干旱脅迫研究NMT標準化方案

一、視頻資源

二、參考文獻

Zhao C et al. Evolution of chloroplast retrograde signaling facilitates green plant adaptation to land. PNAS. 2019. 116 (11) 5015-5020.

Feng X et al. HvAKT2 and HvHAK1 confer drought tolerance in barley through enhanced leaf mesophyll H+ homoeostasis. Plant Biotechnol J. 2020. doi: 10.1111/pbi.13332.

Zhang X et al. Mesophyll cells’ ability to maintain potassium is correlated with drought tolerance in tea (Camellia sinensis). Plant Physiol Bioch. 2019. 136:196-203.

Pan J et al. An S-domain receptor-like kinase, OsESG1, regulates early crown root development and drought resistance in rice. Plant ence, 2019, 290:110318.

Yang J et al. Overexpression of TaLEA3 induces rapid stomatal closure under drought stress in Phellodendron amurense Rupr. Plant Science, 2018, 277.

Linlin H, et al. Ammonium uptake increases in response to PEG-induced drought stress in Malus hupehensis Rehd. Environmental and Experimental Botany. 2018. 151:32-42

Li T, et al. First cloning and characterization of two functional aquaporin genes from an arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices. New Phytologist, 2013, 197(2): 617-630.

三、常測哪些指標

K⁺、Ca²⁺、H⁺、Cl^-、NO₃^-、NH₄⁺、IAA、H₂O₂

四、檢測這些離子流、分子流，有什么生物學意義

1）K⁺生理功能概述

2）科研案例

a.案例1

PEG脅迫激活了轉(zhuǎn)基因黃檗的保衛(wèi)細胞K⁺外排,Ca²⁺和H⁺內(nèi)流，結(jié)合熒光探針和分子實驗，共同幫助作者加深對LEA基因功能的理解，并有助于工程化抗旱樹種。

Yang J et al. Overexpression of TaLEA3 induces rapid stomatal closure under drought stress in Phellodendron amurense Rupr. Plant Sci. 2018;277:100-109.

b.案例2

在干旱脅迫下，大豆葉肉的H⁺內(nèi)流和K⁺和Ca²⁺外排與許多生理特性都高度相關(guān)，結(jié)合氣孔特性、植物生長量等實驗結(jié)果，說明這些離子的變化可能是大豆干旱脅迫程度的化學信號和重要指標。

Mak, Michelle el al. Leaf mesophyll K⁺, H⁺ and Ca²⁺ fluxes are involved in drought-induced decrease in photosynthesis and stomatal closure in soybean. Environmental and Experimental Botany. 2014, 98, 1-12.
1）Ca²⁺生理功能概述

2）科研案例

a.案例1

短期脅迫下油松Ca²⁺內(nèi)流加強，長期脅迫下在根尖伸長區(qū)Ca²⁺外排加強；柴松在短期與長期干旱脅迫下較對照不同程度地加強了Ca²⁺外排。結(jié)合TAE、Eosin-Y等處理下的油松和柴松K⁺和Ca²⁺流速實驗結(jié)果說明，油松通過較高的H⁺-ATP酶活性調(diào)控依賴去極化激活的離子通道限制K⁺外流，同時通過Ca²⁺-ATP酶與Ca²⁺ 通道調(diào)控細胞Ca²⁺跨膜轉(zhuǎn)運，在組織與根尖表皮細胞上減少K⁺流失并維持Ca²⁺平衡，因而較柴松抗旱性強。

王樹源, 王富, 唐佳琪,等. 干旱脅迫對油松和柴松鉀鈣離子流的影響. 西北農(nóng)林科技大學學報(自然科學版), 2018. doi：10.13207/j.cnki.jnwafu.2018.01.004

b.案例2

PEG處理1 h后叢枝菌根真菌根（AMF）外菌絲尖端和側(cè)面發(fā)生H⁺外流和強烈的Ca²⁺內(nèi)流，結(jié)合熒光光譜和場發(fā)射掃描電子顯微鏡實驗結(jié)果，共同表明, 干旱脅迫下AMF根外菌絲跨膜H⁺和Ca²⁺流發(fā)生變化, 促進了菌絲與環(huán)境之間的物質(zhì)交換。菌絲酸化生長環(huán)境有利于養(yǎng)分吸收, 并促進AMF與宿主植物之間的信號交流以增強植物的耐旱性。

徐麗嬌, 郝志鵬, 謝偉,等. 叢枝菌根真菌根外菌絲跨膜H⁺和Ca2⁺流對干旱脅迫的響應. 植物生態(tài)學報, 2018, 42(07):66-75.
1）H⁺生理功能概述

2）科研案例

a.案例1

干旱脅迫誘導了H⁺內(nèi)流，導致茶樹葉肉細胞膜電位去極化并誘導大量K⁺外排。隨后復水誘導了H⁺外排，導致膜電位超極化，從而降低K⁺的外排。說明，干旱和復水下茶樹的葉肉中K⁺的維持與質(zhì)膜H⁺-ATPase活性的調(diào)節(jié)有關(guān)。

Zhang XZ et al.Maintenance of mesophyll potassium and regulation of plasma membrane H~+-ATPase are associated with physiological responses of tea plants to drought and subsequent rehydration.The Crop Journal,2018,6(06):611-620.

