性炎症导致胰岛素抵抗的新机制，加深了对炎症致胰岛素抵抗理论的认识。此外，研究结果表明Gal3在肥胖病人中可直接诱发胰岛素抵抗，具有一定的临床意义。鉴于Gal3导致胰岛素抵抗这一发现，李平平团队进而研究了抑制Gal3对胰岛素抵抗的改善作用。无论基因敲除Gal3还是给予Gal3抑制剂都能明显改善肥胖小鼠的胰岛素抵抗，提示Gal3可作为治疗胰岛素抵抗和糖尿病的有效药靶。

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       在离子/分子流速研究领域，最早被学者利用非损伤微测技术（NMT）进行研究的代谢疾病便是糖尿病。2012年，旭月研究院同国内学者合作，使用患有糖尿病的KK-Ay小鼠和正常的C57BL/6J小鼠的胰腺β细胞研究发现，葡萄糖诱导正常胰腺β细胞的Ca²⁺内流增加，但是KK-Ay的Ca²⁺并没有发生明显变化，加入genipin后，能够恢复KK-Ay小鼠胰腺β细胞的Ca²⁺内流，表明缺失线粒体功能是改变Ca²⁺内流导致的胰岛素分泌异常的重要因素。

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       图2 胰岛细胞检测示意图

       除了细胞外，NMT研究者还以小鼠胚胎作为研究对象，发现母体糖尿病导致胚胎的氧代谢偏弱，可以诱发胚胎神经管缺陷。

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       图3 注射生理盐水和谷氨酸母鼠胚胎的O₂流速

       胰岛组织（Islet）是非常适合用于离子/分子流测定的材料，具有稳定而明显的Ca²⁺、H⁺和K⁺流动。NMT为研究糖尿病的机理提供了重要的活体检测手段。

       参考文献：

       [1] Li P., et al. Hematopoietic-Derived Galectin-3 Causes Cellular and Systemic Insulin Resistance. Cell 167(4):973-984.

       [2] Li F, et al. Abnormal mitochondrial function impairs calcium influx in diabetic mouse pancreatic beta cells. Chinese Med J-Peking, 2012, 125(3): 502 - 510.

       [3] Li R., et al. Hypoxic stress in diabetic pregnancy contributes to impaired embryo gene expression and defective development by inducing oxidative stress. Am J Physiol-Endoc M, 2005, 289(4): E591-E599.

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• 糖尿病“缘”起 160808

       8月4日，Nature（doi 10.1038/nature18642）刊登了一项由22个国家的300多名科学家，对世界各地12万人的DNA的2型糖尿病基因及变体进行了精确定位，获得了影响2型糖尿病风险的基因变体数量和性状更完整的图景。此次研究相较于以往研究，其研究对象的祖先不仅只起源于欧洲，还大量涉及美洲、非洲、南亚和东亚。

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       基因差异是否影响类似如糖尿病等常见疾病的易患倾向？这些基因差异是人类群体中所共享的还是具有个人或家族差异？研究结果表明，常见的、在人群中共享的变体可以解释大部分2型糖尿病的遗传风险。也就是说：大多数人都有患2型糖尿病的风险。

       此外，研究人员还鉴定了一种新的特定东亚人种的变体——PAX4，它只出现在东亚的韩国、中国、新加坡等地区。

       早在2005年，科研人员已经利用非损伤微测技术（NMT），发现了2型糖尿病的可能靶标——UCP3（Diabetes. 2005, 54(8): 2343-50.）。NMT在糖尿病药物研发上，具有可观的前景。它可以通过检测糖尿病相关组织细胞对不同药物的分子、离子流速反应来快速鉴别药物药效，能够有效缩短药物研发周期，降低药物筛选成本。国内学者利用扬格/旭月非损伤微测系统研究也发现，小鼠胰腺β细胞的线粒体功能缺失导致的Ca²⁺由胞外进入胞内这一流动的改变，是胰岛素分泌异常的一个关键因素。

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       胰岛细胞检测示意图

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免疫

骨骼

• 竞技体育人种优势的颠覆 150804

       上周日晚，游泳队的孙杨完成了自由泳“四金”版图上的第一金，而在同一时间，国足依旧延续“恐韩症”，网络上“键盘党”们的热捧与唾骂，更是让人唏嘘。

       游泳作为我国的非优势项目，能够战胜欧美人，的确值得骄傲，就如当初刘翔在黑种人的包围下异军突起一般。而国足几十年来在对阵同为亚洲对手的韩国队，一输再输，确是叫人抬不起头。黄种人与白人、黑人在身低素质上存在着客观差距，前者精于技巧，后两者擅长速度与力量。正是因为孙杨、刘翔在身体素质高出黄种人一筹的白人、黑人中博得一席之地，才吸引了无以计数的目光。

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NMT潜在创新应用：

       据报道，黑人的骨骼较其他人种普遍要长，尤其是臂展。在肌肉方面，黑人以白肌为主，爆发力强，白人以红肌为主，主攻耐力与对抗。同时，黑人的脚内肌肉强度远高于其他人种，脚跟腱长度也颇具优势。

       NMT由于广泛地适用于各尺寸样品，特别是可直接检测组织，因而在医学、植物学、动物学等领域大放异彩。目前，NMT在肌肉组织的研究中，揭示了大脑动脉Cl^-流速和肌原反应的关系、乙酰胆碱受体复合物通过改变平滑肌Ca²⁺流速从而影响其收缩性等一系列生理机制。此外，NMT还在小鼠跖骨的研究中发现骨骼是Ca²⁺交换的器官。可以看出，NMT已逐步将离体的细胞研究越来越多的引入活体组织研究，这也必将诞生更多的生物学新机制。

       [1] Joanne M, et al. Measurement of chloride flux associated with the myogenicresponse in rat cerebral arteries. Journal of Physiology, 2001,534(3): 753–761.

       [2] Leah C, et al. Muscarinic acetylcholine receptor compounds alter net Ca2+flux and contractility in an invertebrate smooth muscle. InvertebrateNeuroscience, 2003, 5(1): 9-17.

       [3] Marenzana M, et al. Bone as an ion exchange organEvidence for instantaneous cell-dependent calcium efflux from bone not due toresorption. Bone. 2005, 37(4): 545-554.

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呼吸

眼

伤口愈合

• 离子流调控下的细胞迁移 161107

       今年五月，广西师范大学的梁宏、杨峰同芝加哥大学的一项合作成果揭示，Src/FAK介导的AFC7磷酸化对于ACF7在粘合斑处结合F-action及协调的细胞骨架动力学至关重要。这一研究发现发布在Nature Communications上（DOI: 10.1038/ncomms11692）。

       为了探究潜在的机制，在这篇文章中研究人员解析了ACF7的NT结构域的晶体结构，这一结构域介导了F-actin互作。结构分析结果促使鉴别出了ACF7 CH结构域中的一个关键酪氨酸残基，Src/FAK复合物介导这一酪氨酸残基磷酸化对于ACF7结合F-actin至关重要。利用皮肤表皮作为模型系统，他们进一步证实ACF磷酸化在粘着斑动态和体内外表皮迁移中起着不可或缺的作用。

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       细胞迁移是一个复杂精密的过程，包括片状伪足的伸出、粘着斑的形成、尾部粘着斑的解聚，调控或改变迁移过程中的任一环节对细胞的迁移会造成很大的影响。调节性细胞容积减小（RVD）的作用对细胞迁移至关重要，低渗环境下，细胞发生肿胀，在RVD的作用下，细胞体积恢复正常。传统理论认为这一过程中，K⁺、Cl^-协同外排，同时带走胞内水分，使细胞恢复正常体积。

