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EES深大:NMT发现圆形硅藻实时镉吸附能力强于梭形、

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NMT作为生命科学底层核心技术,是建立活体创新科研平台的必备技术。2005年~2020年,NMT已扎根中国15年。2020年,中国NMT销往瑞士苏黎世大学,正式打开欧洲市场。




基本信息

主题:NMT发现圆形硅藻实时镉吸附能力强于梭形、三叉形硅藻

期刊:Ecotoxicology and Environmental Safety

影响因子:4.872

研究使用平台:NMT重金属创新平台

标题:How marine diatoms cope with metal challenge: Insights from the morphotype-dependent metal tolerance in Phaeodactylum tricornutum

作者:深圳大学潘科、马捷


检测离子/分子指标

Cd2+


检测样品

海洋硅藻细胞




中文摘要(谷歌机翻)


海洋硅藻对金属的耐受性因其对随机环境的长期适应而因形态类型、品系和物种而异。这种高度可变特性的机制仍然是生态毒理学关注的问题。在这项研究中,我们使用了一些尖端技术,包括非损伤微测技术(NMT)、原子力显微镜和X射线光电子能谱技术来研究三种形态类型的三角褐指藻对镉(Cd)的积累和耐受性。亚细胞镉分布,金属转运蛋白表达,谷胱甘肽和植物螯合素活性也进行了分析,以表征形态依赖的镉稳态和解毒。我们发现卵形形态比其他形态积累了更多的Cd,但也比其他形态更耐Cd。Cd与卵形细胞表面结合力较强的原因是其球形较小,细胞表面较粗糙,表面电位较低。此外,卵形对镉离子的渗透性较差,并且含有较高的植物螯合素和谷胱甘肽水平,这解释了其较高的金属耐受性。我们的研究为硅藻适应不断变化的环境提供了新的解释,这可能有助于其进化的成功。




离子/分子流实验处理方法


8.9 μM CdCl2 处理10 min




离子/分子流实验结果


3种形态的硅藻细胞表面实时净Cd2+流速如图1所示。加入CdCl2(8.9 μM)后,检测到Cd2+内流。而卵圆形细胞Cd2+净内流速率(-0.91~-1.79 pmol cm-2s-1)显著高于梭形细胞(-0.36~-1.07 pmol cm-2s-1)和三叉形细胞(-0.2~-0.97 pmol cm-2s-1),表明卵圆形细胞对Cd的吸附能力强于其他形态的细胞。


图1.卵圆形(O)、梭形(F)和三叉形(T)海洋硅藻细胞表面的Cd2+流速




其他实验结果


  • 毒性试验结果表明,卵圆形海洋硅藻细胞比其他两种形态对镉的耐受性更强

  • 在卵圆形海洋硅藻细胞中,只有10%的Cd分布在细胞质和细胞器中,而在梭形细胞中则有34%

  • 卵圆形细胞的粗糙度、DMT模量明显高于梭形和三叉形细胞。三种细胞形态之间的附着力并无显著差异

  • 镉处理处理后,卵圆形海洋硅藻细胞表面电势更低

  • 卵圆形海洋硅藻细胞的细胞壁成分与其他形态细胞的细胞壁之间最明显的差异是硅形态的差异

  • 镉处理后,所有靶向基因在硅藻细胞中的表达均上调

  • 镉处理会增加所有形态海洋硅藻细胞的谷胱甘肽(glutathione,GSH)和植物螯合肽(phytochelatin,PC)水平




结论


本研究表明,卵圆形海洋硅藻比梭形和三叉形海洋硅藻具有更强的镉结合能力和金属耐受性。因为卵圆形海洋硅藻较小的球状形态和较粗糙、带负电的细胞表面,Cd与其有的较大表面结合。不同形状的海洋硅藻细胞壁化学成分的差异决定了其表面电位依赖于细胞形态差异。与梭形和三叉形海洋硅藻相比,卵圆形海洋硅藻的细胞壁对Cd2+的渗透性较差,并且含有较高水平的PC和GSH,说明其具有较强的金属耐受性。P型ATPase、ATPase5-1B、CzcD和VIT蛋白在海洋硅藻Cd稳态中发挥重要作用。




测试液


 8.9 μM CdCl2, 0.1 mM KCl, 0.5 mM NaCl, 0.3 mM MES, 0.2 mM Na2SO4, 0.1% sucrose, pH 8.0


文章原文https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.111715


关键词:非损伤微测技术;镉;硅藻;金属毒性;三角褐指藻



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