b.案例2

進行短期水分脅迫處理下，野生型擬南芥與rhe2突變體距離靜止中心 0~150 μm 的 H⁺離子流由正常條件下的吸收轉(zhuǎn)變?yōu)橥馀?，其他部位H⁺離子流流速減小，吸收的趨勢不變，總體上能夠保持正常條件下的 H⁺離子流平衡，距離靜止中心 300~500 μm（過渡區(qū)）的 H⁺離子流吸收趨勢不變，吸收速率隨時間逐漸減小，這可能與植物在干旱環(huán)境下通過分泌大量分泌物來維持細胞伸長過程有密切關(guān)系。

李佳, 黃夢靜, 任艷,等. 水分脅迫對向水性突變體rhe2根生長與響應的影響.土壤, 2015, 047(005):858-862.
1）H₂O₂生理功能概述

2）科研案例

誘導植物產(chǎn)生系統(tǒng)獲得抗性、高度敏感抗性和熱抗性；引起細胞衰老，誘導程序性死亡；參與ABA調(diào)控的氣孔關(guān)閉；參與根的向地性、生長和不定根形成；細胞壁發(fā)育的信號分子；參與柱頭和花粉粒的發(fā)育與相互作用；參與信號轉(zhuǎn)導；調(diào)控基因表達。

例1：高溫和干旱脅迫下，非損傷微測技術(shù)監(jiān)測到發(fā)芽種子胚芽鞘的H₂O₂外排，結(jié)合ROS、丙二醛含量檢測，及抗氧化酶活性分析，表明高溫和干旱條件下ABA和ROS的積累，可以抑制水稻種子的萌發(fā)和生長。

Liu J et al. High temperature and drought stress cause abscisic acid and reactive oxygen species accumulation and suppress seed germination growth in rice. Protoplasma. 2019;256(5):1217-1227.
1）IAA生理功能概述

2）科研案例

a.案例1

與沒有接種AMF的植物相比，在正常水分條件下和干旱脅迫條件下，接種AMF的植物根部IAA外排降低58%和41%。結(jié)合其他生理實驗和分子實驗結(jié)果，共同說明AMF可以促進枳的根毛生長和IAA的合成和運輸，有利于提高寄主植物的抗旱性。

（Liu CY, Zhang F, Zhang DJ, et al. Mycorrhiza stimulates root-hair growth and IAA synthesis and transport in trifoliate orange under drought stress. Sci Rep. 2018;8(1):1978. Published 2018 Jan 31. doi:10.1038/s41598-018-20456-4）

b.案例2

在干旱條件下，枳的菌根幼苗的葉和根中H₂O₂、O₂和MDA濃度顯著低于非菌根幼苗。與非菌根幼苗相比，菌根幼苗在主根和側(cè)根中的根凈H₂O₂外排量相對較高，尤其是在正常水分條件下；而在正常水分和干旱下，主根和側(cè)根中的總H₂O₂外排量顯著較高。根總H₂O₂外排量與根部定殖顯著正相關(guān)，而與MDA濃度呈負相關(guān)。這表明菌根誘導了主根和側(cè)根的H₂O₂外排量增加，從而減輕了宿主植物中干旱引起的氧化損傷。

Huang YM et al. Alleviation of drought stress by mycorrhizas is related to increased root H₂O₂ efflux in trifoliate orange. Sci Rep. 2017;7:42335.
1）Cl^-生理功能概述

2）科研案例

內(nèi)源H₂S誘導擬南芥及lcd的突變體的K⁺外排，Ca²⁺和Cl^-內(nèi)流，但不影響H⁺的跨膜移動。干旱脅迫下，在H₂S對氣孔運動的調(diào)節(jié)過程中，K⁺通道是主要的滲透調(diào)節(jié)應答器。因此，H₂S介導離子通量，誘導擬南芥氣孔關(guān)閉響應干旱脅迫。

Jin Z et al. Hydrogen sulfide mediates ion fluxes inducing stomatal closure in response to drought stress in Arabidopsis thaliana. Plant & Soil, 2017. doi：10.1007/s11104-017-3335-5
1）NO₃^-生理功能概述

2）科研案例

在正常情況下，紅柳根部的白色區(qū)域（white zone）沒有明顯的NO₃^-內(nèi)流，但是干旱脅迫下，NO₃^-內(nèi)流顯著增加，N保存能力增強，為土壤干旱和缺N耦合條件下的造林實踐和紅柳育種提供指導。

Zhang L et al. Characterization and comparison of nitrate fluxes in Tamarix ramosissima and cotton roots under simulated drought conditions. Tree Physiol. 2019;39(4):628-640.
1）NH₄⁺生理功能概述

2）科研案例

實驗發(fā)現(xiàn)增加外源N可以緩解干旱脅迫對植物生長帶來的負面影響，而干旱脅迫下海棠果的NO₃^-內(nèi)流降低，NH₄⁺內(nèi)流顯著增加，說明NH₄⁺在改善海棠果耐旱能力方面發(fā)揮了更重要的作用。

Huang L et al. Uptake and metabolism of ammonium and nitrate in response to drought stress in Malus prunifolia. Plant Physiol Biochem. 2018;127:185-193.

參見《植物營養(yǎng)研究NMT解決方）NO₃^-生理功能概述