近日，我院郑海雷教授课题组在国际期刊Journal of Hazardous Materials上在线发表了题为“Ammonium has stronger Cd detoxification ability than nitrate by reducing Cd influx and increasing Cd fixation in Solanum nigrum L.”的研究论文，用非损伤微测技术（NMT）、镉荧光染色、生理以及分子生物学方法，揭示了重金属超累积植物龙葵在铵态氮下比硝态氮具有更强的Cd解毒能力的机理。
研究背景
镉（Cd）是影响植物生长发育的有害重金属。氮（N）是植物必需的营养元素，适当的N管理可以提高植株的Cd耐性。本文研究的目的是探索不同形式的氮素（NH4+和NO3-）对超积累植物龙葵（Solanum nigrum L.）耐Cd毒性的分子和生理响应机制。
研究结果
在Cd胁迫下，NH4+供应条件下的龙葵植株比NO3-供应条件下具有更好的生长和光合性能。相比NO3-，NH4+更能降低龙葵根系对Cd的吸收。同样，NH4+处理的根细胞汁液中Cd浓度和Cd2+转运能力均低于NO3-处理。Cd特异性荧光探针（Leadmium™ Green AM dye）染色显示，NH4+处理的根尖和根原生质体的荧光强度低于NO3-处理。利用非损伤微测技术（NMT）测定也发现相比NO3-，NH4+更能减少根分生区和伸长区Cd2+的内流。同时NH4+能增加根部细胞壁中Cd的固定。实时荧光定量PCR显示，与NO3-处理相比，NH4+处理的根部扩张蛋白（SnExp）表达上调；根中Cd转运相关基因SnIRT与SnZRT和地上部中SnZRT与SnMTP表达下调，从而调节了Cd的吸收和转运，进而减轻了Cd的毒性。总的来说，铵态氮（NH4+）比硝态氮（NO3-）具有更强的Cd解毒能力，主要有三个原因：（1）NH4+通过调控Cd转运相关基因的转录，减少Cd2+的内流和积累；（2）NH4+的改善作用伴随着Cd在根细胞壁中固定增加；（3）NH4+上调了SnExp的表达。
图1. 铵态氮或硝态氮供应条件下，龙葵植株地上部、根部、根部细胞汁液以及原生质体中的Cd含量
图2. 铵态氮或硝态氮供应条件下，25 μM CdCl2处理对龙葵根部不同组织部位和原生质体的净Cd2+流速
图3. 铵态氮较硝态氮缓解龙葵Cd胁迫的模式图
研究团队
论文第一作者为厦门大学环境与生态学院在读博士研究生张露丹，已毕业博士生刘翔为论文共同第一作者，在读博士生魏明月、郭泽军、李静，已出站博士后沈志君、已毕业博士生高长颢、已毕业硕士生赵至竹、和已毕业本科生徐健鑫等也参与了该研究，论文通讯作者为郑海雷教授。该研究得到了国家自然科学基金的支持。
论文来源：Zhang Lu-Dan#, Liu Xiang#, Wei Ming-Yue, Guo Ze-Jun, Zhao Zhi-Zhu, Gao Chang-Hao, Li Jing, Xu Jian-Xin, Shen Zhi-Jun, Zheng Hai-Lei*, Ammonium has stronger Cd detoxification ability than nitrate by reducing Cd influx and increasing Cd fixation in Solanum nigrum L., Journal of Hazardous Materials, 2022, 425: 127947
点击“阅读原文”获取全文链接https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127947
