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基本信息

主題：NMT發(fā)現(xiàn)H₂S可提升CH₄抑制紫花苜蓿吸Cd效果

期刊：Environmental Pollution

影響因子：6.792

研究使用平臺：NMT重金屬創(chuàng)新平臺

標(biāo)題：Methane control of cadmium tolerance in alfalfa roots requires hydrogen sulfide

作者：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)沈文飚、Xinghao Yang

檢測離子/分子指標(biāo)

Cd²⁺

檢測樣品

紫花苜蓿根伸長區(qū)（距根尖頂端500 μm根表上的點(diǎn)）

硫化氫（H₂S）是響應(yīng)重金屬脅迫的氣態(tài)信號，而普遍的溫室氣體甲烷（CH₄）則賦予鎘（Cd）耐受性。本研究評估了CH₄和H₂S調(diào)控紫花苜蓿（Medicago sativa）Cd耐受性的因果關(guān)系。本研究結(jié)果表明，CH₄的加入不僅加劇了H₂S代謝，而且減緩了Cd對紫花苜蓿幼苗生長的抑制作用，這與緩解根系組織氧化還原失衡和細(xì)胞死亡的作用是并行的。在去除內(nèi)源H₂S后，無論是在亞?；撬幔℉T；H₂S清除劑）還是DL炔丙基甘氨酸（PAG；H₂S生物合成抑制劑）存在下，根中都沒有觀察到上述結(jié)果。利用原位非損傷微測技術(shù)（NMT）和電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）證實了H₂S參與CH₄抑制Cd在根部的內(nèi)流和積累，這可以通過重新建立谷胱甘肽（GSH）庫（還原型/氧化型GSH和同型谷胱甘肽）穩(wěn)態(tài)和促進(jìn)抗氧化防御來解釋?？偟膩碚f，本文的研究結(jié)果清楚地揭示了H₂S在CH₄下游起作用，增強(qiáng)了對Cd脅迫的耐受性，這對基礎(chǔ)和應(yīng)用植物生物學(xué)都有重要意義。

離子/分子流實驗處理

4日齡紫花苜蓿分別在1.30 mM CH₄、100 mM NaHS、1 mM HT和2 mM PAG中處理6 h，然后100mM CdCl₂ 處理72 h。

進(jìn)一步利用NMT監(jiān)測根尖Cd²⁺流速。當(dāng)幼苗暴露在未經(jīng)Cd處理的Cd測試液中時，Cd在根尖的內(nèi)流速*增大，隨后減小到一定水平并保持相對穩(wěn)定（圖1D, E）。當(dāng)幼苗的根尖在Cd測試液中預(yù)平衡30 min后，可以清楚地觀察到10 min內(nèi)的穩(wěn)定Cd²⁺內(nèi)流速率（圖1F, G）。相比之下，無論在有無Cd測試液預(yù)平衡的實驗中，CH₄和H₂S都能明顯降低Cd的內(nèi)流速率，然后在加入HT和PAG后Cd²⁺速率被逆轉(zhuǎn)（圖1D-H）。同時，在只用HT或PAG處理的樣品中，觀察到Cd²⁺吸收加劇。上述結(jié)果清楚地說明了內(nèi)源性H₂S在CH₄減少Cd積累和Cd吸收中的重要作用。

圖1. H₂S是CH₄減少Cd積累和抑制的必要條件。負(fù)值代表Cd²⁺吸收。

其他實驗結(jié)果

• CH₄減輕Cd脅迫下根尖細(xì)胞死亡可能與H₂S有關(guān)。

• LCD依賴的H₂S合成有利于CH₄抵御Cd脅迫。

• 內(nèi)源H₂S在CH₄緩解Cd積累中起作用。

• 谷胱甘肽庫在CH₄響應(yīng)中的作用依賴于H₂S。

• 重建CH₄氧化還原穩(wěn)態(tài)需要內(nèi)源H₂S。

本研究結(jié)果表明，在植物對Cd脅迫的耐受性上，H₂S在CH₄的下游起作用，包括從表型上減弱Cd誘導(dǎo)的生長抑制，緩解氧化還原失衡和細(xì)胞死亡，特別是抑制Cd在紫花苜蓿幼苗根部的內(nèi)流和積累?？傊?，本研究的發(fā)現(xiàn)將為了解CH₄如何介導(dǎo)植物對重金屬的耐受性和內(nèi)源H₂S的生理功能開辟了新的途徑。

測試液

0.1 mM CdCl₂, 0.1 mM KCl, 0.3 mM MES, pH 5.8

儀器采購信息

據(jù)中關(guān)村NMT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟了解，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)于2018年采購了美國揚(yáng)格公司的非損傷微測系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：鎘脅迫；谷胱甘肽穩(wěn)態(tài)；硫化氫；甲烷；紫花苜蓿