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       图注：RVD过程中，胞外pH值调控细胞内外K⁺的流动。

       暨南大学王立伟老师利用非损伤微测系统研究离子流速后发现，K⁺外流只参与了RVD最开始的一段过程，随着胞内H⁺外流至细胞外表面导致K⁺通道关闭后，H⁺的外流代替了K⁺的外流，证明了在RVD过程中，K⁺与Cl^-的外排是相对独立的，推翻了原有结论。

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       旭月公司顾问、加州大学教授赵敏，在对内生伤口愈合过程的研究时发现有电流的产生，利用非损伤微测系统检测发现，这一电流的产生与伤口组织Na⁺、K⁺、Cl^-的内外流动相关。

       参考文献：

       [1] Yang LJ, et al. Uncoupling of K⁺ and Cl^- transport across the cell membrane in the process of regulatory volume decrease. Biochemical Pharmacology, 2012, 84 (3): 292 - 302.

       [2] Brian Reid, et al. Ion-selective self-referencing probes for measuring specific ion flux. Communicative integrative biology, 2011, 4（5）: 524 - 527.

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模式动物

• 旭月公司技术顾问林豊益教授连续发表斑马鱼泌酸过程的调控机制研究成果 160222

       2015年5月至8月期间，旭月公司NMT（非损伤微测技术）顾问、国立台湾师范大学林豊益教授分别在国际期刊International Journal of Biological Science与PLoS ONE上连续发表有关斑马鱼离子调控细胞泌酸过程的调控机制研究。

       AQP1是哺乳动物细胞上的H2O、CO2的通道。AQP1a.1存在于胚胎离子调控细胞中，但其在离子调控细胞中的作用并不明确。研究以斑马鱼胚胎为材料，Qpcr结果显示，胚胎暴露在1% CO₂中可诱导AQP1a.1的表达。原位杂交及免疫组化显示，AQP1a.1在泌酸离子调控细胞如富含H+-ATPase的细胞（HR细胞）中，表达水平较高。利用NMT直接检测斑马鱼胚胎发现，1% CO2瞬时刺激后，引起HR细胞H+外排速率上升，敲除AQP1a.1后，HR细胞H⁺的外排受到抑制。这一研究利用NMT的活体检测优势，为AQP1通过促进CO₂的转运从而调控动物胚胎泌酸这一结论提供了活体证据。

       另一篇研究中，以斑马鱼幼体作为研究对象，利用NMT、基因敲除等技术展示急性酸中毒过程中PEPCK（磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶）的诱导及其在V-ATPase表达的离子调控细胞泌酸过程中的作用。哺乳动物体内，虽然葡萄糖被认为是驱动V-ATPase的重要能量来源，但糖异生作用中的关键酶PEPCK（一种在酸中毒过程中能被激活的酶），其激活过程与泌酸的关系尚不明确。

       酸胁迫下，斑马鱼幼体V-ATPase介导的H+外排速率以及Pck1（PEPCK相关基因）表达增加。敲除Pck1后，V-ATPase介导的H⁺外排速率降低，但这一过程为葡萄糖的介入所缓解。结合氨基酸含量以及酶的表达结果表明，细胞水平上V-ATPase介导的H⁺外排速率增加印证了酸诱导的PEPCK为酸介导的自体稳态提供了葡萄糖这一结论，而NMT为这一结论的发现提供了活体证据。

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       图注：HR细胞、角质细胞的H⁺流速结果。正值表示外排。

       林豊益教授近年来屡次在国际期刊上发表斑马鱼泌氢、排氨等机制研究，这正是利用了NMT活体测量、可测指标丰富等优势。目前，NMT已成为该方向研究的必备利器。

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• 糖尿病“缘”起 160808

       上周四（8月4日），Nature（doi 10.1038/nature18642）刊登了一项由22个国家的300多名科学家，对世界各地12万人的DNA的2型糖尿病基因及变体进行了精确定位，获得了影响2型糖尿病风险的基因变体数量和性状更完整的图景。此次研究相较于以往研究，其研究对象的祖先不仅只起源于欧洲，还大量涉及美洲、非洲、南亚和东亚。

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       基因差异是否影响类似如糖尿病等常见疾病的易患倾向？这些基因差异是人类群体中所共享的还是具有个人或家族差异？研究结果表明，常见的、在人群中共享的变体可以解释大部分2型糖尿病的遗传风险。也就是说：大多数人都有患2型糖尿病的风险。

       此外，研究人员还鉴定了一种新的特定东亚人种的变体——PAX4，它只出现在东亚的韩国、中国、新加坡等地区。

       早在2005年，科研人员已经利用非损伤微测技术（NMT），发现了2型糖尿病的可能靶标——UCP3（Diabetes. 2005, 54(8): 2343-50.）。NMT在糖尿病药物研发上，具有可观的前景。它可以通过检测糖尿病相关组织细胞对不同药物的分子、离子流速反应来快速鉴别药物药效，能够有效缩短药物研发周期，降低药物筛选成本。国内学者利用扬格/旭月非损伤微测系统研究也发现，小鼠胰腺β细胞的线粒体功能缺失导致的Ca²⁺由胞外进入胞内这一流动的改变，是胰岛素分泌异常的一个关键因素。

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       胰岛细胞检测示意图

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• 自作聪明的鱼 160829

       在睛斑扁隆头鱼中，会仔细照顾后代和筑巢的雄性受到雌性的特别青睐。然而，雄鱼中也有一些“滑头鱼”，它们既不照顾后代，自己也不求偶，而是会在雌鱼和筑巢的雄鱼交配时悄悄凑过去，试图通过释放大量精子来给一部分卵受精。

       这是上周发表于Nature Communications（doi: 10.1038/ncomms12452）的一篇研究论文。但是，“滑头鱼”仅仅是自作聪明罢了。即使在水中，雌鱼也能影响哪条雄鱼为它们的卵受精。而在此前，人们一直认为只有体内受精的物种才能实施配偶选择。

       研究显示，睛斑扁隆头雌鱼能分泌一种包裹住卵的卵巢液，以控制卵被哪些精子受精。这种卵巢液能提升精子的速度，增加精子向卵运动的精确度。这降低了精子数量的重要性，而让精子的速度更加重要。因此，卵巢液提升了筑巢雄鱼的优势：它们的精子移动速度更快、移动方向更精确。

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       图注：呆头黑鱼胚胎检测实时截图

       早在2000年，已有国外研究者利用非损伤微测技术（NMT）研究虹鳟膀胱的离子交换。目前，鱼类研究的对象主要有青鳉鱼、鲶鱼、罗非鱼、呆头黑鱼。旭月研究院顾问、国立台湾师范大学的林豊益教授，长期利用NMT从事鱼类生理学研究，发现青鳉幼鱼线粒体富集细胞吸收NH₄⁺依赖于Na⁺的吸收（Am J Physiol-Cell Ph, 2010, 298(2): C237-50.），并在近期发表了斑马鱼泌酸过程的调控机制研究成果。此外，旭月研究院顾问、普渡大学的Porterfield教授，利用NMT检测了呆头黑鱼胚胎，发现鱼胚胎耗氧流速可作为环境监测的指标。

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       图注：青鳉鱼表皮Na⁺、NH₄⁺流速。正值表示外排，负值表示吸收

