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基本信息

主題：NMT發現富氫水可以提升Zn抑制植物實時Cd吸收的效果

期刊：Journal of Hazardous Materials

影響因子：9.038

研究使用平臺：NMT重金屬創新平臺

標題：IRT1 and ZIP2 were involved in exogenous hydrogen-rich water-reduced cadmium accumulation in Brassica chinensis and Arabidopsis thaliana

作者：南京農業大學崔瑾、吳雪

檢測離子/分子指標

Cd²⁺

檢測樣品

① 小白菜根伸長區（距根尖600 μm根表上的點）和成熟區（距根尖1600 μm根表上的點）

② 擬南芥根伸長區（距根尖200 μm根表上的點）和成熟區（距根尖600 μm根表上的點）

通過Cd（鎘）濃度，Cd²⁺熒光染色，NMT（非損傷微測技術）對Cd吸收進行分析，結果表明，HRW（hydrogen-rich water，富氫水）在降低小白菜幼苗根部對Cd的吸收方面具有顯著的積極作用。BcIRT1（鐵調節轉運蛋白1）和BcZIP2（鋅調節轉運蛋白2）是小白菜中主要的Cd轉運蛋白，但它們在HRW減少Cd吸收過程中的作用仍然未知。本研究驗證了IRT1和ZIP2在白菜和擬南芥中HRW減少Cd吸收中的功能。在擬南芥中的異源和同源表達表明，HRW顯著降低了野生型（Col-0）和轉基因擬南芥IRT1和ZIP2中的Cd含量，但irt1和zip2突變體除外。NMT檢測表明，HRW不僅降低了Cd²⁺在WT和轉基因株系根部的內流，而且增強了Zn和Cd之間的競爭。綜合來看，HRW誘導的植物Cd積累減少可能是通過抑制BcIRT1和BcZIP2的表達，影響BcIRT1和BcZIP2對離子吸收的偏好性導致的。

離子/分子流實驗處理方法

預處理

① 2日齡小白菜幼苗在0、50% HRW中處理1 d

② 15-17日齡擬南芥幼苗在0、50% HRW中處理1 d

實時處理

6.25 μM/L FeSO₄ 或7.5 μM/L ZnSO₄實時處理10日齡擬南芥幼苗

HRW預處理使小白菜根伸長區和成熟區Cd²⁺流速分別降低了21.01%和31.97%（圖1）。

圖1. 50 μM Cd處理下HRW預處理對小白菜根部伸長區（A, C, E）和成熟區（B, D, F）Cd²⁺流速的影響

圖2. 50 μM Cd處理下HRW預處理對轉基因擬南芥根伸長區Cd²⁺流速的影響

為了闡明Cd與Fe或Zn的相互關系，使用NMT技術對實時Fe²⁺或Zn²⁺處理下擬南芥根（距根尖200 μm）Cd²⁺流速進行了檢測。無論有無HRW預處理，Fe²⁺的加入都急劇減少了Cd²⁺的內流，這可能是由于它們在根系吸收離子過程中的相互競爭所致（圖3A）。在ZIP2型株系中，Zn²⁺顯著減少了Cd²⁺的內流（圖3B）。此外，進一步分析了由于添加鐵或鋅引起的Cd²⁺流速的降低率。結果表明，HRW預處理不會影響Cd²⁺和Fe²⁺之間的競爭關系（圖3C）。但添加Zn²⁺時，37 %的HRW預處理顯著降低了Cd²⁺流速（圖3D）。這表明HRW處理后，更多的Zn²⁺被轉運蛋白吸收，從而降低了對Cd²⁺的吸收。

圖3. 實時Fe²⁺或Zn²⁺處理對有無HRW預處理的擬南芥根系Cd²⁺流速的影響

其他實驗結果

• HRW緩解了50 μM Cd脅迫對白菜生長的抑制作用。

• HRW抑制了白菜對Cd的吸收能力，終導致Cd積累量降低。

• HRW抑制BcIRT1和BcZIP2的轉錄水平。

• HRW緩解了Cd對轉基因擬南芥的毒性。

• HRW降低了轉基因擬南芥的Cd積累。

• HRW降低轉基因植物鐵的濃度、提高鋅的濃度。

結論

本研究為闡明HRW降低白菜Cd積累的分子機制提供了新的見解。HRW能夠降低參與Cd吸收的BcIRT1和BcZIP2的轉錄水平。此外，HRW還可影響Cd暴露下白菜和擬南芥中Fe和Zn的積累，改變Zn和Cd之間的競爭力。雖然HRW直接通過何種途徑調控BcIRT1和BcZIP2尚不清楚，但本研究證實了BcIRT1和BcZIP2在HRW抑制Cd積累中的作用，這對闡明HRW在植物脅迫應答中的生理功能具有指導意義。

測試液

50 μM CdCl₂, 0.1 mM KCl, 0.3 mM MES, pH 6.0