NMT能为农业环境研究贡献什么?

1.植物营养

植物每时每刻都在从土壤中吸收营养？植物根尖的每一个部位，都会吸收营养？NMT告诉我们，不是！利用传统技术，我们只知道植物吸收了营养，什么时候吸收？哪里吸收？难以得知。研究者利用NMT研究发现，在不同的时间点（短到一天），在根部不同的位点（分生区、成熟区……），植物对氮钾的吸收量千差万别，甚至有很多情况下，氮钾是排除植物体的。为什么会有这样的差别？目前鲜有深入研究。有了NMT，农科院环发所就有了占领空白领域的机会。

杨树根部各位点的NH₄⁺流速。正值表示内流。

J Exp Bot：杨树适应氮受限环境的代谢机制

Plant Physiol：NMT鉴定OsHAK5在水稻钾营养上的功能

Plant Physiol：NMT在稻油轮作养分高效利用机理上的应用

 

2.水旱

水分在诱导根系生长的过程中，起着关键性作用。耐旱植物品种的根系为什么长得又大又长？研究者利用NMT发现，在干旱情况下，质子（H⁺）分泌的强弱，与根系的大小成正相关。而且在这一过程中，质子分泌还受到ABA的调控。不仅是干旱胁迫，营养胁迫，例如低磷条件下，根系的生长与质子分泌的关联性同样很高。

Plant Physiol：H⁺、Ca²⁺流调控根系向水性反应

Plant Physiol：14-3-3蛋白在植物适应低磷胁迫中的作用

 

除此以外，Ca²⁺、H₂O₂在干旱胁迫中，也是重要的调节信号。

枳根部分生区与伸长区H₂O₂与Ca²⁺流。正值表示外排。

 

Mycorrhiza：共生菌根调节寄主根部H₂O₂与Ca²⁺流以抵御干旱

Sci Rep：菌根缓解干旱胁迫与根部H₂O₂外排增强相关

 

3.重金属

目前，NMT可以直接检测Cd²⁺实时进出活体植物的量，是研究重金属镉最直接的手段之一。

 

很快，关注重金属的研究者将迎来重大利好消息，旭月研究院的Cu²⁺、Pb²⁺即将实现商业化检测与销售。截至2017年，国内学者利用Cd²⁺流数据，发表的SCI文章共有37篇，总IF为145.797。可以想象，Cu²⁺、Pb²⁺的商业化背后，是多么广阔的科研机会！

 

 

New Phytol：γ-GCS调控镉（Cd）解毒的机制

New Phytol：单细胞水平层次研究水稻拒镉机制

Front Plant Sci： NMT验证Cu/Zn SOD促进植物富集镉

 

 

4.农业纳米药物

随着纳米技术的发展，纳米载药系统提升药效的研究空间，非常之大。NMT在纳米载药系统的研究中，也能发挥作用吗？

 

2013年，华中农业大学的研究人员（文献编号C2013-019、C2015-003）发现，硅纳米颗粒可以同水稻悬浮细胞的细胞壁结合，从而有效地降低水稻悬浮细胞对重金属镉的富集，即可以降低水稻悬浮细胞对镉的吸收。

左图：-/+Si处理时，水稻悬浮细胞Cd²⁺流。黑线，-Si+Cd；红线+Si+Cd。正值表示外排，负值表示吸收。右图：瞬时加入30 μM Cu²⁺后，水稻悬浮细胞Cd²⁺流。

 

2017年，广东省生态环境技术研究所（文献编号C2017-034）的研究人员，利用NMT观察了不同直径的硅纳米颗粒处理后，水稻悬浮细胞吸收镉的速率，发现202 nm的硅纳米颗粒抑制镉吸收的效果最好。

不同种类水稻细胞Cd²⁺流速检测。负值表示吸收。

早在2012年，国家纳米中心的研究人员为了观察药物载体碳纳米管对细胞线粒体代谢作用的影响，利用NMT观察了碳纳米管处理肿瘤细胞后，细胞O₂的吸收速率的变化情况，用以指征碳纳米管对线粒体代谢的影响。研究成果发表在著名的ACS NANO上。

SWCNTs处理后口腔表皮样癌细胞O₂流速。正值表示吸收。

 

5.昆虫防治

对活体昆虫的研究，至少对于NMT来说，在国内还是大片的空白。而在前几年，加拿大等国利用技术上的便利，利用NMT对活体昆虫进行了大量的研究。有了NMT，中科院环发所可以在药物防治害虫，尤其是药物对信号传导的研究上，进行更深入地研究。

 

K⁺通道抑制剂等药物对神经节和其连接处K⁺流速的影响。

 

蚊子幼虫适应环境的离子调控机制

蜚蠊血脑屏障对K⁺流速影响的机理