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• 翅膀与歌声 160905

       8月中旬，Nature（536, 7616）连续刊登了三项关于果蝇(Drosophila)的研究。

       果蝇的一些特定的昼夜节律神经元能促进运动活动的昼夜高峰，这些神经元的活动以24小时为周期，但它们在睡眠控制方面的作用尚不明确。现在，研究发现了一种叫做DN1s的背生物钟神经元，它们作为睡眠促进细胞，与起搏神经元共同参与了驱动午休和夜晚睡眠的反馈回路。此外，DN1神经元活动在两性间存在差异，且会对温度作出反应，与上述因素影响白昼睡眠的效应一致。在本期《自然》中，Gero Miesenböck及同事还报告了支配果蝇扇形体的多巴胺能睡眠促进神经元会在电活性和电静息之间转换，这是睡眠需求的功能之一。

       第三项果蝇的研究是关于翅膀与歌声的。雄性果蝇靠振动翅膀而发出求偶歌声是果蝇求偶行为中的重要一环。求偶歌声的特点及其在不同果蝇种类间的差异已经得到了充分研究。现在，David Stern及同事发现，造成拟果蝇和毛里求斯果蝇这两种野生型果蝇求偶歌声存在自然差异的遗传变异，是因为slowpoke (slo) 位点插入了一个逆转录因子，该因子编码了一个Ca²⁺依赖的K⁺通道。

       虽然非损伤微测技术（Non-invasive Micro-test Technology, NMT）是通过识别特定离子/分子，即化学信号，实现对微观粒子流速的检测。然而，离子通道、神经电信号研究与NMT同样密不可分。不仅在研究指标上，K⁺、Ca²⁺可以实现直接检测，NMT更是在哺乳动物的神经研究上取得了诸多成果。研究发现，β-淀粉样肽破坏了神经元K⁺、Ca²⁺的动态平衡；从上述结论出发，又发现K+通道抑制剂可以缓解Cu(II)-Aβ的毒害作用；此外，发现金属硫蛋白螯合疗法可以缓解阿尔茨海默症大鼠神经元K⁺、Ca²⁺的失衡状态，提供了一种新的潜在治疗手段。

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       不添加/添加Aβ时，Glu处理神经元后，K⁺、Ca²⁺的流速变化幅度

       2016年2月中旬的《联想与创新》已经介绍了加拿大McMaster University学者利用NMT在昆虫研究上的最新研究。目前，NMT在昆虫领域中，蚊、果蝇、蟑螂等物种研究，均有研究成果发表，研究领域集中于消化生理、昆虫逆境等。

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       DAR和Non-DAR两类细胞质子流速的差异。DAR细胞质子显著外流。

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• 糖尿病最新研究成果 161128

       据统计，中国拥有最多的糖尿病人群，且在逐年大幅增加。然而，目前有关胰岛素抵抗以及糖尿病的发病机制尚未阐明。

       本月初，中国医学科学院药物研究所李平平团队在Cell发表了糖尿病研究最新成果。半乳糖苷凝集素Galectin-3（Gal3）作为巨噬细胞分泌的炎性因子，与胰岛素受体结合并干扰其信号通路，直接导致胰岛素抵抗。这项研究提出了慢性炎症导致胰岛素抵抗的新机制，加深了对炎症致胰岛素抵抗理论的认识。此外，研究结果表明Gal3在肥胖病人中可直接诱发胰岛素抵抗，具有一定的临床意义。鉴于Gal3导致胰岛素抵抗这一发现，李平平团队进而研究了抑制Gal3对胰岛素抵抗的改善作用。无论基因敲除Gal3还是给予Gal3抑制剂都能明显改善肥胖小鼠的胰岛素抵抗，提示Gal3可作为治疗胰岛素抵抗和糖尿病的有效药靶。

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       在离子/分子流速研究领域，最早被学者利用非损伤微测技术（NMT）进行研究的代谢疾病便是糖尿病。2012年，旭月研究院同国内学者合作，使用患有糖尿病的KK-Ay小鼠和正常的C57BL/6J小鼠的胰腺β细胞研究发现，葡萄糖诱导正常胰腺β细胞的Ca²⁺内流增加，但是KK-Ay的Ca²⁺并没有发生明显变化，加入genipin后，能够恢复KK-Ay小鼠胰腺β细胞的Ca²⁺内流，表明缺失线粒体功能是改变Ca²⁺内流导致的胰岛素分泌异常的重要因素。

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       图2 胰岛细胞检测示意图

       除了细胞外，NMT研究者还以小鼠胚胎作为研究对象，发现母体糖尿病导致胚胎的氧代谢偏弱，可以诱发胚胎神经管缺陷。

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       图3 注射生理盐水和谷氨酸母鼠胚胎的O₂流速

       胰岛组织（Islet）是非常适合用于离子/分子流测定的材料，具有稳定而明显的Ca²⁺、H⁺和K⁺流动。NMT为研究糖尿病的机理提供了重要的活体检测手段。

       参考文献：

       [1] Li P., et al. Hematopoietic-Derived Galectin-3 Causes Cellular and Systemic Insulin Resistance. Cell 167(4):973-984.

       [2] Li F, et al. Abnormal mitochondrial function impairs calcium influx in diabetic mouse pancreatic beta cells. Chinese Med J-Peking, 2012, 125(3): 502 - 510.

       [3] Li R., et al. Hypoxic stress in diabetic pregnancy contributes to impaired embryo gene expression and defective development by inducing oxidative stress. Am J Physiol-Endoc M, 2005, 289(4): E591-E599.

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• 旭月NMT、肠道细菌及神经退行性疾病 161205

       12月1日，Cell刊登的来自加州理工学院学者的一项研究成果显示，肠道微生物能促进帕金森病小鼠模型中神经炎症的发生，诱导运动功能障碍。斯坦福大学医学院学者表示，“这真是第一次发现肠道微生物不仅能促进神经退行性疾病，而且还在这些疾病的发生过程中扮演了关键角色。”

       许多帕金森病患者都会出现消化道方面的症状，如在神经症状出现之前很多年就有便秘的情况。科学家们也发现了患者肠道微生物组成与健康对照肠道微生物组成之间的差异。研究组采用了过表达人体α-突触核蛋白（帕金森病标志性蛋白）的转基因小鼠作为疾病模型。当模型小鼠在无菌或抗生素治疗的时候，相比于存在肠道微生物的小鼠，具有更好的运动机能，粪便排出量保持一定，而且它们的大脑中出现更少的α-突触核蛋白，帕金森病症状和脑病理学情况能有所下降。

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       图1（图片来源：医学科普）

       此外，具有典型微生物的转基因小鼠大脑中会出现炎症，而这在无菌转基因小鼠中是不会有的。但研究人员喂食无菌转基因小鼠短链脂肪酸（微生物代谢产物）后，炎症便会出现，且α-突触核蛋白聚集，运动功能失序。由此推测在这种疾病与肠道微生物短链脂肪酸的生成之间具有重要的关联。

       数年前，国内已有学者利用旭月NMT对帕金森症与消化道疾病间的联系进行过研究，尤其是针对恩他卡朋（帕金森症治疗药物）在肠道中引起的消化道生理功能改变情况，发现恩他卡朋诱导了帕金森大鼠结肠粘膜中cAMP依赖的Cl^-外流。

