基本信息

主题：NMT发现微囊藻毒素LR可破坏苦草根叶Ca/H平衡 从而影响营养物质积累

(资料图片仅供参考)

期刊：Aquatic Toxicology

影响因子：5.2

研究使用平台：NMT毒理研究创新平台

标题：The disruption of calcium and hydrogen ion homeostasis of submerged macrophyte Vallisneria natans (Lour.) Hara caused by microcystin-LR

作者：中科院南京地理与湖泊研究所谢丽强、程晨

获奖情况：该成果获得2022年度“中关村优秀NMT成果奖”二等奖

检测离子/分子指标

Ca²⁺、H⁺

检测样品

苦草叶片边缘，根部分生区和成熟区

中文摘要

本研究采用非损伤微测技术（NMT）检测了微囊藻毒素LR（MC-LR）对苦草钙离子（Ca²⁺）和氢离子（H⁺）稳态的影响，并研究了离子平衡与生理指标之间的关系。结果显示：1）MC-LR在苦草组织中富集，在根部的吸收量大于叶；2）MC-LR诱发了叶片持续性、剂量依赖性的Ca²⁺外排和根部可恢复的Ca²⁺外排。虽然叶和根的H⁺-ATPase被MC-LR激活，但增强了根的H⁺外排和叶的H⁺吸收。通过影响Ca²⁺和H⁺的稳态，MC-LR直接或间接地影响了营养物质的积累：氮、镁、磷、钙、铁和锌的积累在叶片中减少；钙、镁和锌在根部减少；而钾在叶片和根部都表现出增加。显微结果显示，MC-LR引起了叶片肿胀，蛋白质和淀粉的积累减少。此外，Ca²⁺的外排和过渡金属积累的减少，导致叶片和根部的ROS水平下降。水生植物离子平衡的破坏可以由低至1 μg/L的MC-LR引起，这表明由微囊藻毒素引起的生态影响需要更多的关注。

离子/分子流实验处理方法

0，1，10，100，100μg/L的MC-LR处理苦草8天

离子/分子流实验结果

如图1所示，100 μg/L MC-LR引起了苦草叶片持续性的Ca²⁺外排和根部可逆性的Ca²⁺外排。100 μg/L MC-LR引起了引起叶片H⁺内流和根部分生区H⁺外排，对根成熟区无明显影响。

图1. 8天内100μg/L MC-LR对苦草叶片和根部离子流的影响。正值代表外排，负值代表吸收。

MC-LR引起了苦草叶片剂量依赖性的Ca²⁺外排和根部的Ca²⁺外排（1和1000 μg/L），MC-LR引起了苦草叶片H⁺内流和根分生区、成熟区的H⁺外排。根分生区H⁺外排程度强于成熟区（图2）。

图2. 不同浓度MC-LR对苦草叶片和根部离子流的影响。正值代表外排，负值代表吸收。

其他实验结果

● MC-LR影响了营养物质的积累：氮、镁、磷、钙、铁和锌的积累在叶片中减少；钙、镁和锌在根部减少；而钾在叶片和根部都表现出增加。

● 显微结果显示MC-LR引起了叶片肿胀，蛋白质和淀粉的积累减少。

● Ca²⁺的外排和过渡金属积累的减少，导致叶片和根部的ROS水平下降。

结论

本研究利用NMT研究了MC-LR对苦草Ca²⁺和H⁺稳态的影响，并探讨了离子流速和营养物质积累之间的联系。MC-LR通过破坏苦草根和叶Ca²⁺和H⁺的平衡，减少了N、P、Ca、Mg、Fe和Zn的积累，但增加了K的积累，进一步导致蛋白质和淀粉的合成减少，并引起叶片肿胀。ROS随MC-LR浓度的降低是由于过渡金属积累和Ca2+外排的减少导致的。本研究结果表明，即使没有发生大规模的蓝藻水华，水生植物的离子平衡仍会受到干扰。

测试液

0.1 mM KCl, 0.3 mM MES, 0.1mM CaCl₂，pH 6.0

NMT仪器信息

文章原文：https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2022.106377

供稿：程晨

编辑：叶斌，刘兆义

关键词：微囊藻毒素LR；H⁺；Ca²⁺；苦草；营养积累；植物类