利用锌特异性探针HL1示踪植物细胞外Zn2+的分布

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本站小编 Free考研考试/2022-01-01

姚宏伟¹, 刘洋², 程宇来², 于海洋³, 刘志亮³, 杨菊¹^,^*^,

¹内蒙古大学生命科学学院, 呼和浩特 010021

²内蒙古和盛生态科技研究院, 呼和浩特 010010

³内蒙古大学化学化工学院, 呼和浩特 010021

Yao

Hongwei¹, Liu Yang², Cheng Yulai², Yu Haiyang³, Liu Zhiliang³, Yang Ju¹^,

¹College of Life Sciences, Inner Mongolia University, Hohhot 010021, China

²Research Institute of Inner Mongolia Hesheng Ecological Science and Technology, Hohhot 010010, China

³Chemical Institute of Chemical Industry, Inner Mongolia University, Hohhot 010021, China

引用本文
姚宏伟, 刘洋, 程宇来, 于海洋, 刘志亮, 杨菊. 利用锌特异性探针HL示踪植物细胞外Zn的分布. , 2017, 52(5): 608-614

贡献者
* 通讯作者。E-mail: anhuiyj@126.com
基金资助
内蒙古自治区科技重大专项(No.内财政[2014]2020);
接受日期:2016-10-10接受日期:2017-03-7网络出版日期:2017-09-1
-->Copyright
2017《植物学报》编辑部

Contributors
* Author for correspondence. E-mail: anhuiyj@126.com

History
Received:Accepted:Online:

摘要:以拟南芥(Arabidopsis thaliana)和谷子(Setaria italic)为研究材料, 利用锌特异性探针HL¹, 使用荧光分光光度仪、等温滴定热量测定仪(ITC200)和倒置荧光显微镜等仪器探究了该化学探针的特性以及植物细胞外游离Zn²⁺的分布。结果表明, 当HL¹与不同元素溶液混合时, 只与Zn²⁺特异性结合, 在紫外光(UV)激发下, 发射出波长为500 nm的蓝色荧光; 生成物的平衡解离常数K_D=7.02×10^-4 mol·L^-1, 具有很好的稳定性。拟南芥叶片中的Zn²⁺分布于细胞间隙及叶表皮毛的外周和表层, 且叶表皮毛的荧光强度具有明显的浓度依赖性; 谷子叶片中的Zn²⁺分布在细胞间隙以及维管组织。拟南芥根中的Zn²⁺分布于根的伸长区, 且荧光强度也明显地表现出与浓度相关。由此推断, 根伸长区与Zn²⁺运输有关, 叶的维管组织是植物细胞外运输Zn²⁺的主要途径, 细胞间隙和叶表皮毛是植物储存Zn²⁺的主要区域。HL¹适用于检测细胞外Zn²⁺的分布。
关键词: 锌 ; 蓝色荧光 ; 叶表皮毛 ; 维管组织 ; 细胞间隙

Abstract: We chose Arabidopsis thaliana and Setaria italic as material to study the character of HL¹ that can specifically combine with zinc, and the distribution of extracellular Zn²⁺ by using fluorescence spectrophotometry, isothermal titration calorimetry (ITC200) and inverted fluorescence microscopy. Fluorescence intensity for HL¹ was greatly enhanced with the addition of Zn²⁺ but not other ions. The dissociation constant (K_D=7.02×10^-4 mol·L^-1) exhibited product stability with the combined reaction of HL¹ and Zn²⁺. In A. thaliana, the distribution of extracellular free Zn²⁺was mainly located in leaf intercellular space and surface of the trichome where fluorescence intensity was corresponding to the concentration of Zn²⁺. The distribution of Zn²⁺were located in intercellular space and fibrovascular tissue in the leaf of S. italic. The root of elongation zone was existing the blue fluorescence corresponded to the presence and concentration of Zn²⁺. The root elongation zone relates to Zn²⁺ transportation, and the leaf intercellular space and trichome surface are related to Zn²⁺storage. In conclusion, Investigation of extracellular free Zn²⁺by using HL¹is efficient.

Key words:zinc ; blue fluorescence ; leaf trichome ; vascular tissue ; intercellular space

锌(Zn)是所有生物体生长繁殖所需要的基本元素。目前认为, 锌在生物体内具有催化和辅因子的作用(Maret, 2009)。当植物缺锌时, 普遍会出现生物产量降低、生育力下降、叶片萎黄和过早衰老的症状。长期锌摄入量过低会对成人的健康以及婴儿的行动能力造成较大影响, 引起生长、认知和免疫功能的损伤(Hambidge et al., 2010)。普遍的观点认为, 锌至少存在6种转运体家族(Hantke, 2001), 其中ABC转运体家族、RND转运体家族和CorA蛋白家族在细菌中具有转运锌的功能, 然而并未在真核生物中发现类似的功能(Liuzzi and Cousins, 2004)。在拟南芥(Ara- bidopsis thaliana)中, 锌转运蛋白(ZIP)家族负责对Zn²⁺装载, 阳离子扩散促进因子(CDF)负责Zn²⁺分配, P_1B型ATP酶泵蛋白家族负责Zn²⁺从根到茎的运输(Hussain et al., 2004)。在酵母中, ZIP家族中的ZRT1和ZRT2蛋白负责将外界Zn²⁺转运到细胞内(Zhao and Eide, 1996)。在人体内, ZIP4蛋白负责转运肠道内的Zn²⁺, ZIP10蛋白负责肾脏中Zn²⁺的重新吸收(Kelleher and Lonnerdal, 2005)。植物需要吸收并转运体外的锌来满足生存的需要。首先植物的根部向根周围分泌小分子有机螯合物并使周围的环境酸化, 来增加锌的溶解, 随后Zn²⁺以游离态穿过细胞膜进入根表皮细胞。进入细胞内的Zn²⁺以小分子配体螯合的状态存在, 它可被转运至液泡中贮存, 也可通过胞间连丝或共质体途径进入维管束的木质部。进入木质部的Zn²⁺仍以小分子配体螯合的状态存在, 在集流的驱动下进入根上部分(Sinclair and Krämer, 2012)。植物体内小分子配体具有重要作用, 它维持Zn²⁺的稳定, 防止Zn²⁺与其它物质结合或发生无意义的反应, 这对Zn²⁺的贮藏和运输具有重大意义(Klatte et al., 2009)。

目前追踪和检测Zn²⁺的方法有通过能量色散的X射线分析法(Lanquar et al., 2005)、利用电感耦合等电子体的原子发射光谱法(Seigneurin-Berny et al., 2006) (ICP-AES)、从遗传学角度上编码能量共振转移体法(FRET) (Bermejo et al., 2011)以及化学探针法。此前报道过一种与Zn²⁺特异性结合的化学探针HL¹(2-((1-羟基-2-亚氨基)甲基)6-甲氧基苯酚) (Ji et al., 2012), 该探针分子式为C₁₂H₁₆NO₃, 分子量为222.25 kDa, 结构如图1所示。该化合物通过自身的N、O原子与Zn²⁺形成配位键, 生成稳定的复合物Zn(HL¹)₂。

图1https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-5-608/img_1.png图1 HL1的结构 Figure 1 The structure of HL1
Figure 1https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-5-608/img_1.png图1 HL1的结构 Figure 1 The structure of HL1

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图1
HL¹的结构
Figure 1
The structure of HL¹

HL¹与Zn²⁺结合后, 在波长为280-480 nm的激发光下, 会发射出波长为500 nm的蓝色荧光。发光原理是由于配体上的配位原子N、O存在孤对电子, 通过光诱导电子传递过程(photoinduced electron transfer)发出荧光。HL¹具有很好的稳定性且成本较低, 操作简便, 不需要其它特殊处理, 稀释到合适浓度即可使用。然而, 目前尚未见将此化合物应用于探测生物个体或组织内Zn²⁺分布的报道。本研究尝试利用HL¹探索植物细胞外Zn²⁺的分布。