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       图2 恩他卡朋处理结肠粘膜后导致其Cl^-外排增强，加入Cl^-通道抑制、Na⁺-K⁺-2Cl^-共转运抑制剂，引起Cl^-外排减弱。

       除了帕金森症外，旭月NMT在其它神经退行性疾病的研究上，如阿尔兹海默症，获得了诸多生理学结论。前期的研究显示，β-淀粉样肽作为AD最主要的致病物质之一，其致病机理与细胞的Ca²⁺、K+信号直接相关（Disterboft JF, et al. Ann NY Acad sci, 1989, 747: 1-8.）。NMT在AD的发病机理以及治疗思路上的研究结果表明，β-淀粉样肽扰乱了神经元Ca²⁺、K⁺的流速平衡，破坏了离子流速稳态，而更加全面深入的分离子流速机制却鲜有涉足。目前，国内学者利用NMT在神经领域的研究已开始从细胞水平深入至组织水平。

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       图3 不添加/添加Aβ时，Glu处理神经元后，K⁺、Ca²⁺的流速变化。负值表示外排。

       旭月NMT不仅在神经退行性疾病的基础理论研究上开辟出新途径，同时还直接参与到北京市民政局领导的失智项目当中，推动民生事业的发展。无论是基础研究，还是生产生活应用，旭月公司期待与您的合作。

       参考文献：

       [1] Xu J, et al. Emodin induces chloride secretion in rat distal colon through activation of mast cells and enteric neurons. Br J Pharmacol. 2012, 165(1): 197-207.（大鼠结肠粘膜）

       [2] Li L, et al. Effect of entacapone on colon motility and ion transport in a rat model of Parkinson's disease. World J Gastroenterol. 2015, 21(12): 3509-3518.（大鼠结肠粘膜）

       [3] Roger S, et al. The Native Copper- and Zinc- Binding Protein Metallothionein Blocks Copper-Mediated Aβ Aggregation and Toxicity in Rat Cortical Neurons. Plos One, 2010, 5(8): 1-11.

       [4] Lana S, et al. Prolonged Aβ treatment leads to impairment in the ability of primary cortical neurons to maintain K⁺ and Ca²⁺ homeostasis. Mol Neurodegener, 2010,5: 30.

       [5] T.R. Sampson, et al. Gut microbiota regulate motor deficits and neuroinflammation in a model of Parkinson’s disease. Cell, doi:10.1016/j.cell.2016.11.018, 2016.

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其它

• NMT-基因与功能的桥梁 151026

       2001年，人类基因组工作草图的发表标志着人类基因组计划的成功。截止目前，模式生物如拟南芥、大小鼠、斑马鱼，药用价值物种如灵芝、丹参、茯苓等，农作物与经济作物如水稻、玉米、大豆等，早已完成了全基因组测序。近期，CRISPR-Cas技术的兴起，更是让整个医学生理学领域的基因功能研究掀起又一轮的热潮，这一技术是继锌指核酸酶（ZFN）、ES细胞打靶和TALEN技术后可用于定点构建基因敲除大、小鼠动物的第四种方法。

       十月初，Nature上发表的两篇论文，报告了“1000个基因组项目”（The 1000 Genomes Project）的第三和最后一阶段成果。它现在包括来自26个全球人群的超过2500人的基因组数据，来自该项目组的这一主报告描述了所识别出的全部8800万个基因变异体的关键特征。归根结底，不论是动物还是植物，所有的基因研究最终需要落脚于功能鉴定。解决粮食产量、品质问题，克服人类疾病，提升人类生活品质是现阶段基因研究的主题。

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       非损伤微测技术（NMT）作为基因与功能的桥梁，可将基因间的功能差异通过活体生物与外环境间的分离子交换速率直观地体现出来，尤其适用于调控膜蛋白表达基因研究上。目前，国内利用NMT收获的转基因研究成果占NMT科研总成果的64.2%，这其中逆境方向超八成。伴随全球变暖、耕地面积减小、水资源匮乏，冷热胁迫、盐碱胁迫、干旱胁迫成为NMT植物逆境研究的热门；借助精准化治疗理念的提出，NMT在临床疾病研究领域的成果已呈爆发趋势。随着深圳市某医院旭月非损伤微测系统的采购完成，旭月公司向着“做科研，服务科研，提高生活品质”的目标更进一步。

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动物科学

昆虫生理

• “圣甲虫”面临的生存危机 150928

       复活与重生、辟邪与健康、象征五谷丰登以及旺盛的生命力。说到这些，您也许会想到龙、凤这样的吉祥之物，但是在古埃及以至整个非洲，这些毫无保留的尊敬与崇拜却都是给予“屎壳郎”的。蜣螂，又名屎壳螂，在非洲被尊为“圣甲虫”，好莱坞大片《木乃伊归来》让“圣甲虫”这一名号响遍全球。因其“辛勤劳作，排除万难，滋养肥沃的土地”，非洲文化对“圣甲虫”可谓推崇至极，“圣甲虫”之于非洲如龙之于中国，它是古埃及三大太阳神之一“凯布利”的原型。2010年南非世界杯，非洲人民更是将“圣甲虫”搬上了开幕式，足见其“非洲传统文化之圣物”的地位。

       九月初，Nature旗下的Scientific Reports报道了低剂量的利维菌素会对蜣螂产生不利影响。利维菌素在兽医学中，常用于防治牲畜的体内外寄生虫。研究通过检测牲畜粪便清理者—蜣螂的触角电位以及其无意识状态下的肌肉力量，显示出利维菌素在发挥消灭牲畜寄生虫功效的同时，牲畜粪便中残余的利维菌素对蜣螂的嗅觉与运动系统造成了损害，导致蜣螂种群数量的下降。研究认为，利维菌素对蜣螂神经细胞、肌肉细胞的谷氨酸-以及GABA-门控Cl-通道的调控作用，是引起上述生理变化的关键所在。

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       在国内，利用非损伤微测系统检测细胞以及组织的Cl-流速已广泛用于消化系统的研究上。更为重要的是，这一研究为利用非损伤微测系统进行农药防治虫害的机理即农药毒理研究提供了明确的思路。目前国内已有学者着手采购非损伤微测系统从事此方向的研究。

       [1] O'DonnellM J, et al. Ion-selective microelectrode analysis of salicylate transport bythe Malpighian tubules and gut of Drosophila melanogaster. J Exp Biol. 2005,208(Pt 1): 93-104.（昆虫生理）

       [2] O'DonnellM J. Too much of a good thing: how insects cope with excess ions or toxins inthe diet. J Exp Biol. 2009, 212(Pt 3): 363-372.（昆虫生理）

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• 《PLoS ONE》发表NMT在昆虫消化系统领域研究的最新成果 160215

       2014年，加拿大约克大学Jean-Paul Paluzzi等人的最新研究成果《The Heterodimeric Glycoprotein Hormone, GPA2/GPB5, Regulates Ion Transport across the Hindgut of the Adult Mosquito, Aedes aegypti》在《PLoS ONE》上发表，随着这一领域成果的丰富，NMT已逐渐成为昆虫活体器官研究的重要手段之一。

       哺乳动物的促甲状腺激素、促黄体激素、促卵泡素均属于糖蛋白激素，而糖蛋白激素特异性受体最重要的组成部分是α亚基（GPA）与β亚基（GPB）。近期，研究者从脊椎动物上鉴定出一个新的糖蛋白激素（Thyrostimulin）。研究显示，它由GPA2与GPB5两个新型的亚基组成，且与节肢动物、线虫、棘细胞上的这一亚基同源。Paluzzi等使用基因手段研究GPA2/GPB5在登革热病毒的宿主——埃及伊蚊上的表达情况，并利用非损伤微测技术（NMT）观察了GPA2/GPB5对伊蚊消化系统Na⁺/K⁺平衡的调节作用。

