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稀土农用是我国首创,产生了巨大的经济效益,但是稀土植物生理效应的机理并不清楚,一个关键问题:稀土离子能否通过细胞膜进入植物细胞一直还有争议。主要原因是植物细胞的细胞壁能够富集大量的稀土离子,目前的分析手段无法将细胞壁的稀土和真正进入细胞的稀土区分开。我们以轮藻的节间细胞为实验材料,有效避免了金属离子在各组分间的交叉污染,建立了ICP-MS测定细胞内微量La3+的分析方法,研究了La3+的摄取机制及生物效应,主要研究结论如下:
1.La3+能够跨膜进入完整的轮藻节间细胞。6μM LaCl3处理72 h,细胞中99.48%的La3+定位在质膜和细胞壁中,仅有0.52%的La3+进入了细胞,并在液泡和细胞质组分中平均分配。
2.节间细胞吸收La3+的动力学过程表明6μM LaCl3培养30 min,La3+就进入了细胞,培养72 h液泡和细胞质中的La3+仍没有饱和。吸收初期,La3+在液泡和细胞质中的积累均出现了明显的滞后现象,说明两种膜外的La3+均需积累到一定的浓度以诱发膜上的La3+转运系统。随着吸收时间的增加,液泡和细胞质组分摄取La3+的速率趋于稳定,表明膜上的La3+转运系统已经饱和。
3.节间细胞摄取La3+的热力学过程表明质膜上存在着一个具有饱和性的La3+载体蛋白。在高浓度下,则由其他的转运系统负责La3+的跨膜吸收
4.研究La3+跨膜途径发现:La3+的跨膜与质膜Ca2+通道和K+通道无关,需要消耗能量,可能是一种主动运输的过程。Na+和Mn2+共存对La3+吸收没有影响,Mg2+抑制了La3+的吸收,柠檬酸能够降低细胞内外La3+积累。
5.原生质体流是一类重要的细胞内事件,LaCl3处理能够抑制节间细胞原生质体流,进一步的分析表明细胞内的La3+可能不是作用的主体,质膜外侧的La3+可能通过干扰细胞[Ca2+]cyt稳态在发挥着重要作用。