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Ann Bot:华中农大王荔军|硅提升水稻铵吸收

xuyue_2017 发表于 2018-7-20 11:56  
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研究使用设备

NMT活体生理检测仪 NMT Physiolyzer®

2018年,华中农业大学资源与环境学院王荔军教授课题组,在Annals of Botany上发表了题为“Cell wall-bound silicon optimizes ammonium uptake and metabolism in rice cells”的研究成果。

硅是水稻的有益营养物,水稻悬浮细胞中的细胞壁含有结合形式的硅,硅可与细胞壁结合进而提高水稻的养分吸收以及优化生长代谢,但此种作用的结构基础和生理机制在之前的研究中没有得到很好的解释。

硅可通过提高氮利用效率增加水稻产量,并且通过刺激氨基酸再活化来改变初级代谢,还可影响与氨基酸合成和碳代谢有关的酶。

本研究通过单细胞水平下的生物物理测量,利用基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)的NMT Physiolyzer®(NMT活体生理检测仪),测定了水稻悬浮细胞NH4+、NO3- 、K+的流速。同时,利用原子力显微镜观察了细胞壁,检测了电解质渗漏和膜电位。最后,采用同位素标记相对和绝对定量技术(iTRAQ)分析了全细胞蛋白质组学。研究发现,细胞壁结合硅增强了细胞壁的刚性,从而增强了细胞膜的稳定性,优化了相同生长阶段中细胞对NH4+的营养摄取。

本研究着重探讨了硅结合细胞壁后,对于提升单个水稻悬浮细胞氮吸收的作用,验证了不通过提升细胞膜铵转运体的方式,提升水稻氮营养吸收的新手段。

水稻悬浮细胞-/+Si处理后,NO3-、NH4+ 的实时流速对比。


利用NMT检测了在对照(-Si)和1.0 mM 硅酸处理(+ Si)的情况下,培养3个月的水稻悬浮细胞对NH4+、NO3-、K+的吸收速率。结果显示,Si处理后,明显提升了水稻悬浮细胞对NH4+的吸收速率。

NMT在植物营养领域的应用成果
截至2018年6月,国内学者利用美国扬格(旭月北京)非损伤微测系统,在植物营养领域已发表SCI文章55篇,总影响因子为215.7。国内从事营养研究领域

1、提升肥效/筛选氮磷钾高效作物
农业生产过程中,如何对作物做到“按需施肥”?非损伤微测系统可以检测作物在不同氮磷浓度的环境中,吸收氮磷的速率,确定最适宜的施肥浓度,以使更多的营养被植物吸收。同时,可以筛选出能够在营养元素较缺乏的环境下,吸收氮磷钾能力相对较强的作物。


2、生物修复(水体富营养化)
2013年,美国麻省州立大学Chul Park教授利用旭月非损伤微测系统(“水安全速检仪”为其下的一种型号),进行了除氮蓝藻聚合体的筛选。检测了几种除氮蓝藻聚合体,在不同氮浓度水体中的代谢强度,从而筛选出除氮能力强、耗氧低的除氮蓝藻聚合体品种,以应用到水体污染治理之中。Chul Park教授因为这一具有创新性、实用性的研究,获得了2013年美国水环境基金会颁发的保罗·布什大奖(Paul L.Busch Award)。


3、抗逆品种快速筛选
盐胁迫、干旱胁迫、营养胁迫下,哪些作物、林木品种,相对来说,可以更好地维持从环境中吸收营养的能力,其抵御逆境的能力,可能会更强。而且这一筛选,可以在植物生长时期的早期进行,实现快速筛选。


4、营养相关共生菌、菌根筛选
NMT除了可以检测菌根、菌丝从环境中吸收氮磷的多少,还可以检测菌根与根表间营养元素的流动,筛选出能够高效供应营养的菌种。

5、氮磷钾转运基因功能鉴定
哪些基因在高氮、高钾环境下,可以高效地调控氮钾吸收,哪些又可以在低氮、低钾环境下,促进氮钾吸收?NMT能够实时地检测到不同环境下,各营养元素吸收的多少,真正实现活体基因功能鉴定。

旭月版权所有,转载注明出处.


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