       前期研究显示，Thyrostimulin的受体AedaeLGR1在伊蚊消化道的中肠、马氏管以及后肠有表达，尤其在后肠部位表达较高。此外还发现，GAP2/GPB5具有调节上皮组织阳离子转运的能力——抑制Na+外排、促进K⁺外排。实验以后肠部分的回肠、结肠作为研究位点，利用NMT检测了对照组以及200 nM GAP2/GPB5处理后Na⁺、K⁺的流速变化。结果显示，GAP2/GPB5处理后，较对照组，回肠Na⁺外排明显减弱，结肠未有明显变化。回肠及前结肠K⁺吸收较对照组分别减弱68%、79%，后结肠也呈现下降趋势。

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       上述研究结果表明，AedaeGAP2/GPB5可用于调节如雌蚊消化、吸收血红细胞过程中“低Na⁺高K⁺”这一生理现象，并取得了生理功能上的直接证据。NMT在国内已经深入作物研究的各个领域，而这一研究成果对于植物保护（作物害虫）领域如何应用NMT进行活体功能研究具有启发意义。

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水生生物

• 旭月公司技术顾问林豊益教授连续发表斑马鱼泌酸过程的调控机制研究成果 160222

       2015年5月至8月期间，旭月公司NMT（非损伤微测技术）顾问、国立台湾师范大学林豊益教授分别在国际期刊International Journal of Biological Science与PLoS ONE上连续发表有关斑马鱼离子调控细胞泌酸过程的调控机制研究。

       AQP1是哺乳动物细胞上的H2O、CO2的通道。AQP1a.1存在于胚胎离子调控细胞中，但其在离子调控细胞中的作用并不明确。研究以斑马鱼胚胎为材料，Qpcr结果显示，胚胎暴露在1% CO₂中可诱导AQP1a.1的表达。原位杂交及免疫组化显示，AQP1a.1在泌酸离子调控细胞如富含H+-ATPase的细胞（HR细胞）中，表达水平较高。利用NMT直接检测斑马鱼胚胎发现，1% CO2瞬时刺激后，引起HR细胞H+外排速率上升，敲除AQP1a.1后，HR细胞H⁺的外排受到抑制。这一研究利用NMT的活体检测优势，为AQP1通过促进CO₂的转运从而调控动物胚胎泌酸这一结论提供了活体证据。

       另一篇研究中，以斑马鱼幼体作为研究对象，利用NMT、基因敲除等技术展示急性酸中毒过程中PEPCK（磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶）的诱导及其在V-ATPase表达的离子调控细胞泌酸过程中的作用。哺乳动物体内，虽然葡萄糖被认为是驱动V-ATPase的重要能量来源，但糖异生作用中的关键酶PEPCK（一种在酸中毒过程中能被激活的酶），其激活过程与泌酸的关系尚不明确。

       酸胁迫下，斑马鱼幼体V-ATPase介导的H+外排速率以及Pck1（PEPCK相关基因）表达增加。敲除Pck1后，V-ATPase介导的H⁺外排速率降低，但这一过程为葡萄糖的介入所缓解。结合氨基酸含量以及酶的表达结果表明，细胞水平上V-ATPase介导的H⁺外排速率增加印证了酸诱导的PEPCK为酸介导的自体稳态提供了葡萄糖这一结论，而NMT为这一结论的发现提供了活体证据。

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       图注：HR细胞、角质细胞的H⁺流速结果。正值表示外排。

       林豊益教授近年来屡次在国际期刊上发表斑马鱼泌氢、排氨等机制研究，这正是利用了NMT活体测量、可测指标丰富等优势。目前，NMT已成为该方向研究的必备利器。

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• 自作聪明的鱼 160829

       在睛斑扁隆头鱼中，会仔细照顾后代和筑巢的雄性受到雌性的特别青睐。然而，雄鱼中也有一些“滑头鱼”，它们既不照顾后代，自己也不求偶，而是会在雌鱼和筑巢的雄鱼交配时悄悄凑过去，试图通过释放大量精子来给一部分卵受精。

       这是上周发表于Nature Communications（doi: 10.1038/ncomms12452）的一篇研究论文。但是，“滑头鱼”仅仅是自作聪明罢了。即使在水中，雌鱼也能影响哪条雄鱼为它们的卵受精。而在此前，人们一直认为只有体内受精的物种才能实施配偶选择。

       研究显示，睛斑扁隆头雌鱼能分泌一种包裹住卵的卵巢液，以控制卵被哪些精子受精。这种卵巢液能提升精子的速度，增加精子向卵运动的精确度。这降低了精子数量的重要性，而让精子的速度更加重要。因此，卵巢液提升了筑巢雄鱼的优势：它们的精子移动速度更快、移动方向更精确。

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       图注：呆头黑鱼胚胎检测实时截图

       早在2000年，已有国外研究者利用非损伤微测技术（NMT）研究虹鳟膀胱的离子交换。目前，鱼类研究的对象主要有青鳉鱼、鲶鱼、罗非鱼、呆头黑鱼。旭月研究院顾问、国立台湾师范大学的林豊益教授，长期利用NMT从事鱼类生理学研究，发现青鳉幼鱼线粒体富集细胞吸收NH₄⁺依赖于Na⁺的吸收（Am J Physiol-Cell Ph, 2010, 298(2): C237-50.），并在近期发表了斑马鱼泌酸过程的调控机制研究成果。此外，旭月研究院顾问、普渡大学的Porterfield教授，利用NMT检测了呆头黑鱼胚胎，发现鱼胚胎耗氧流速可作为环境监测的指标。

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       图注：青鳉鱼表皮Na⁺、NH₄⁺流速。正值表示外排，负值表示吸收

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动物发育

微生物学

环境污染物

• 去青岛看草原？那是浒苔！ 150713

       台风“鸿灿”作为近年来第二个直接登陆中国大陆的台风，引起了国内民众的极大关注。在青岛，随着“鸿灿”的到来，漂浮在近海的浒苔也被带到了海岸沙滩，各大海水浴场也随之关闭。

       2008年北京奥运会前夕，青岛奥帆赛场海域出现的大量浒苔曾让我们为帆船比赛能否顺利举行捏了一把汗。彼时，旭月公司受邀携非损伤微测系统紧急赶赴青岛，进行浒苔生长机理的量化研究，为浒苔的控制和清除提供决策依据。

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       联想与创新：

       截至2015年，国内外利用非损伤微测技术（NMT）研究藻类所发表的SCI文章中，材料已经包括水绵、伞藻、大叶藻、硅藻等，特别是在硅藻的研究中，提出了藻类污染治理研究的新思路——— Ca²⁺流速指标（Yang, C., et al. Marine Pollution Bulletin,2014, 88(1-2): 62-9.）。此外，海藻作为琼胶的来源，其生长机理研究也颇受关注，国内学者也正在利用NMT进行初步研究。近日，旭月公司应各大院校的科研需求，推出NMT活体藻类工作站，欢迎咨询。

       [1] YangC, et al. Indole derivatives inhibited the formation of bacterialbiofilm and modulated Ca(²⁺) efflux in diatom. Marine pollution bulletin, 2014,88(1-2): 62-9.（硅藻）