1 材料与方法1.1 HL¹的特异性将ZnSO₄、CaCI₂、MgSO₄、KCI、Na₂SO₄、FeSO₄、H₃PO₄和MnSO₄配成浓度梯度为0、10、50、100、500和1 000 μmol∙L^-1的溶液, 每种浓度取2 mL, 加入HL¹, 使溶液内HL¹的终浓度为1 mmol∙L^-1, 混匀, 用荧光分光光度仪(F-7000)在340 nm的激发光下测定每种物质每个浓度在400-600 nm波长范围内的荧光强度。

1.2 HL¹的K_D值测定用超纯水配制5 mmol∙L^-1ZnSO₄溶液和1.65 mmol∙ L^-1HL¹溶液。使用等温滴定热量测定仪(ITC200)在25°C下, 以ZnSO₄滴定HL¹溶液测定反应Zn²⁺+2[HL¹] =Zn²⁺·[HL¹]₂的焓变(ΔH)和熵变(ΔS)以及Zn²⁺·[HL¹]₂平衡解离常数K_D值。

1.3 HL¹在拟南芥中的应用1.3.1 实验材料与培养
拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)哥伦比亚生态型(Col-0)由本实验室保存。取拟南芥种子, 用75%乙醇进行表面消毒12分钟, 倒掉75%乙醇, 再加入100%乙醇, 然后将种子倒在滤纸上, 待乙醇挥发后, 将12-15粒种子均匀播种到灭菌培养基(基本溶液+1%糖+1%琼脂)上, 4°C春化3天, 最后移入光照培养室。培养条件: 光强75-100 μmol∙m^-2∙s^-1, 16小时光照/8小时黑暗, (22±1)°C。培养14天后移植到含有基本培养液的水培体系中。
1.3.2 基本培养液及处理液的配制
基本培养液中含有大量元素: 5 mmol∙L^-1 KNO₃, 1 mmol∙L^-1 H₃PO₄, 1 mmol∙L^-1 MgSO₄, 1 mmol∙L^-1 CaCl₂, 5 mmol∙L^-1 MES; 微量元素: MS微量元素(0.5×), MS Fe盐(0.5×)。当配制Zn²⁺浓度梯度处理液时, 使用不含Zn的MS微量元素(0.5×), 用HCl或KOH调pH值至5.7。
1.3.3 HL¹在拟南芥根与叶中的应用
配制Zn²⁺浓度为0×、0.01×、0.1×、1×和10×的基本培养液(1×Zn²⁺的浓度为30 μmol∙L^-1), 加入HL¹溶液, 使HL¹在每种浓度Zn²⁺溶液中的终浓度为1 mmol∙L^-1。从每种浓度溶液中吸取200 μL加入试管中, 当根长接近2 cm时取下幼苗将根浸在处理液中, 使芽(下胚轴以上的部分)在液面以上, 处理4小时后制片。每种浓度做3次重复。在倒置荧光显微镜下, 用UV激发, 观察并拍照。在水培体系中当拟南芥叶片长到合适大小后, 用刀片将拟南芥叶片从叶柄与茎的分支处切下, 将切下的叶片插入处理液中, 使叶柄在液面下, 叶片在液面上, 然后转移至光照培养室。处理4小时后制片。在倒置荧光显微镜下, 用UV激发, 观察并拍照。

1.4 HL¹在谷子中的应用谷子(Setaria italic)由本实验室保存。将谷子置于含有水的种子萌发袋中(购自PhytoTC), 然后放到光照培养室。培养条件: 光强75-100 μmol∙m^-2∙s^-1, 16小时光照/8小时黑暗, (22±1)°C。每24小时将种子萌发袋中的水吸出, 加入新鲜的水。14天后, 配置1 mmol∙L^-1HL¹溶液, 将谷子根置于溶液中, 使根以上部分在液面以上。处理6小时后制片。在倒置荧光显微镜下观察并拍照。

2 结果与讨论2.1 HL¹的特异性及敏感性利用荧光分光光度仪(F-7000)在340 nm激发光下测定每种元素每个浓度在400-600 nm波长范围内的荧光强度, 结果如图2A所示。其中, CaCI₂、MgSO₄、KCI、Na₂SO₄、FeSO₄、H₃PO₄和MnSO₄均没有高强度的荧光。当存在ZnSO₄时, 有十分明显的蓝色荧光。这表明化学探针HL¹能够特异性与Zn²⁺结合, 在340 nm激发光下, 能够发出明显的蓝色荧光。荧光强度随Zn²⁺浓度增高呈现出线性增强的趋势(图2B)。实验表明化学探针HL¹对Zn²⁺具有良好的敏感性。化学探针HL¹能够与Zn²⁺特异性结合是用于研究生物体中Zn²⁺ 分布的前提和基本条件。本研究表明, HL¹具有非常好的特异性和敏感性, 可以用于检测植物细胞外游离态的Zn²⁺。
图2https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-5-608/img_2.png图2 HL1的特异性及对Zn2+结合的敏感性 (A) 1 mmol·L-1不同元素与HL1探针结合后在500 nm处的荧光强度; (B) 不同Zn2+浓度下的荧光强度(a: 1 mmol∙L-1 Zn2+; b: 0.5 mmol∙L-1 Zn2+; c: 0.1 mmol∙L-1 Zn2+; d: 0.05 mmol∙L-1 Zn2+; e: 0.01 mmol∙L-1 Zn2+) Figure 2 Specific and sensitivity of combination of HL1 and Zn2+ (A) Fluorescence intensity of different element (1 mmol∙L-1) in presence of ligand HL1 (1 mmol∙L-1) at 500 nm; (B) Plot of fluorescence intensity against different concentration of Zn2+ at 500 nm (a: 1 mmol∙L-1 Zn2+; b: 0.5 mmol∙L-1 Zn2+; c: 0.1 mmol∙L-1 Zn2+; d: 0.05 mmol∙L-1 Zn2+; e: 0.01 mmol∙L-1 Zn2+)
Figure 2https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-5-608/img_2.png图2 HL1的特异性及对Zn2+结合的敏感性 (A) 1 mmol·L-1不同元素与HL1探针结合后在500 nm处的荧光强度; (B) 不同Zn2+浓度下的荧光强度(a: 1 mmol∙L-1 Zn2+; b: 0.5 mmol∙L-1 Zn2+; c: 0.1 mmol∙L-1 Zn2+; d: 0.05 mmol∙L-1 Zn2+; e: 0.01 mmol∙L-1 Zn2+) Figure 2 Specific and sensitivity of combination of HL1 and Zn2+ (A) Fluorescence intensity of different element (1 mmol∙L-1) in presence of ligand HL1 (1 mmol∙L-1) at 500 nm; (B) Plot of fluorescence intensity against different concentration of Zn2+ at 500 nm (a: 1 mmol∙L-1 Zn2+; b: 0.5 mmol∙L-1 Zn2+; c: 0.1 mmol∙L-1 Zn2+; d: 0.05 mmol∙L-1 Zn2+; e: 0.01 mmol∙L-1 Zn2+)

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图2
HL¹的特异性及对Zn²⁺结合的敏感性
(A) 1 mmol·L^-1不同元素与HL¹探针结合后在500 nm处的荧光强度; (B) 不同Zn²⁺浓度下的荧光强度(a: 1 mmol∙L^-1 Zn²⁺; b: 0.5 mmol∙L^-1 Zn²⁺; c: 0.1 mmol∙L^-1 Zn²⁺; d: 0.05 mmol∙L^-1 Zn²⁺; e: 0.01 mmol∙L^-1 Zn²⁺)
Figure 2
Specific and sensitivity of combination of HL¹ and Zn²⁺
(A) Fluorescence intensity of different element (1 mmol∙L^-1) in presence of ligand HL¹(1 mmol∙L^-1) at 500 nm; (B) Plot of fluorescence intensity against different concentration of Zn²⁺ at 500 nm (a: 1 mmol∙L^-1 Zn²⁺; b: 0.5 mmol∙L^-1 Zn²⁺; c: 0.1 mmol∙L^-1 Zn²⁺; d: 0.05 mmol∙L^-1 Zn²⁺; e: 0.01 mmol∙L^-1 Zn²⁺)

