利用非損傷微測技術(shù)檢測豌豆根部IAA流速及根表pH

2018年7月，Plant Physiology刊出了佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院喻敏教授與澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)Shabala教授的鋁毒最新研究成果Boron Alleviates Aluminum Toxicity by Promoting Root Alkalization in Transition Zone via Polar Auxin Transport。

研究利用了非損傷微測技術(shù)（Non-invasive Micro-test Technology, NMT），檢測了豌豆根部IAA流速及根表pH。IAA流速數(shù)據(jù)全部利用揚格NMT Physiolyzer®（NMT活體生理檢測儀）完成，根表pH數(shù)據(jù)利用揚格NMT Physiolyzer®以及MIFE®（非損傷微測技術(shù)的一種）共同完成。

除了兩家通訊單位外，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院石磊教授、中科院南京土壤所沈仁芳研究員、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院朱毅勇教授課題組，以及德國波恩大學(xué)František Baluška教授，均參與了此項研究。

硼能夠緩解高等植物的鋁毒，但機制尚不夠明確。本研究利用非損傷微測技術(shù)、溴甲酚綠pH檢測等技術(shù)，證明了鋁毒抑制根表pH梯度時，硼提升了根表pH梯度，促進過渡區(qū)堿化，伸長區(qū)酸化。硼明顯降低了過渡區(qū)的鋁積累，從而緩解了鋁導(dǎo)致的根部伸長受阻。利用基于非損傷微測技術(shù)的NMT Physiolyzer®，檢測IAA流速發(fā)現(xiàn)，在IAA極性運輸最活躍的過渡區(qū)，硼部分緩解了因為鋁而受到抑制的IAA極性運輸過程。

該研究成果解釋了硼緩解鋁毒的新機制，為在酸性土壤施用硼肥，降低植物鋁積累和減輕植物鋁的毒性作用，保障酸性土壤地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全等，提供了有力的科學(xué)技術(shù)支撐，且具有重要的應(yīng)用前景。

-/+B時，Al脅迫不同時間后，根表各區(qū)域的pH值。

研究利用非損傷微測技術(shù)，檢測根表pH發(fā)現(xiàn)，鋁脅迫下，硼可以使過渡區(qū)在一定時間內(nèi)維持相對較高的pH。

無論是否施加鋁脅迫，硼處理后根部的伸長率明顯高于對照組。H⁺-ATPase抑制劑處理后，硼處理組與對照組相比，伸長率的差異消失。同樣，IAA極性運輸抑制劑NPA處理后，硼處理組與對照組相比，原本高于對照組的伸長率的差異（鋁脅迫下）。并且，因為硼所致使的過渡區(qū)根表相對較高的pH，因NPA的抑制作用，也消失了。這表明，硼緩解鋁毒，不僅與H⁺-ATPase有相關(guān)性，而且與IAA極性運輸存在某種關(guān)聯(lián)。

-/+B及-/+Al脅迫后，根表各區(qū)域IAA流速。正值代表外排。

IAA流速數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，過渡區(qū)根表IAA外排最大，提示IAA向頂性運輸是從靜止中心經(jīng)過渡區(qū)到達伸長區(qū)。這一結(jié)果與根表pH梯度的數(shù)據(jù)是相吻合的，即IAA外排大的位置，根表pH相對較高（過渡區(qū)），反之則較低（伸長區(qū)）。過渡區(qū)較大的IAA外排也一定程度上反映了此區(qū)域細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)的IAA含量較低，從而調(diào)控質(zhì)膜H⁺-ATPase促進根表堿化。

-/+B及-/+Al脅迫后，各處理、各基因型樣品根表pH值。

最終結(jié)果顯示，硼促進了被極性運輸生長素外排轉(zhuǎn)運體PIN2驅(qū)動的生長素極性運輸，并且引起下游信號對質(zhì)膜H⁺-ATPase的調(diào)節(jié)，使得根表pH升高。這一過程對降低鋁在根尖的積累至關(guān)重要。

佛山科技學(xué)院喻敏教授，從2011年開始利用旭月非損傷微測系統(tǒng)，開展離子流、分子流實驗，并于2018年采購了揚格非損傷微測系統(tǒng)。揚格NMT Physiolyzer®除可以檢測離子流外，還可以檢測MIFE®等設(shè)備無法檢測的IAA、H₂O₂、O₂等分子的流速。