       [2] LinA, et al. Simultaneous measurements of H⁺ and O2fluxes in Zostera marina and its physiological implications. Physiologia Plant,2012, 148(4): 582-589.（大叶藻）

       [3] PorterfieldDM, et al. Single-cell, real-time measurements of extracellular oxygenand proton fluxes from Spirogyra grevilleana. Protoplasma, 2000, 212(1-2): 80-88.（水绵）

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• 中国学者发现微生物可控进化新方法 150720

       胁迫抗性是工业微生物的重要属性之一，而对工业微生物胁迫抗性的改造中，无论是单基因还是双基因改造，效果均不理想。2015年6月30日，《Biotechnology for Biofuels》在线发表了中科院微生物所的最新研究。研究利用前期已开发出的基因组复制工程辅助的连续进化技术（GREACE），在2个半月内就将大肠杆菌对丁醇的最低耐受浓度提高了56%，实现了复杂生理性状的人工控制进化。

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NMT潜在创新应用：

       现有研究已表明，附着TiO2纳米颗粒的黄孢原毛平革菌通过调节H⁺与O₂流速，提升其对环境污染物的抗性。尽管前述研究为进化工程提供了一种可控进化新方法，但是，转基因微生物的抗性机制，特别是在分离子流速特征上的改变，不失为从基因组学研究深入至活体代谢组学研究的新思路。目前，国内学者利用NMT在微生物胁迫抗性机制领域的研究已卓有成效，欢迎您联系旭月公司，索取相关文献资料。

       [1] Zhu L, et al. Development of a stress-induced mutagenesis module forautonomous adaptive evolution of Escherichia coli to improve its stresstolerance. Biotechnol Biofuels. 2015, 8: 93.

       [2] Tan Q, et al. Physiological fluxes and antioxidative enzymes activities ofimmobilized Phanerochaete chrysosporium loaded with TiO2 nanoparticles afterexposure to toxic pollutants in solution. Chemosphere. 2015, 128: 21-27.（黄孢原毛平革菌）

       [3] Li T, et al. First cloning and characterization of two functionalaquaporin genes from an arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices. NewPhytol. 2013, 197(2): 617-630.（酵母细胞）

       [4] Zeng G, et al. Responses of Phanerochaete chrysosporium to ToxicPollutants: Physiological Flux, Oxidative Stress, and Detoxification. EnvironSci Technol. 2012, 46(14): 7818-7825.（白腐真菌）

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渗透胁迫

信号转导

• Nature最新研究或可利用NMT进一步完善 151109

       11月5日，Nature刊登了加州大学圣地亚哥分校Gürol Suel等人的最新研究成果《Ion channels enable electrical communication in bacterial communities》，发现枯草杆菌通过菌膜(没有已知功能)上离子通道内的K⁺，从而在菌群内传播长程电信号。枯草杆菌个体间的代谢协调正是依赖于这一离子通道的激活。这一研究中，作者利用一个简单的数学模型显示，YugO钾通道(该通道也在这个生物膜内传播细胞外钾信号)的门控足以促进远距离细胞之间的高效电通信，评价了K⁺在菌膜内的流动情况。

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       K⁺作为非损伤微测技术（NMT）中最为成熟的检测指标之一，可以直接地定量反映活体样品膜内外K⁺的交换速率，即流速。上述研究的数学模型虽简单，但缺乏生理水平上的定量检测结果。目前，旭月非损伤微测系统在活体微生物特别是细菌样品的研究上，检测体系颇为完善。在国内，黄孢原毛平革菌（Tan Q. Chemosphere. 2015,128:21-27.）、白腐真菌（Zeng G. Environ Sci Technol, 2012, 46(14): 7818-25.）等均已有研究成果发表。

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酸胁迫

藻

• 去青岛看草原？那是浒苔！ 150713

       台风“鸿灿”作为近年来第二个直接登陆中国大陆的台风，引起了国内民众的极大关注。在青岛，随着“鸿灿”的到来，漂浮在近海的浒苔也被带到了海岸沙滩，各大海水浴场也随之关闭。

       2008年北京奥运会前夕，青岛奥帆赛场海域出现的大量浒苔曾让我们为帆船比赛能否顺利举行捏了一把汗。彼时，旭月公司受邀携非损伤微测系统紧急赶赴青岛，进行浒苔生长机理的量化研究，为浒苔的控制和清除提供决策依据。

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       联想与创新：

       截至2015年，国内外利用非损伤微测技术（NMT）研究藻类所发表的SCI文章中，材料已经包括水绵、伞藻、大叶藻、硅藻等，特别是在硅藻的研究中，提出了藻类污染治理研究的新思路——— Ca²⁺流速指标（Yang, C., et al. Marine Pollution Bulletin,2014, 88(1-2): 62-9.）。此外，海藻作为琼胶的来源，其生长机理研究也颇受关注，国内学者也正在利用NMT进行初步研究。近日，旭月公司应各大院校的科研需求，推出NMT活体藻类工作站，欢迎咨询。

       [1] YangC, et al. Indole derivatives inhibited the formation of bacterialbiofilm and modulated Ca(²⁺) efflux in diatom. Marine pollution bulletin, 2014,88(1-2): 62-9.（硅藻）

       [2] LinA, et al. Simultaneous measurements of H⁺ and O2fluxes in Zostera marina and its physiological implications. Physiologia Plant,2012, 148(4): 582-589.（大叶藻）

       [3] PorterfieldDM, et al. Single-cell, real-time measurements of extracellular oxygenand proton fluxes from Spirogyra grevilleana. Protoplasma, 2000, 212(1-2): 80-88.（水绵）

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• 镁离子生物钟与镁流速——Nature研究启发新思路 160426

       4月中旬，英国爱丁堡大学及剑桥大学学者在Nature上发表了一篇名为《Daily magnesium fluxes regulate cellular timekeeping and energy balance》的研究论文。研究发现，Mg²⁺有助于控制细胞维持它们自己的时间节律来处理昼夜的自然环境周期。研究针对人类、藻类和真菌开展的实验发现，每种生物的细胞中，Mg²⁺水平在日周期节律中上升和下降。这不仅对细胞在一天中的代谢速率产生了巨大影响，而且还影响细胞自己的生物钟。

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       在生物体中，不仅是离子浓度有周期性振荡现象，离子流速同样会有。胰岛B细胞O2内流速率振荡调控胰岛素分泌（Diabetes, 2000,49(9): 1511-6.）。花粉管H⁺、K⁺和Ca²⁺的振荡性内流延缓花粉管生长周期（J Cell Sci, 1999, 112: 1497-509.），Cl^-振荡性外流调控了花粉管生长和体积增大（Plant Cell, 2002, 14(9): 2233-49.）。同样，生物细胞Mg²⁺流动速率受[Mg²⁺]i变化影响，是否也存在节律及其特定的生理意义，值得我们利用非损伤微测技术继续深入研究。

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       图注：胰岛B细胞O₂内流速率振荡

       目前，Mg²⁺流速检测已在光合研究中被广泛应用，国内学者利用扬格/旭月非损伤微测系统，已经实现了对叶绿体的无损检测。

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       图注：非损伤微测系统检测活体叶绿体

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其它

环境科学

• 日本福岛核泄漏的最新影响 150914

       2011年的3月，日本东北部海域发生里氏9.0级地震并引发海啸。然而，相比于地震以及海啸带来的物理伤害而言，日本福岛第一核电站1号反应堆所在建筑物受地震影响发生的爆炸，更为引人关注。此次核泄漏事故在国际上的公认评级为6级，仅次于近代历史中代价最“昂贵”的灾难事件“切尔诺贝利核泄漏事故”（事故等级7级）。虽然此次事故没有直接造成人员伤亡，但核辐射对人类以及其它动植物所造成的危害将在随后的若干年中有所表现。