2.2 HL¹与Zn²⁺生成物的K_D值根据实验数据(图3), HL¹与Zn²⁺结合是吸热反应, 在一定范围内, 温度升高有利于反应的进行。其中N值代表化学计量数, 表示纯水体系中Zn²⁺分子数与HL¹分子数之比。这个反应的焓变(ΔH)在1 160.3-1 430.3 cal∙mol^-1范围内, 熵变(ΔS)为26.5 cal∙mol^-1∙deg^-1。反应Zn²⁺+2[HL¹]=Zn²⁺·[HL¹]₂的平衡常数K=7.02× 10⁴ L∙mol^-1, Zn²⁺·[HL¹]₂的平衡解离常数K_D=1/K, 即K_D=7.02×10^-4mol∙L^-1。这表明生成物比较稳定, 有助于研究植物细胞外游离态的Zn²⁺分布。
图3https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-5-608/img_3.png图3 利用ITC200检测HL1与Zn2+的反应 Figure 3 ITC200 detection plot of combination of HL1 and Zn2+
Figure 3https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-5-608/img_3.png图3 利用ITC200检测HL1与Zn2+的反应 Figure 3 ITC200 detection plot of combination of HL1 and Zn2+

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图3
利用ITC200检测HL¹与Zn²⁺的反应
Figure 3
ITC200 detection plot of combination of HL¹ and Zn²⁺

2.3 拟南芥叶中的Zn²⁺使用含有不同浓度Zn²⁺的溶液处理叶片, 结果(图4A)表明, 叶片上的叶表皮毛和细胞间隙具有明显的蓝色荧光。在具有蓝色荧光的叶表皮毛上均匀取12个点, 根据这些点的荧光强度值, 计算出荧光强度的平均值和标准差并作图。通过观察叶片上的细胞, 发现蓝色荧光主要位于细胞间隙, 我们并未在细胞内观察到明显的蓝色荧光(图5)。这可能是由于植物细胞内存在某些物质或条件影响HL¹与Zn²⁺的结合, 也有可能因为自身存在N和O原子, 使其具有一定的极性, 从而导致进入的HL¹很少, 无法发出明显的蓝色荧光。
图4https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-5-608/img_4.png图4 拟南芥叶细胞外Zn2+分布荧光图像 (A) 用不同浓度ZnSO4溶液及HL1溶液处理成熟的拟南芥叶片, a1和a2为对照, b1和b2处理ZnSO4溶液浓度为0.3 μmol∙L-1, c1和c2处理ZnSO4溶液浓度为3 μmol∙L-1, d1和d2处理ZnSO4溶液浓度为30 μmol∙L-1, e1和e2处理ZnSO4溶液浓度为300 μmol∙L-1; (B) 不同浓度ZnSO4溶液及HL1溶液处理下的拟南芥叶表皮毛的荧光强度, 其中a为对照, b、c、d和e分别为叶表皮毛在Zn2+浓度为0.3、3、30和300 μmol∙L-1时的荧光强度。蓝色荧光代表Zn2+, 红色荧光代表叶绿素。Bar=100 μm Figure 4 Fluorescence imaging showing the distribution of extracellular Zn2+ in Arabidopsis leaves (A) Mature Arabidopsis leaves pre-treated with different concentrations of ZnSO4 and HL1 (1 mmol∙L-1) for 4 h, a1 and a2 for control, b1 and b2 for 0.3 μmol∙L-1 ZnSO4, c1 and c2 for 3 μmol∙L-1 ZnSO4, d1 and d2 for 30 μmol∙L-1 ZnSO4, e1 and e2 for 300 μmol∙L-1 ZnSO4; (B) The fluorescence intensity of trichome in Arabidopsis leaf with different concentration of ZnSO4 and HL1 (1 mmol∙L-1) for 4 h, a for control, b for 0.3 μmol∙L-1 ZnSO4, c for 3 μmol∙L-1 ZnSO4, d for 30 μmol∙L-1 ZnSO4, and e for 300 μmol∙L-1 ZnSO4. Blue fluorescence represents Zn2+ and red fluorescence for chlorophyll. Bar=100 μm
Figure 4https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-5-608/img_4.png图4 拟南芥叶细胞外Zn2+分布荧光图像 (A) 用不同浓度ZnSO4溶液及HL1溶液处理成熟的拟南芥叶片, a1和a2为对照, b1和b2处理ZnSO4溶液浓度为0.3 μmol∙L-1, c1和c2处理ZnSO4溶液浓度为3 μmol∙L-1, d1和d2处理ZnSO4溶液浓度为30 μmol∙L-1, e1和e2处理ZnSO4溶液浓度为300 μmol∙L-1; (B) 不同浓度ZnSO4溶液及HL1溶液处理下的拟南芥叶表皮毛的荧光强度, 其中a为对照, b、c、d和e分别为叶表皮毛在Zn2+浓度为0.3、3、30和300 μmol∙L-1时的荧光强度。蓝色荧光代表Zn2+, 红色荧光代表叶绿素。Bar=100 μm Figure 4 Fluorescence imaging showing the distribution of extracellular Zn2+ in Arabidopsis leaves (A) Mature Arabidopsis leaves pre-treated with different concentrations of ZnSO4 and HL1 (1 mmol∙L-1) for 4 h, a1 and a2 for control, b1 and b2 for 0.3 μmol∙L-1 ZnSO4, c1 and c2 for 3 μmol∙L-1 ZnSO4, d1 and d2 for 30 μmol∙L-1 ZnSO4, e1 and e2 for 300 μmol∙L-1 ZnSO4; (B) The fluorescence intensity of trichome in Arabidopsis leaf with different concentration of ZnSO4 and HL1 (1 mmol∙L-1) for 4 h, a for control, b for 0.3 μmol∙L-1 ZnSO4, c for 3 μmol∙L-1 ZnSO4, d for 30 μmol∙L-1 ZnSO4, and e for 300 μmol∙L-1 ZnSO4. Blue fluorescence represents Zn2+ and red fluorescence for chlorophyll. Bar=100 μm

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图4
拟南芥叶细胞外Zn²⁺分布荧光图像
(A) 用不同浓度ZnSO₄溶液及HL¹溶液处理成熟的拟南芥叶片, a1和a2为对照, b1和b2处理ZnSO₄溶液浓度为0.3 μmol∙L^-1, c1和c2处理ZnSO₄溶液浓度为3 μmol∙L^-1, d1和d2处理ZnSO₄溶液浓度为30 μmol∙L^-1, e1和e2处理ZnSO₄溶液浓度为300 μmol∙L^-1; (B) 不同浓度ZnSO₄溶液及HL¹溶液处理下的拟南芥叶表皮毛的荧光强度, 其中a为对照, b、c、d和e分别为叶表皮毛在Zn²⁺浓度为0.3、3、30和300 μmol∙L^-1时的荧光强度。蓝色荧光代表Zn²⁺, 红色荧光代表叶绿素。Bar=100 μm
Figure 4
Fluorescence imaging showing the distribution of extracellular Zn²⁺ in Arabidopsis leaves
(A) Mature Arabidopsis leaves pre-treated with different concentrations of ZnSO₄ and HL¹ (1 mmol∙L^-1) for 4 h, a1 and a2 for control, b1 and b2 for 0.3 μmol∙L^-1 ZnSO₄, c1 and c2 for 3 μmol∙L^-1 ZnSO₄, d1 and d2 for 30 μmol∙L^-1 ZnSO₄, e1 and e2 for 300 μmol∙L^-1 ZnSO₄; (B) The fluorescence intensity of trichome in Arabidopsis leaf with different concentration of ZnSO₄ and HL¹(1 mmol∙L^-1) for 4 h, a for control, b for 0.3 μmol∙L^-1 ZnSO₄, c for 3 μmol∙L^-1 ZnSO₄, d for 30 μmol∙L^-1 ZnSO₄, and e for 300 μmol∙L^-1 ZnSO₄. Blue fluorescence represents Zn²⁺ and red fluorescence for chlorophyll. Bar=100 μm

