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山东农科院孔令安:激素信号在低氮胁迫小麦侧根发生及氮同化中的作用

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[成果与文献分享]

山东农科院孔令安:激素信号在低氮胁迫小麦侧根发生及氮同化中的作用

 楼主| xuyue_2017 发表于 2020-11-25 14:21  
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本帖最后由 xuyue_2017 于 2020-11-25 14:25 编辑

NMT作为生命科学底层核心技术,是建立活体创新科研平台的必备技术。2005年~2020年,NMT已扎根中国15年。2020年,中国NMT销往瑞士苏黎世大学,正式打开欧洲市场。



基本信息
主题:激素信号在低氮胁迫小麦侧根发生及氮同化中的作用
期刊:Journal of Plant Growth Regulation
影响因子:2.672
研究使用平台:NMT植物营养创新科研平台
标题:Low‑NitrogenStress Stimulates Lateral Root Initiation and Nitrogen Assimilation in Wheat:Roles of Phytohormone Signaling
作者:山东农业科学院孔令安、吕雪梅

检测离子/分子指标
IAA,H+,NH4+,NO3-

检测样品
小麦根尖


中文摘要(谷歌机翻)

氮缺乏是限制全球农作物生产力的因素之一。作为氮的主要形式,硝酸盐(NO3-)和铵盐(NH4+)作为信号调节植物的生长。尽管对许多植物对氮胁迫的响应已有大量研究,但尚未完全阐明小麦(Triticum aestivum L.)根系适应低氮(特别是低NH4+胁迫)的机制。在这项研究中,将小麦幼苗种植在含有5 mM NO3-,0.1 mM NO3-或0.1 mM NH4+的1/2强度Hoagland溶液中,以表征根系对氮缺乏的生理反应。与对照相比,低氮胁迫下根鲜重,侧根数增加。此外,在低氮胁迫下,吲哚-3-乙酸(IAA),细胞分裂素(CKs),赤霉素(GA3)和茉莉酸(JA)的浓度增加,而水杨酸(SA)的浓度降低。在低氮胁迫下,酶联免疫吸附试验(ELISA)和无创微检测技术(NMT)检测结果表明,H+-ATPase活性,H+外排和IAA流入增加,而N流入减少。进一步的研究表明,低NO3-胁迫会增加硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的活性,而低NH4+胁迫会增加谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶的活性。和SA浓度;增加H+-ATPase活性和H+外排;促进了侧根数的增加,从而促进了氮的吸收面积。此外,低氮胁迫增加了与氮吸收相关的关键酶的活性,促进了蛋白质的生物合成,并最终促进了根的生长。

离子/分子流实验处理方法

十日龄小麦5 mM NO3-(对照),0.1 mM NO3-(LN)或0.1 mM NH4+(LA)处理6h和48h


离子/分子流实验结果

利用NMT技术进一步分析了适应低氮条件的小麦细根净流速。在6和48 h处理后(HAT)观察到IAA外排,在对照组中,根的IAA外排速率保持不变。在两种低氮胁迫下,IAA在6 HAT时内流,而在48 HAT时外排(图a)。

在三种处理中,均观察到H+在根系中的外排。在低NO3-和低NH4+胁迫下,与对照相比,H+沿根部的外排显著增加,且在低NO3-和低NH4+条件下,H+流速没有明显差异(图b)。
在48h低氮处理下,根表面的NO3-和NH4+净内流速率与对照相比显著降低,低NO3-处理下NO3-的内流速率明显低于低NH4+处理下NH4+的内流速率。与对照相比,0.1 mM NO3-处理下的净内流减少了92.92%(P<0.05),在0.1 mM NH4+处理下减少了76.12%(P<0.05)(图c)。



其他实验结果

  • 48HAT时,低氮胁迫下的根鲜重显著增加。低NO3-条件下的根鲜重略高于低NH4+条件下的根鲜重。但在96HAT时,低氮处理的嫩芽鲜重和根鲜重与对照条件下相似。
  • 与对照相比,在低氮胁迫下,48HAT时比96HAT时根系构型的参数有更显著的差异。
  • 与对照相比,低氮胁迫下侧根数增加。
  • 在低氮胁迫下,IAA、CKs、GA3和JA的浓度增加,而SA的浓度降低。
  • 与对照相比,在6HAT时,PM H+-ATPase活性在低NO3-条件下显著增加,而在低NH4+条件下无显著性差异。在48 HAT时,低氮胁迫下PM H+-ATPase的活性与对照显著不同。
  • 使用抑制剂的三种处理在48HAT时的根鲜重、总根长、根尖数、根表面积显著降低。抑制剂处理还会显著降低H+-ATPase活性。
  • 在48 HAT时,与对照相比,两种低氮条件下的总氮含量均显著降低,而在0.1 mM NO3-中的总氮含量则略低于在0.1 mM NH4+中的。
  • 低氮胁迫增加了NR、GS、GOGAT的活性。
  • 在6 HAT时,低NO3-胁迫、低NH4+胁迫和对照之间未观察到小麦根蛋白质含量的显著差异。在48 HAT时,与对照相比,低NO3-或低NH4+处理显著增加了蛋白质含量。




结论

低氮胁迫改变了包括IAA,CKs,GA3,JA和SA的激素水平,并增加了根系PM H+-ATPase活性和H+外排。这些变化以及这些激素之间可能发生的串扰可能会刺激侧根的发生和形成,从而增加根氮吸收的总面积。此外,低氮条件通过增加根部NR,GS和GOGAT的活性来促进N同化和蛋白质生物合成,这一过程很可能受到激素信号的调节。因此,氮素吸收面积的增加和氮素同化活性的提高最终促进了小麦幼苗的根系生长。


离子流实验使用的测试液

IAA(对照):2.5 mM Ca(NO3)2, 0.1 mM NH4Cl, and 0.3mM MES, pH 6.0
IAA(LN和LA处理):0.05 mM mM Ca(NO3)2, 0.1 mM NH4Cl, and0.3 mM MES, pH 6.0
H+、NO3-、NH4+:0.1 mM KCl、0.1 mM CaCl2、0.1 mM MgCl2、0.5 mM NaCl、0.3 mM MES, 0.2 mM Na2SO4, pH 6.0

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