       近日，Scientific Reports发表了日本学者关于此次核泄漏危害的最新研究结果，发现核泄漏导致了植物形态缺陷。在事故现场周围的日本本土冷杉Japanese fir从核泄漏发生的第二年，也就是2012年春天开始，处于伸长期的冷杉出现明显的主干顶芽缺失，且缺失的频率与放射场的放射强度成正比。这一研究揭开了福岛核泄漏事件危害评估的序幕。

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       核辐射对植物的影响大都通过诱导变异而产生的，此研究中导致日本本土冷杉形态缺陷在基因水平上的机制，有待进一步研究。NMT作为基因与功能研究的桥梁，将持续关注这起事件，并为研究核辐射的生物学效应提供新的研究手段。

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• Nature—居民能源气体污染物排放是造成国人过早死亡的罪魁祸首 150921

       胜利日大阅兵期间，朋友圈中晒的最多的除了对祖国富强的赞颂，恐怕就当属“阅兵蓝”了。从去年的“APEC蓝”，到今年的“两会蓝”、“阅兵蓝”，网友们以近似调侃的态度晒出这些蓝天的同时，也透露着无奈。无独有偶，数年前“兴起“的雾霾，“帮助”教育部门迅速地向国人普及了环境科学中的专业名词PM2.5。良好的空气质量，承载着人们对美好生活的向往，这看似一番“苦中作乐”的网络行为，实则是百姓对自身健康发出的忧虑。

       上周，Nature刊出一项名为《全球空气污染与人过早死亡间的联系》的研究。在地球上，每年受超标PM2.5影响而导致的人类过早死亡，其数量高达320万。研究分别指出了在全球不同地域内，过早死亡与城市和农村环境中七个来源的大气污染物（汽车尾气、农业污染物、工业污染物等）之间的关系。在亚洲，特别是中国与印度，住宅能源如供暖、垃圾焚烧，产生的气体污染物排放是造成人类过早死亡的最主要因素。而在美国大部分地区，交通与发电产生的气体污染物排放则占主导地位。但这是2010年的统计结果，中国民用汽车保有量已从当时的0.98亿上升至1.6亿，加之中国已经连续五年坐稳世界制造业第一大国的位置，预计未来在这一统计中，我国汽车尾气及工业污染气体排放将逐渐成为造成过早死亡的首要因素。

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       旭月非损伤微测技术除服务于科研领域外，也已开始在民生项目领域服务于普通市民。这一项目基于非损伤微测技术，提供包括空气、饮用水、食品、护肤品在内的，诸多与居民生活息息相关的各类生存环境的安全指标。目前，水安全项目已定期在ws10.com公布各品牌饮用水的“WS10水生物安全指数”，为您的健康生活提供指导。

       Lelieveld J, et al. The contribution of outdoor air pollution sources to premature mortality on a global scale. Nature. 2015, 525(7569): 367-371.

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• NMT让肿瘤体内检测成为可能 160125

       以往观点认为，“上皮细胞向间充质细胞转化”（EMT）是癌症发生转移的一个要求。2015年11月底，发表在Nature杂志上的两项研究（doi:10.1038/nature16064; doi:10.1038/nature15748）挑战了EMT是癌症转移至关重要效应因子这一传统观点，并且提供了证据证实：上皮性肿瘤细胞不需要转变至间充质细胞状态来形成转移灶，但这一过程确实有助于耐药。这两项研究表明了EMT靶向策略结合传统化疗来治疗乳腺癌的潜力。

       “肿瘤是一种分子病，根本原因是基因的改变”这一观点时下甚为流行，这直接促使众多研究者以离体的肿瘤细胞作为肿瘤研究模型。事实上，机体内的肿瘤组织，其周围微环境深刻影响着肿瘤细胞增殖的速度、方式等特性。了解肿瘤组织与其所处微环境之间的物质能量交换，可能会成为目前肿瘤研究“剪不断，理还乱”现状的突破口。而扬格/旭月非损伤微测系统为这类活体研究提供了技术上的可能性。

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       2008年，美国New England地区海洋里的龙虾发生了甲壳病变，并导致龙虾死亡的现象。其后，美国环保局（EPA）邀请扬格公司使用非损伤微测系统对此疾病的发病原因进行研究。扬格公司利用NMT检测了正常生理状态下活体龙虾甲壳的Ca²⁺与H+流速，同时结合其它数项检测结果后得出以下结论：New England沿海地区的环境近一段时间受到人为污染，造成海水pH值降低，虽然pH值降低幅度很小，但是影响到了龙虾甲壳表面的微环境，削弱了龙虾甲壳抵御此种病害的能力，导致龙虾死亡。

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       在此研究中，美国扬格公司设计了一些简单的装置，如维持龙虾正常生存的恒温水循环装置，维持龙虾静止状态的固定装置等等，实现了在正常生理状态下，对活体龙虾甲壳进行NMT检测。

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• 下饺子的汤卫生吗？（密集恐惧症慎入！） 160801

       中东部22省（区市）1300余县市出现最高温超过35℃的高温天气，重庆、湖北、湖南、上海、浙江、江西、陕西、云南等省（市）40县市超过40℃。其中，7月25日高温影响范围最大，超过35℃面积达187万平方公里，其中超过38℃面积达44万平方公里。于是，南方终于进入了“集体供暖”期……

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       在这种出门五分钟流汗两小时的天气里，穿上sexy泳衣，泡在游泳池里是惬意不过了。今天小编就带大家一起：游！泳！消！暑！去！

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       这……就算是下饺子，饺子也放的忒多了吧！！前面密集恐惧症的等等我！！关键是，还有比密集恐惧症更恐怖的……

       人多的泳池=水+消毒粉+口水+尿液+眼屎耳屎+鼻涕+头发+头屑+小虫子+……

       水质不达标？余氯问题是关键！

       为保持游泳池水的卫生，杀灭池水中的致病微生物，游泳馆会在池水中加入一定剂量的含氯消毒药剂，从而产生次氯酸。次氯酸浓度过低对池水起不到消毒效果，池水里的细菌及致病微生物就可能会过多地繁殖从而引起疾病传播；而过高则可能对人体的眼黏膜、皮肤黏膜及口腔黏膜等产生刺激作用，特别是对儿童、妇女和老年人等敏感人群会更明显。

       如何快速判断泳池水质？——“看闻测”

       1.眼睛看

       首先要确保池水要清澈透明，至少和自来水是一样的。先看水面上有没有肉眼可见的灰尘和其他杂碎的东西，再站到泳池的侧面穿过水面看第4、5泳道线，如果看不到说明水质不好。