图5https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-5-608/img_5.png图5 植物细胞在1 mmol∙L-1 HL1下的荧光图像 蓝色荧光代表Zn2+, 红色荧光代表叶绿素。Bar=50 μm Figure 5 Fluorescence image of plant cell in presence of 1 mmol∙L-1 HL1 Blue represents Zn2+ and red for chlorophyll. Bar=50 μm
Figure 5https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-5-608/img_5.png图5 植物细胞在1 mmol∙L-1 HL1下的荧光图像 蓝色荧光代表Zn2+, 红色荧光代表叶绿素。Bar=50 μm Figure 5 Fluorescence image of plant cell in presence of 1 mmol∙L-1 HL1 Blue represents Zn2+ and red for chlorophyll. Bar=50 μm

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图5
植物细胞在1 mmol∙L^-1HL¹下的荧光图像
蓝色荧光代表Zn²⁺, 红色荧光代表叶绿素。Bar=50 μm
Figure 5
Fluorescence image of plant cell in presence of 1 mmol∙L^-1 HL¹
Blue represents Zn²⁺ and red for chlorophyll. Bar=50 μm

由图4B可知, 随着Zn²⁺浓度由低到高, 叶表皮毛中锌离子的荧光强度也依次升高, 这又一次证明化学探针HL¹具有非常好的敏感性和浓度梯度依赖性。叶表皮毛发出荧光的位置主要是表层和外周, 在分支处尤其明显, 叶片细胞间隙也存在明显的蓝色荧光, 这表明叶片中的Zn²⁺主要分布于叶表皮毛的表层和外周以及细胞间隙。有研究表明, 叶表皮毛是由单细胞分化而来, 具有储存金属离子的作用(Cakmak, 2000)。本研究证实表皮毛具有储存Zn²⁺的作用, 暗示着细胞间隙也可能具有储存Zn²⁺的能力。在植物体内, Zn²⁺主要以小分子配体螯合的状态存在(Hacisalihoglu et al., 2003)。从本研究的观察结果可以推断, 能与Zn²⁺结合的小分子配体主要分布于表皮毛和细胞间隙, HL¹能够检测游离态的Zn²⁺, 然而能否与螯合态的Zn²⁺结合有待进一步探究。叶表皮毛具有增加叶表皮厚度、减少热量和水分散失的功能, 帮助植物抵御昆虫和病原体的侵害以及降低紫外光对植物的损伤(Szymanski et al., 2000)。储存在叶表皮毛外周和表层的Zn²⁺是否直接或间接参与以上功能还有待进一步研究。

2.4 拟南芥根中的Zn²⁺用不同浓度Zn²⁺溶液与HL¹溶液共处理根部, 结果(图6)表明, 根的伸长区具有明显的蓝色荧光。在具有蓝色荧光的伸长区取6个点, 根据这些点的荧光强度值, 计算出荧光强度的平均值和标准差并作图。结果表明, 荧光强度从伸长区到成熟区开始逐渐降低, 这说明细胞外游离态Zn²⁺在根的伸长区浓度最高, 它可能与根上部Zn²⁺的浓度形成浓度差, 从而促进Zn²⁺由根尖向根上部的运输。
图6https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-5-608/img_6.png图6 拟南芥根细胞外Zn2+分布荧光图像 (A) 分别用不同浓度的ZnSO4溶液与HL1溶液共处理2 cm左右的拟南芥根, 处理时间为4小时, 其中A1为对照, A2和A3中Zn2+浓度分别为30和300 μmol∙L-1 (Bar=100 μm); (B) A1、A2和A3分别对应处理液Zn2+浓度0、30和300 μmol∙L-1下的荧光强度。蓝色荧光代表Zn2+。 Figure 6 Fluorescence images showing the distribution of extracellular Zn2+ in Arabidopsis roots (A) Two-centimeter-long Arabidopsis root pre-treated with different concentrations of ZnSO4 and HL1 (1 mmol∙L-1) for 4 h, A1, A2, and A3 for control, 30 μmol∙L-1 ZnSO4 and 300 μmol∙L-1 ZnSO4, respectively (Bar=100 μm); (B) A1, A2, and A3 corresponding to the fluorescence intensity of Arabidopsis root treated with different concentrations of ZnSO4 for 0, 30, and 300 μmol∙L-1. Blue fluorescence represents Zn2+.
Figure 6https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-5-608/img_6.png图6 拟南芥根细胞外Zn2+分布荧光图像 (A) 分别用不同浓度的ZnSO4溶液与HL1溶液共处理2 cm左右的拟南芥根, 处理时间为4小时, 其中A1为对照, A2和A3中Zn2+浓度分别为30和300 μmol∙L-1 (Bar=100 μm); (B) A1、A2和A3分别对应处理液Zn2+浓度0、30和300 μmol∙L-1下的荧光强度。蓝色荧光代表Zn2+。 Figure 6 Fluorescence images showing the distribution of extracellular Zn2+ in Arabidopsis roots (A) Two-centimeter-long Arabidopsis root pre-treated with different concentrations of ZnSO4 and HL1 (1 mmol∙L-1) for 4 h, A1, A2, and A3 for control, 30 μmol∙L-1 ZnSO4 and 300 μmol∙L-1 ZnSO4, respectively (Bar=100 μm); (B) A1, A2, and A3 corresponding to the fluorescence intensity of Arabidopsis root treated with different concentrations of ZnSO4 for 0, 30, and 300 μmol∙L-1. Blue fluorescence represents Zn2+.

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图6
拟南芥根细胞外Zn²⁺分布荧光图像
(A) 分别用不同浓度的ZnSO₄溶液与HL¹溶液共处理2 cm左右的拟南芥根, 处理时间为4小时, 其中A1为对照, A2和A3中Zn²⁺浓度分别为30和300 μmol∙L^-1(Bar=100 μm); (B) A1、A2和A3分别对应处理液Zn²⁺浓度0、30和300 μmol∙L^-1下的荧光强度。蓝色荧光代表Zn²⁺。
Figure 6
Fluorescence images showing the distribution of extracellular Zn²⁺ in Arabidopsis roots
(A) Two-centimeter-long Arabidopsis root pre-treated with different concentrations of ZnSO₄ and HL¹(1 mmol∙L^-1) for 4 h, A1, A2, and A3 for control, 30 μmol∙L^-1 ZnSO₄and 300 μmol∙L^-1 ZnSO₄, respectively (Bar=100 μm); (B) A1, A2, and A3 corresponding to the fluorescence intensity of Arabidopsis root treated with different concentrations of ZnSO₄ for 0, 30, and 300 μmol∙L^-1. Blue fluorescence represents Zn²⁺.

目前的研究表明, 木质部中含有大量能螯合Zn²⁺的小分子配体, 且内部的pH值较高(Krämer, 2010), 这对Zn²⁺的长距离运输起到保护作用。根据本研究结果可以推断, Zn²⁺从根伸长区到根上部的运输极有可能与维管束中的木质部存在联系。

