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Plants-Basel国际竹藤中心:毛竹可能通过根茎共享水分响应异质性水分胁迫

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[成果与文献分享]

Plants-Basel国际竹藤中心:毛竹可能通过根茎共享水分响应异质性水分胁迫

 楼主| xuyue_2017 发表于 2021-1-4 09:56  
查看: 100509|回复: 0|

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。



本信息
主题:
毛竹可能通过根茎共享水分响应异质性水分胁迫
期刊:Plants-Basel
影响因子:2.762
研究使用平台:NMT水旱胁迫创新科研平台
标题:Effects of Rhizome Integration on the Water Physiology of Phyllostachys edulisClones under Heterogeneous Water Stress
作者:国际竹藤中心蔡春菊、范少辉、景雄

检测离子/分子指标
Ca2+、NH4+、NO3-

检测样品
毛竹(根冠、根茎、叶肉组织)


中文摘要(谷歌机翻)

水对植物的生长发育至关重要。在异质环境缺水条件下,根茎克隆植物的生理整合触发一系列生理级联反应,诱导信号和生理反应。毛竹(Phyllostachys eduli)根茎连接着相关的克隆分株,在这种生理整合中具有重要意义。这种意义归因于异质水分条件下克隆分株维管束中水分和养分的共享。然而,异质水分胁迫下生理整合的生理特征仍不清楚。为了研究这些生理特性,特别是第二信使Ca2+信号特性、长距离激素信号分子、抗氧化酶活性、渗透调节物质和氮代谢,本研究比较了具有连接(允许整合)的分株和断根(不允许整合)的分株。激光共聚焦显微镜也观察到根茎的维管束结构。总体而言,本研究结果提示,在异质缺水条件下,相互连通的毛竹根茎能够增强其对干旱胁迫的响应生理功能。这些生理指标的测定变化有助于通过根状茎的相互连通来提高无性系分株的干旱适应能力。


离子/分子流实验处理方法

土壤相对含水量(RWC=25±5%,80±5%)与根茎处理(连接,断开)两个水平,共产生4个不同处理(SC、SD、NC、ND),选用三年龄毛竹进行试验。
C:连接
D:断开
N:正常水处理
S:干旱处理


离子/分子流实验结果

用非损伤微测技术(NMT)检测了根冠、叶肉横切面和根茎横切面中Ca2+的流速,其流速规律如图1所示。差异显著性分析表明,无性系分株ND和SD在根冠、根茎横切面和叶肉横切面上的Ca2+流速存在显著性差异(P<0.05),说明SD的根冠对Ca2+的吸收能力强于ND。然而,在异质性水分条件下,NC和SC的根冠和叶肉横切面上的Ca2+流速没有显著差异。
如图1c所示,NC和SC的根茎中的Ca2+振幅小于ND和SD的根茎中的Ca2+振幅。通过比较这四种处理发现,NC中Ca2+流速的振幅是四种处理中最小的,并且Ca2+振幅的大小排序为NC<ND<SC<SD。但是,此规律不适用于其他被测的植物器官,如根冠和叶肉(图3c)。
图1. 异质性水分胁迫下根茎对克隆分株不同器官Ca2+流速的影响

植物根部吸收NH4+和NO3-经由维管组织被输送到地上器官,然后氮的吸收可用于在各种植物器官中物质的合成。叶片中的氮代谢与叶绿素、蛋白质、游离氨基酸浓度和光合氮利用效率密切相关。图2表明,在不同处理下,叶片对NH4+和NO3-的吸收呈拮抗趋势。与其他处理相比,SD叶的NH4+外排速率最小,即干旱胁迫下SD叶片对NH4+的代谢利用率提高,NO3-代谢吸收趋势与相同处理下NH4+的吸收趋势相反。从NH4+和NO3-的吸收流速来看,SC叶片和NC叶片中的NH4+和NO3-流速无明显差异,而根茎被切断的SD叶片和ND叶片中的NH4+和NO3-差异较大。
图2.异质性水分胁迫下根茎连接或断开后对叶片NH4+和NO3-流速的影响


其他实验结果

  • 使用激光共聚焦显微镜观察到根茎维管束的结构和茎的维管结构都由两个导管和一个筛管组成,在维管束截面上以V形分散排列。
  • 根茎状态对SOD、POD和Pro三个指标无显著影响。
  • PCA分析结果表明,SOD、CAT、POD、JA、ABA等各生理指标之间存在显著相关性。
  • 无性系分株叶片中JA和ABA的浓度呈显著正相关。
  • ND和SD的叶片中SOD、CAT和POD活性有显著差异。
  • 在干旱胁迫下,NC和SC中的MDA含量差异不显著。然而,ND和SD之间的MDA含量存在显著差异。
  • 在干旱胁迫下,SD叶片中ABA浓度显著高于ND叶片,而NC和SC处理叶片ABA浓度无显著差异。
  • 渗透调节物质Pro和Bet浓度与MDA浓度呈显著正相关。



结论
本研究表明,对毛竹无性系分株进行根茎切断处理对水分胁迫响应有显著影响。在异质性水分胁迫条件下,连接毛竹无性系分株的根茎在调节水分生理方面起着重要作用。利用LCSM观察了毛竹的茎和根茎横切面的结构特征。结果发现,两种植物的维管束结构相似。这意味着在异质性水分环境中,生理整合为无性系植物毛竹提供了结构支持。另外,利用NMT检测了异质性水分胁迫下毛竹各器官的Ca2+流速发现,在连接根茎的植物中Ca2+吸收能力较强,两个无性系分株之间的流速差异较小。
结合相关的生理生化指标分析发现,毛竹根茎在植物适应干旱胁迫中起着重要作用,特别是在异质性水分胁迫条件下,植物可能通过根茎共享水分。这有利于整个植物对干旱胁迫的适应。在相同的土壤含水量下,SC处理的大部分生理指标明显低于SD处理。在异质性干旱胁迫条件下,毛竹无性系分株附着根茎的优势显著。

离子流实验使用的测试液

0.1 mM CaCl2, 0.1 mM NH4NO3

关键词:异质性水分胁迫;毛竹;根茎;维管束;胁迫信号;生理特性

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