       2.用鼻子闻

       这个方法可以粗略判断消毒药的使用量是不是明显超标，进入泳池后，如果有较重的刺鼻味道，也就是我们说的漂白粉的味道，说明消毒药可能过量，这样的水质也是不过关的。

       3.检测pH值

       有条件的话可以使用试纸检测pH值，泳池的pH值应该为7.2～7.8。此处大处女座躺枪……

       但是“看闻测”这三招也着实简单粗暴了些。“下饺子的汤”是否卫生，还得靠非损伤微测技术（NMT）！

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       基于NMT的“旭月综合水质快速检测系统”，充分利用生物长期进化中形成的对环境的敏锐感知能力，通过检测生物体在被测环境中能否维持正常的生理状态来反映环境质量，有效规避了传统环境检测方法的弱点。并最终将生物体真实的生理流速信息换算成直观的“WS10水生物安全指数”，作为评定水质的标准。简而言之：

       环境成分的改变会迅速引起生物生理状态的改变，而生理状态的改变会立即引起WS10指数改变。

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       有了旭月综合水质快速检测系统，饺子汤也可以放心的喝了。

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• 雾霾畅想曲 161017

       熟悉的气味，熟悉的楼影，甚至是行人脸上清一色的熟悉“装扮”，我们又找回了“熟悉”的北京。雾是帝都厚，霾是北京纯……

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       回想APEC蓝、阅兵蓝、两会蓝，心理一直有个疑问，限行、关闭工厂、暂停施工，到底哪个是“三蓝”的谜底？

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       今年年初，一篇名为《“APEC Blue”: Secondary Aerosol Reductions from Emission Controls in Beijing》的研究成果，描述了2014年亚太经合组织会议期间北京及周边地区排放限制措施的影响。为了保证2014年APEC会议期间的空气质量，北京和周边地区的工厂和高排放量的发电厂都被关停了。建筑施工也停止了，从11月3日起道路上的车辆数目也受到了限制，直到会议结束。

       中科院大气物理研究所孙业乐及其研究团队在北京气象铁塔不同的高度进行了同步的气溶胶粒子测量，从2014年10月15日起，到2014年11月13日结束，他们发现APEC会议期间二次气溶胶的水平有了显著降低。研究认为这一降低与相对应的二次气溶胶颗粒物（PM2.5的主要来源）前体物水平的减少紧密相关，前体的减少让二次气溶胶减少了两到三倍。

       原来，主要是由于排放控制显著减少了二次气溶胶——如二氧化硫和氮氧化物的作用，看来谜底是限行与关闭工厂。重点来了，大气污染研究怎能少了无所不入的非损伤微测技术。旭月公司的使命是“做科研，服务科研，提高生活品质”，在服务科研的背后，旭月公司从未停止开拓NMT在民生应用上的努力。早在2008年，旭月研究院就已申请了利用NMT监测空气污染的专利，其后，水质、护肤品的安全性监测方法也依次建立。

NMT在这些民生应用上是基于何种思路呢？其主要是充分利用生物长期进化中形成的对环境的敏锐感知能力，通过生物体在被测环境中能否维持正常的生理状态来检验环境质量，有效规避了传统环境检测方法的弱点。简而言之：环境成分的改变会迅速引起生物生理状态的改变，而生理状态的改变会立即引起离子或分子流速的改变。

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材料科学

• NMT与航空工业不得不说的事 151019

       十月初，Nature刊出一篇名为《如何提高镁结构性能》的研究论文。镁作为一种轻质金属，应用范围广，但是，其高加工硬化度、低延展性和在非常低的应变下发生断裂的倾向影响了自身的实际应用价值。研究采用长时分子动态模拟法，揭示了上述缺陷的根本原因，为设计具有改进的机械性能的镁合金提供了一条途径。

       镁，在实用金属中密度最低，是铝的2/3、铁的1/4。因航空工业对材料轻量化的要求，早在1936年，德国已将镁合金用于飞机零部件的制作。如今军用、民用飞机已广泛使用镁合金，但镁合金在潮湿环境中易氧化与腐蚀，因此镁合金涂层防腐研究显得愈加重要。

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       2013年，北方工业大学利用非损伤微测技术（NMT）首次发表了镁合金的研究成果。鉴于金属腐蚀研究对新技术的旺盛需求，旭月公司在近期推出NMT金属腐蚀工作站。相比于传统研究方法，NMT具有三维扫描、分辨率高、微观动态等检测特点，可直接测量涂层表面的Cl^-等腐蚀介质的流速，间接反映腐蚀速率。在材料腐蚀微观机理研究、涂层评价等领域具有广泛的潜在应用价值。目前，旭月公司已与中国民航大学、中核集团等企事业单位达成初步合作意向。

       Zhao M, et al. An investigation of the effect of a magnetic field on the phosphate conversion coating formed on magnesium alloy. Appl Surf Sci, 2013,282: 499-505.

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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。

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       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。

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       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。

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       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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• 旭月NMT与新兴太阳能电池的不解之缘 160718

       2009年——3.8%，2012年——15%，2016年——22.1%。从无到有，从低到高，不足7年的时间，学术界将钙钛矿型甲胺铅碘薄膜太阳能电池（钙钛太阳能电池）的光电转换斜率提升了近6倍。而晶体硅太阳能电池研究历时40年，至今其光电转换效率不过25%。钙钛太阳能电池自2009年出现以来，凭借其低成本、易生产，研究进展迅速，当之无愧地成为太阳能电池研究的最热关注点。

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       图注：用扫描电子显微镜观察到的钙钛矿电池横截面图像。从上往下依次是金（作为阳极）、HTM空穴传输层，TiO2/CH3NH3PbI3（钙钛矿）、FTO透明导电玻璃，以及位于最下层的玻璃（Nature, 2013, 499(7458): 316-319.）。图片来源：nature.com

       国内以及华人学者在此领域的贡献同样光芒四射。2014年8月，加州大学洛杉矶分校的杨阳团队，通过改进钙钛矿结构层，选择更适合传输电荷的材料，成功地将钙钛矿太阳能电池的转换效率提升至19.3％，成为当时的世界之最（Science, 2014, 345(6196): 542-546.）。刚过去的7月，中国科学院合肥物质科学研究院方晓东课题组在Nanoscale上发表最新研究成果，认为pbi2能否起到钝化作用并提升电池性能的关键在于pbi2存在的位置及存在的量。通过对ch3nh3pbi3薄膜荧光寿命的测量和对相应pscs中暗电流和电荷复合阻抗的测量等，发现ch3nh3pbi3颗粒之间pbi2的钝化作用对电荷复合存在抑制效果（Nanoscale,2016,8:6600-6608.）。

       “检测界面两端离子/分子的流动信息”，这正是对非损伤微测技术（NMT）这一概念的最准确的定义，也由此可见NMT在电池研究中所具有的先天优势。NMT可以检测Cd²⁺、H⁺ 、O₂等与电池各方面性能相关的离子/分子流速，国内奇瑞汽车曾试图利用NMT提升其电池的储电能力及环保优化研究。

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       图片来源：http://www.artc.org.tw/

       中国科学院生态环境研究中心已经将非损伤微测技术同微生物燃料电池技术结合，研究了水稻向根际环境中释放氧气（O₂）的能力，发现在水稻根际存在一个新型的生物阴极，并且它能够在电子传递到根的泌氧过程中进行氧化还原反应（Bioresource Technol, 2012, 108: 55-59.）。

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       图注：水稻根部不同区域在缺氧条件下O₂流速的变化。

       在当前能源日益紧缺和环保压力不断增大，各国开始力推可再生能源的背景下，开发和利用太阳能已成为可再生能源中最炙热的“新宠”，发展太阳能已是大势所趋，太阳能时代已为时不远了。NMT能够“检测界面两端离子/分子的流动信息”的独特优势，为新型太阳能电池的不断涌现开辟崭新的道路！

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