2.5 谷子叶片中的Zn²⁺用1 mmol∙L^-1HL¹溶液处理谷子根部, 利用植物的蒸腾作用使HL¹通过根进入叶, 在倒置荧光显微镜下观察, 结果(图7)显示, 蓝色荧光主要分布于叶脉、叶边缘处和细胞间隙。在叶片中央, 蓝色荧光在叶脉处较强, 细胞间隙较弱, 这可能暗示着植物以叶脉作为运输Zn²⁺的通道, 并以叶脉为中心向两侧的细胞间隙运输Zn²⁺。在叶边缘处, 蓝色荧光十分明显, 而与其相邻的细胞间隙的蓝色荧光相对较弱, 这表明叶边缘也可能具有运输Zn²⁺的功能; 相比叶的其它部位, 叶尖处的细胞间隙以及叶边缘蓝色荧光明显, 这可能与位于叶尖处的细胞有关。叶尖处的细胞具有较强的分裂能力, 生理活动及细胞代谢比较旺盛, 因此需要较多的Zn²⁺来满足代谢的需求, 所以叶尖处具有较强的荧光强度。
图7https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-5-608/img_7.png图7 谷子叶片细胞外Zn2+分布荧光图像 (A) 叶中央; (B) 叶边缘; (C) 叶尖。蓝色荧光代表Zn2+, 红色荧光代表叶绿素。Bar=100 μm Figure 7 Fluorescence images showing the distribution of extracellular Zn2+ in Setaria italic leaves (A) The center of leaf; (B) The margin of leaf; (C) The apex of leaf. Blue fluorescence represents Zn2+ and red fluorescence for chlorophyll. Bar=100 μm
Figure 7https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-5-608/img_7.png图7 谷子叶片细胞外Zn2+分布荧光图像 (A) 叶中央; (B) 叶边缘; (C) 叶尖。蓝色荧光代表Zn2+, 红色荧光代表叶绿素。Bar=100 μm Figure 7 Fluorescence images showing the distribution of extracellular Zn2+ in Setaria italic leaves (A) The center of leaf; (B) The margin of leaf; (C) The apex of leaf. Blue fluorescence represents Zn2+ and red fluorescence for chlorophyll. Bar=100 μm

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图7
谷子叶片细胞外Zn²⁺分布荧光图像
(A) 叶中央; (B) 叶边缘; (C) 叶尖。蓝色荧光代表Zn²⁺, 红色荧光代表叶绿素。Bar=100 μm
Figure 7
Fluorescence images showing the distribution of extracellular Zn²⁺ in Setaria italic leaves
(A) The center of leaf; (B) The margin of leaf; (C) The apex of leaf. Blue fluorescence represents Zn²⁺ and red fluorescence for chlorophyll. Bar=100 μm

2.6 小结本实验结果表明, HL¹探针具有特异性、敏感性及稳定性等特性, 说明HL¹能够为探究生物中Zn²⁺的分布提供有效的方法和手段。例如, HL¹可以用于探究不同物体内Zn²⁺的分布; 根据维管组织是植物运输Zn²⁺的主要途径, 可以利用HL¹间接观察维管组织的形态及分布; HL¹也可用于研究与Zn²⁺转运相关或与维管组织分化相关的基因。在生物学领域, HL¹可为Zn²⁺研究开辟一条新的途径, 因此具有广泛的应用前景。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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文中引用次数倒序
被引期刊影响因子

[1]	Bermejo C, Ewald JC, Lanquar V, Jones AM, Frommer WB (2011). In vivo biochemistry: quantifying ion and metabolite levels in individual cells orcultures of yeast.Biochem J 438, 1-10. [本文引用: 1]
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[4]	Hambidge KM, Miller LV, Westcott JE, Sheng XY, Krebs NF (2010). Zinc bioavailability and homeostasis.Am J Clin Nutr 91, 1478S-1483S. [本文引用: 1]
[5]	Hantke K (2001). Bacterial zinc transporters and regulators. BioMetals 14, 239-249. [本文引用: 1]
[6]	Hussain D, Haydon MJ, Wang YW, Wong E, Sherson SM, Young J, Camakaris J, Harper JF, Cobbett CS (2004). P-type ATPase heavy metal transporters with roles in es- sential zinc homeostasis in Arabidopsis.Plant Cell 16, 1327-1339. [本文引用: 1]
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[11]	Lanquar V, Lelièvre F, Bolte S, Hamès C, Alcon C, Neumann D, Vansuyt G, Curie C, Schroder A, Krämer U, Barbier-Brygoo H, Thomine S (2005). Mobilization of vacuolar iron by AtNRAMP3 and AtNRAMP4 is essential for seed germination on low iron.EMBO J 24, 4041-4051. [本文引用: 1]
[12]	Liuzzi JP, Cousins RJ (2004). Mammalian zinc transporters. Annu Rev Nutr 24, 151-172. [本文引用: 1]
[13]	Maret W (2009). Molecular aspects of human cellular zinc homeostasis: redox control of zinc potentials and zinc signals.Biometals 22, 149-157. [本文引用: 1]
[14]	Seigneurin-Berny D, Gravot A, Auroy P, Mazard C, Kraut A, Finazzi G, Grunwald D, Rappaport F, Vavasseur A, Joyard J, Richaud P, Rolland N (2006). HMA1, a new Cu-ATPase of the chloroplast envelope, is essential for growth under adverse light conditions.J Biol Chem 281, 2882-2892. [本文引用: 1]
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1
2011

... 目前追踪和检测Zn²⁺的方法有通过能量色散的X射线分析法(Lanquar et al., 2005)、利用电感耦合等电子体的原子发射光谱法(Seigneurin-Berny et al., 2006) (ICP-AES)、从遗传学角度上编码能量共振转移体法(FRET) (Bermejo et al., 2011)以及化学探针法.此前报道过一种与Zn²⁺特异性结合的化学探针HL¹(2-((1-羟基-2-亚氨基)甲基)6-甲氧基苯酚) (Ji et al., 2012), 该探针分子式为C₁₂H₁₆NO₃, 分子量为222.25 kDa, 结构如图1所示.该化合物通过自身的N、O原子与Zn²⁺形成配位键, 生成稳定的复合物Zn(HL¹)₂. ...

1
2000

... 由图4B可知, 随着Zn²⁺浓度由低到高, 叶表皮毛中锌离子的荧光强度也依次升高, 这又一次证明化学探针HL¹具有非常好的敏感性和浓度梯度依赖性.叶表皮毛发出荧光的位置主要是表层和外周, 在分支处尤其明显, 叶片细胞间隙也存在明显的蓝色荧光, 这表明叶片中的Zn²⁺主要分布于叶表皮毛的表层和外周以及细胞间隙.有研究表明, 叶表皮毛是由单细胞分化而来, 具有储存金属离子的作用(Cakmak, 2000).本研究证实表皮毛具有储存Zn²⁺的作用, 暗示着细胞间隙也可能具有储存Zn²⁺的能力.在植物体内, Zn²⁺主要以小分子配体螯合的状态存在(Hacisalihoglu et al., 2003).从本研究的观察结果可以推断, 能与Zn²⁺结合的小分子配体主要分布于表皮毛和细胞间隙, HL¹能够检测游离态的Zn²⁺, 然而能否与螯合态的Zn²⁺结合有待进一步探究.叶表皮毛具有增加叶表皮厚度、减少热量和水分散失的功能, 帮助植物抵御昆虫和病原体的侵害以及降低紫外光对植物的损伤(Szymanski et al., 2000).储存在叶表皮毛外周和表层的Zn²⁺是否直接或间接参与以上功能还有待进一步研究. ...

1
2003

... 由图4B可知, 随着Zn²⁺浓度由低到高, 叶表皮毛中锌离子的荧光强度也依次升高, 这又一次证明化学探针HL¹具有非常好的敏感性和浓度梯度依赖性.叶表皮毛发出荧光的位置主要是表层和外周, 在分支处尤其明显, 叶片细胞间隙也存在明显的蓝色荧光, 这表明叶片中的Zn²⁺主要分布于叶表皮毛的表层和外周以及细胞间隙.有研究表明, 叶表皮毛是由单细胞分化而来, 具有储存金属离子的作用(Cakmak, 2000).本研究证实表皮毛具有储存Zn²⁺的作用, 暗示着细胞间隙也可能具有储存Zn²⁺的能力.在植物体内, Zn²⁺主要以小分子配体螯合的状态存在(Hacisalihoglu et al., 2003).从本研究的观察结果可以推断, 能与Zn²⁺结合的小分子配体主要分布于表皮毛和细胞间隙, HL¹能够检测游离态的Zn²⁺, 然而能否与螯合态的Zn²⁺结合有待进一步探究.叶表皮毛具有增加叶表皮厚度、减少热量和水分散失的功能, 帮助植物抵御昆虫和病原体的侵害以及降低紫外光对植物的损伤(Szymanski et al., 2000).储存在叶表皮毛外周和表层的Zn²⁺是否直接或间接参与以上功能还有待进一步研究. ...

1
2010

... 锌(Zn)是所有生物体生长繁殖所需要的基本元素.目前认为, 锌在生物体内具有催化和辅因子的作用(Maret, 2009).当植物缺锌时, 普遍会出现生物产量降低、生育力下降、叶片萎黄和过早衰老的症状.长期锌摄入量过低会对成人的健康以及婴儿的行动能力造成较大影响, 引起生长、认知和免疫功能的损伤(Hambidge et al., 2010).普遍的观点认为, 锌至少存在6种转运体家族(Hantke, 2001), 其中ABC转运体家族、RND转运体家族和CorA蛋白家族在细菌中具有转运锌的功能, 然而并未在真核生物中发现类似的功能(Liuzzi and Cousins, 2004).在拟南芥(Ara- bidopsis thaliana)中, 锌转运蛋白(ZIP)家族负责对Zn²⁺装载, 阳离子扩散促进因子(CDF)负责Zn²⁺分配, P_1B型ATP酶泵蛋白家族负责Zn²⁺从根到茎的运输(Hussain et al., 2004).在酵母中, ZIP家族中的ZRT1和ZRT2蛋白负责将外界Zn²⁺转运到细胞内(Zhao and Eide, 1996).在人体内, ZIP4蛋白负责转运肠道内的Zn²⁺, ZIP10蛋白负责肾脏中Zn²⁺的重新吸收(Kelleher and Lonnerdal, 2005).植物需要吸收并转运体外的锌来满足生存的需要.首先植物的根部向根周围分泌小分子有机螯合物并使周围的环境酸化, 来增加锌的溶解, 随后Zn²⁺以游离态穿过细胞膜进入根表皮细胞.进入细胞内的Zn²⁺以小分子配体螯合的状态存在, 它可被转运至液泡中贮存, 也可通过胞间连丝或共质体途径进入维管束的木质部.进入木质部的Zn²⁺仍以小分子配体螯合的状态存在, 在集流的驱动下进入根上部分(Sinclair and Krämer, 2012).植物体内小分子配体具有重要作用, 它维持Zn²⁺的稳定, 防止Zn²⁺与其它物质结合或发生无意义的反应, 这对Zn²⁺的贮藏和运输具有重大意义(Klatte et al., 2009). ...

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2001

... 锌(Zn)是所有生物体生长繁殖所需要的基本元素.目前认为, 锌在生物体内具有催化和辅因子的作用(Maret, 2009).当植物缺锌时, 普遍会出现生物产量降低、生育力下降、叶片萎黄和过早衰老的症状.长期锌摄入量过低会对成人的健康以及婴儿的行动能力造成较大影响, 引起生长、认知和免疫功能的损伤(Hambidge et al., 2010).普遍的观点认为, 锌至少存在6种转运体家族(Hantke, 2001), 其中ABC转运体家族、RND转运体家族和CorA蛋白家族在细菌中具有转运锌的功能, 然而并未在真核生物中发现类似的功能(Liuzzi and Cousins, 2004).在拟南芥(Ara- bidopsis thaliana)中, 锌转运蛋白(ZIP)家族负责对Zn²⁺装载, 阳离子扩散促进因子(CDF)负责Zn²⁺分配, P_1B型ATP酶泵蛋白家族负责Zn²⁺从根到茎的运输(Hussain et al., 2004).在酵母中, ZIP家族中的ZRT1和ZRT2蛋白负责将外界Zn²⁺转运到细胞内(Zhao and Eide, 1996).在人体内, ZIP4蛋白负责转运肠道内的Zn²⁺, ZIP10蛋白负责肾脏中Zn²⁺的重新吸收(Kelleher and Lonnerdal, 2005).植物需要吸收并转运体外的锌来满足生存的需要.首先植物的根部向根周围分泌小分子有机螯合物并使周围的环境酸化, 来增加锌的溶解, 随后Zn²⁺以游离态穿过细胞膜进入根表皮细胞.进入细胞内的Zn²⁺以小分子配体螯合的状态存在, 它可被转运至液泡中贮存, 也可通过胞间连丝或共质体途径进入维管束的木质部.进入木质部的Zn²⁺仍以小分子配体螯合的状态存在, 在集流的驱动下进入根上部分(Sinclair and Krämer, 2012).植物体内小分子配体具有重要作用, 它维持Zn²⁺的稳定, 防止Zn²⁺与其它物质结合或发生无意义的反应, 这对Zn²⁺的贮藏和运输具有重大意义(Klatte et al., 2009). ...

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2004

... 锌(Zn)是所有生物体生长繁殖所需要的基本元素.目前认为, 锌在生物体内具有催化和辅因子的作用(Maret, 2009).当植物缺锌时, 普遍会出现生物产量降低、生育力下降、叶片萎黄和过早衰老的症状.长期锌摄入量过低会对成人的健康以及婴儿的行动能力造成较大影响, 引起生长、认知和免疫功能的损伤(Hambidge et al., 2010).普遍的观点认为, 锌至少存在6种转运体家族(Hantke, 2001), 其中ABC转运体家族、RND转运体家族和CorA蛋白家族在细菌中具有转运锌的功能, 然而并未在真核生物中发现类似的功能(Liuzzi and Cousins, 2004).在拟南芥(Ara- bidopsis thaliana)中, 锌转运蛋白(ZIP)家族负责对Zn²⁺装载, 阳离子扩散促进因子(CDF)负责Zn²⁺分配, P_1B型ATP酶泵蛋白家族负责Zn²⁺从根到茎的运输(Hussain et al., 2004).在酵母中, ZIP家族中的ZRT1和ZRT2蛋白负责将外界Zn²⁺转运到细胞内(Zhao and Eide, 1996).在人体内, ZIP4蛋白负责转运肠道内的Zn²⁺, ZIP10蛋白负责肾脏中Zn²⁺的重新吸收(Kelleher and Lonnerdal, 2005).植物需要吸收并转运体外的锌来满足生存的需要.首先植物的根部向根周围分泌小分子有机螯合物并使周围的环境酸化, 来增加锌的溶解, 随后Zn²⁺以游离态穿过细胞膜进入根表皮细胞.进入细胞内的Zn²⁺以小分子配体螯合的状态存在, 它可被转运至液泡中贮存, 也可通过胞间连丝或共质体途径进入维管束的木质部.进入木质部的Zn²⁺仍以小分子配体螯合的状态存在, 在集流的驱动下进入根上部分(Sinclair and Krämer, 2012).植物体内小分子配体具有重要作用, 它维持Zn²⁺的稳定, 防止Zn²⁺与其它物质结合或发生无意义的反应, 这对Zn²⁺的贮藏和运输具有重大意义(Klatte et al., 2009). ...

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2012

... 目前追踪和检测Zn²⁺的方法有通过能量色散的X射线分析法(Lanquar et al., 2005)、利用电感耦合等电子体的原子发射光谱法(Seigneurin-Berny et al., 2006) (ICP-AES)、从遗传学角度上编码能量共振转移体法(FRET) (Bermejo et al., 2011)以及化学探针法.此前报道过一种与Zn²⁺特异性结合的化学探针HL¹(2-((1-羟基-2-亚氨基)甲基)6-甲氧基苯酚) (Ji et al., 2012), 该探针分子式为C₁₂H₁₆NO₃, 分子量为222.25 kDa, 结构如图1所示.该化合物通过自身的N、O原子与Zn²⁺形成配位键, 生成稳定的复合物Zn(HL¹)₂. ...

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2005

... 锌(Zn)是所有生物体生长繁殖所需要的基本元素.目前认为, 锌在生物体内具有催化和辅因子的作用(Maret, 2009).当植物缺锌时, 普遍会出现生物产量降低、生育力下降、叶片萎黄和过早衰老的症状.长期锌摄入量过低会对成人的健康以及婴儿的行动能力造成较大影响, 引起生长、认知和免疫功能的损伤(Hambidge et al., 2010).普遍的观点认为, 锌至少存在6种转运体家族(Hantke, 2001), 其中ABC转运体家族、RND转运体家族和CorA蛋白家族在细菌中具有转运锌的功能, 然而并未在真核生物中发现类似的功能(Liuzzi and Cousins, 2004).在拟南芥(Ara- bidopsis thaliana)中, 锌转运蛋白(ZIP)家族负责对Zn²⁺装载, 阳离子扩散促进因子(CDF)负责Zn²⁺分配, P_1B型ATP酶泵蛋白家族负责Zn²⁺从根到茎的运输(Hussain et al., 2004).在酵母中, ZIP家族中的ZRT1和ZRT2蛋白负责将外界Zn²⁺转运到细胞内(Zhao and Eide, 1996).在人体内, ZIP4蛋白负责转运肠道内的Zn²⁺, ZIP10蛋白负责肾脏中Zn²⁺的重新吸收(Kelleher and Lonnerdal, 2005).植物需要吸收并转运体外的锌来满足生存的需要.首先植物的根部向根周围分泌小分子有机螯合物并使周围的环境酸化, 来增加锌的溶解, 随后Zn²⁺以游离态穿过细胞膜进入根表皮细胞.进入细胞内的Zn²⁺以小分子配体螯合的状态存在, 它可被转运至液泡中贮存, 也可通过胞间连丝或共质体途径进入维管束的木质部.进入木质部的Zn²⁺仍以小分子配体螯合的状态存在, 在集流的驱动下进入根上部分(Sinclair and Krämer, 2012).植物体内小分子配体具有重要作用, 它维持Zn²⁺的稳定, 防止Zn²⁺与其它物质结合或发生无意义的反应, 这对Zn²⁺的贮藏和运输具有重大意义(Klatte et al., 2009). ...

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2009

... 锌(Zn)是所有生物体生长繁殖所需要的基本元素.目前认为, 锌在生物体内具有催化和辅因子的作用(Maret, 2009).当植物缺锌时, 普遍会出现生物产量降低、生育力下降、叶片萎黄和过早衰老的症状.长期锌摄入量过低会对成人的健康以及婴儿的行动能力造成较大影响, 引起生长、认知和免疫功能的损伤(Hambidge et al., 2010).普遍的观点认为, 锌至少存在6种转运体家族(Hantke, 2001), 其中ABC转运体家族、RND转运体家族和CorA蛋白家族在细菌中具有转运锌的功能, 然而并未在真核生物中发现类似的功能(Liuzzi and Cousins, 2004).在拟南芥(Ara- bidopsis thaliana)中, 锌转运蛋白(ZIP)家族负责对Zn²⁺装载, 阳离子扩散促进因子(CDF)负责Zn²⁺分配, P_1B型ATP酶泵蛋白家族负责Zn²⁺从根到茎的运输(Hussain et al., 2004).在酵母中, ZIP家族中的ZRT1和ZRT2蛋白负责将外界Zn²⁺转运到细胞内(Zhao and Eide, 1996).在人体内, ZIP4蛋白负责转运肠道内的Zn²⁺, ZIP10蛋白负责肾脏中Zn²⁺的重新吸收(Kelleher and Lonnerdal, 2005).植物需要吸收并转运体外的锌来满足生存的需要.首先植物的根部向根周围分泌小分子有机螯合物并使周围的环境酸化, 来增加锌的溶解, 随后Zn²⁺以游离态穿过细胞膜进入根表皮细胞.进入细胞内的Zn²⁺以小分子配体螯合的状态存在, 它可被转运至液泡中贮存, 也可通过胞间连丝或共质体途径进入维管束的木质部.进入木质部的Zn²⁺仍以小分子配体螯合的状态存在, 在集流的驱动下进入根上部分(Sinclair and Krämer, 2012).植物体内小分子配体具有重要作用, 它维持Zn²⁺的稳定, 防止Zn²⁺与其它物质结合或发生无意义的反应, 这对Zn²⁺的贮藏和运输具有重大意义(Klatte et al., 2009). ...

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2010

... 目前的研究表明, 木质部中含有大量能螯合Zn²⁺的小分子配体, 且内部的pH值较高(Krämer, 2010), 这对Zn²⁺的长距离运输起到保护作用.根据本研究结果可以推断, Zn²⁺从根伸长区到根上部的运输极有可能与维管束中的木质部存在联系. ...

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2005

... 目前追踪和检测Zn²⁺的方法有通过能量色散的X射线分析法(Lanquar et al., 2005)、利用电感耦合等电子体的原子发射光谱法(Seigneurin-Berny et al., 2006) (ICP-AES)、从遗传学角度上编码能量共振转移体法(FRET) (Bermejo et al., 2011)以及化学探针法.此前报道过一种与Zn²⁺特异性结合的化学探针HL¹(2-((1-羟基-2-亚氨基)甲基)6-甲氧基苯酚) (Ji et al., 2012), 该探针分子式为C₁₂H₁₆NO₃, 分子量为222.25 kDa, 结构如图1所示.该化合物通过自身的N、O原子与Zn²⁺形成配位键, 生成稳定的复合物Zn(HL¹)₂. ...

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2004

... 锌(Zn)是所有生物体生长繁殖所需要的基本元素.目前认为, 锌在生物体内具有催化和辅因子的作用(Maret, 2009).当植物缺锌时, 普遍会出现生物产量降低、生育力下降、叶片萎黄和过早衰老的症状.长期锌摄入量过低会对成人的健康以及婴儿的行动能力造成较大影响, 引起生长、认知和免疫功能的损伤(Hambidge et al., 2010).普遍的观点认为, 锌至少存在6种转运体家族(Hantke, 2001), 其中ABC转运体家族、RND转运体家族和CorA蛋白家族在细菌中具有转运锌的功能, 然而并未在真核生物中发现类似的功能(Liuzzi and Cousins, 2004).在拟南芥(Ara- bidopsis thaliana)中, 锌转运蛋白(ZIP)家族负责对Zn²⁺装载, 阳离子扩散促进因子(CDF)负责Zn²⁺分配, P_1B型ATP酶泵蛋白家族负责Zn²⁺从根到茎的运输(Hussain et al., 2004).在酵母中, ZIP家族中的ZRT1和ZRT2蛋白负责将外界Zn²⁺转运到细胞内(Zhao and Eide, 1996).在人体内, ZIP4蛋白负责转运肠道内的Zn²⁺, ZIP10蛋白负责肾脏中Zn²⁺的重新吸收(Kelleher and Lonnerdal, 2005).植物需要吸收并转运体外的锌来满足生存的需要.首先植物的根部向根周围分泌小分子有机螯合物并使周围的环境酸化, 来增加锌的溶解, 随后Zn²⁺以游离态穿过细胞膜进入根表皮细胞.进入细胞内的Zn²⁺以小分子配体螯合的状态存在, 它可被转运至液泡中贮存, 也可通过胞间连丝或共质体途径进入维管束的木质部.进入木质部的Zn²⁺仍以小分子配体螯合的状态存在, 在集流的驱动下进入根上部分(Sinclair and Krämer, 2012).植物体内小分子配体具有重要作用, 它维持Zn²⁺的稳定, 防止Zn²⁺与其它物质结合或发生无意义的反应, 这对Zn²⁺的贮藏和运输具有重大意义(Klatte et al., 2009). ...

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2009

... 锌(Zn)是所有生物体生长繁殖所需要的基本元素.目前认为, 锌在生物体内具有催化和辅因子的作用(Maret, 2009).当植物缺锌时, 普遍会出现生物产量降低、生育力下降、叶片萎黄和过早衰老的症状.长期锌摄入量过低会对成人的健康以及婴儿的行动能力造成较大影响, 引起生长、认知和免疫功能的损伤(Hambidge et al., 2010).普遍的观点认为, 锌至少存在6种转运体家族(Hantke, 2001), 其中ABC转运体家族、RND转运体家族和CorA蛋白家族在细菌中具有转运锌的功能, 然而并未在真核生物中发现类似的功能(Liuzzi and Cousins, 2004).在拟南芥(Ara- bidopsis thaliana)中, 锌转运蛋白(ZIP)家族负责对Zn²⁺装载, 阳离子扩散促进因子(CDF)负责Zn²⁺分配, P_1B型ATP酶泵蛋白家族负责Zn²⁺从根到茎的运输(Hussain et al., 2004).在酵母中, ZIP家族中的ZRT1和ZRT2蛋白负责将外界Zn²⁺转运到细胞内(Zhao and Eide, 1996).在人体内, ZIP4蛋白负责转运肠道内的Zn²⁺, ZIP10蛋白负责肾脏中Zn²⁺的重新吸收(Kelleher and Lonnerdal, 2005).植物需要吸收并转运体外的锌来满足生存的需要.首先植物的根部向根周围分泌小分子有机螯合物并使周围的环境酸化, 来增加锌的溶解, 随后Zn²⁺以游离态穿过细胞膜进入根表皮细胞.进入细胞内的Zn²⁺以小分子配体螯合的状态存在, 它可被转运至液泡中贮存, 也可通过胞间连丝或共质体途径进入维管束的木质部.进入木质部的Zn²⁺仍以小分子配体螯合的状态存在, 在集流的驱动下进入根上部分(Sinclair and Krämer, 2012).植物体内小分子配体具有重要作用, 它维持Zn²⁺的稳定, 防止Zn²⁺与其它物质结合或发生无意义的反应, 这对Zn²⁺的贮藏和运输具有重大意义(Klatte et al., 2009). ...

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2006

... 目前追踪和检测Zn²⁺的方法有通过能量色散的X射线分析法(Lanquar et al., 2005)、利用电感耦合等电子体的原子发射光谱法(Seigneurin-Berny et al., 2006) (ICP-AES)、从遗传学角度上编码能量共振转移体法(FRET) (Bermejo et al., 2011)以及化学探针法.此前报道过一种与Zn²⁺特异性结合的化学探针HL¹(2-((1-羟基-2-亚氨基)甲基)6-甲氧基苯酚) (Ji et al., 2012), 该探针分子式为C₁₂H₁₆NO₃, 分子量为222.25 kDa, 结构如图1所示.该化合物通过自身的N、O原子与Zn²⁺形成配位键, 生成稳定的复合物Zn(HL¹)₂. ...

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2012

... 锌(Zn)是所有生物体生长繁殖所需要的基本元素.目前认为, 锌在生物体内具有催化和辅因子的作用(Maret, 2009).当植物缺锌时, 普遍会出现生物产量降低、生育力下降、叶片萎黄和过早衰老的症状.长期锌摄入量过低会对成人的健康以及婴儿的行动能力造成较大影响, 引起生长、认知和免疫功能的损伤(Hambidge et al., 2010).普遍的观点认为, 锌至少存在6种转运体家族(Hantke, 2001), 其中ABC转运体家族、RND转运体家族和CorA蛋白家族在细菌中具有转运锌的功能, 然而并未在真核生物中发现类似的功能(Liuzzi and Cousins, 2004).在拟南芥(Ara- bidopsis thaliana)中, 锌转运蛋白(ZIP)家族负责对Zn²⁺装载, 阳离子扩散促进因子(CDF)负责Zn²⁺分配, P_1B型ATP酶泵蛋白家族负责Zn²⁺从根到茎的运输(Hussain et al., 2004).在酵母中, ZIP家族中的ZRT1和ZRT2蛋白负责将外界Zn²⁺转运到细胞内(Zhao and Eide, 1996).在人体内, ZIP4蛋白负责转运肠道内的Zn²⁺, ZIP10蛋白负责肾脏中Zn²⁺的重新吸收(Kelleher and Lonnerdal, 2005).植物需要吸收并转运体外的锌来满足生存的需要.首先植物的根部向根周围分泌小分子有机螯合物并使周围的环境酸化, 来增加锌的溶解, 随后Zn²⁺以游离态穿过细胞膜进入根表皮细胞.进入细胞内的Zn²⁺以小分子配体螯合的状态存在, 它可被转运至液泡中贮存, 也可通过胞间连丝或共质体途径进入维管束的木质部.进入木质部的Zn²⁺仍以小分子配体螯合的状态存在, 在集流的驱动下进入根上部分(Sinclair and Krämer, 2012).植物体内小分子配体具有重要作用, 它维持Zn²⁺的稳定, 防止Zn²⁺与其它物质结合或发生无意义的反应, 这对Zn²⁺的贮藏和运输具有重大意义(Klatte et al., 2009). ...

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2000

... 由图4B可知, 随着Zn²⁺浓度由低到高, 叶表皮毛中锌离子的荧光强度也依次升高, 这又一次证明化学探针HL¹具有非常好的敏感性和浓度梯度依赖性.叶表皮毛发出荧光的位置主要是表层和外周, 在分支处尤其明显, 叶片细胞间隙也存在明显的蓝色荧光, 这表明叶片中的Zn²⁺主要分布于叶表皮毛的表层和外周以及细胞间隙.有研究表明, 叶表皮毛是由单细胞分化而来, 具有储存金属离子的作用(Cakmak, 2000).本研究证实表皮毛具有储存Zn²⁺的作用, 暗示着细胞间隙也可能具有储存Zn²⁺的能力.在植物体内, Zn²⁺主要以小分子配体螯合的状态存在(Hacisalihoglu et al., 2003).从本研究的观察结果可以推断, 能与Zn²⁺结合的小分子配体主要分布于表皮毛和细胞间隙, HL¹能够检测游离态的Zn²⁺, 然而能否与螯合态的Zn²⁺结合有待进一步探究.叶表皮毛具有增加叶表皮厚度、减少热量和水分散失的功能, 帮助植物抵御昆虫和病原体的侵害以及降低紫外光对植物的损伤(Szymanski et al., 2000).储存在叶表皮毛外周和表层的Zn²⁺是否直接或间接参与以上功能还有待进一步研究. ...

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1996

... 锌(Zn)是所有生物体生长繁殖所需要的基本元素.目前认为, 锌在生物体内具有催化和辅因子的作用(Maret, 2009).当植物缺锌时, 普遍会出现生物产量降低、生育力下降、叶片萎黄和过早衰老的症状.长期锌摄入量过低会对成人的健康以及婴儿的行动能力造成较大影响, 引起生长、认知和免疫功能的损伤(Hambidge et al., 2010).普遍的观点认为, 锌至少存在6种转运体家族(Hantke, 2001), 其中ABC转运体家族、RND转运体家族和CorA蛋白家族在细菌中具有转运锌的功能, 然而并未在真核生物中发现类似的功能(Liuzzi and Cousins, 2004).在拟南芥(Ara- bidopsis thaliana)中, 锌转运蛋白(ZIP)家族负责对Zn²⁺装载, 阳离子扩散促进因子(CDF)负责Zn²⁺分配, P_1B型ATP酶泵蛋白家族负责Zn²⁺从根到茎的运输(Hussain et al., 2004).在酵母中, ZIP家族中的ZRT1和ZRT2蛋白负责将外界Zn²⁺转运到细胞内(Zhao and Eide, 1996).在人体内, ZIP4蛋白负责转运肠道内的Zn²⁺, ZIP10蛋白负责肾脏中Zn²⁺的重新吸收(Kelleher and Lonnerdal, 2005).植物需要吸收并转运体外的锌来满足生存的需要.首先植物的根部向根周围分泌小分子有机螯合物并使周围的环境酸化, 来增加锌的溶解, 随后Zn²⁺以游离态穿过细胞膜进入根表皮细胞.进入细胞内的Zn²⁺以小分子配体螯合的状态存在, 它可被转运至液泡中贮存, 也可通过胞间连丝或共质体途径进入维管束的木质部.进入木质部的Zn²⁺仍以小分子配体螯合的状态存在, 在集流的驱动下进入根上部分(Sinclair and Krämer, 2012).植物体内小分子配体具有重要作用, 它维持Zn²⁺的稳定, 防止Zn²⁺与其它物质结合或发生无意义的反应, 这对Zn²⁺的贮藏和运输具有重大意义(Klatte et al., 2009). ...