基于膜片鉗技術(shù)的洋蔥鋁脅近及緩解效應(yīng)研究.pdf

1、目前，土壤酸化所引發(fā)的鋁毒問題是全球關(guān)注的環(huán)境科學(xué)熱點(diǎn)。大多生長在酸性土壤中的植物往往會發(fā)生鋁中毒，并間接影響植物對水分與營養(yǎng)成分的吸收，導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量下降，因此鋁毒被認(rèn)為是一個世界性的限制酸性土壤上作物產(chǎn)量的主要因子。K+是植物細(xì)胞中含量最為豐富的陽離子，也是植物生長發(fā)育所必需的唯一的一價陽離子，它在植物生長發(fā)育過程中起著重要的作用，具有重要的生理功能。鋁毒抑制根系對K+的吸收，降低植物根系和地上部鉀的含量，Al3+是陽離子通道阻斷劑

2、，可阻斷小麥根細(xì)胞的K+和Ca2+通道，長時間阻斷K+通道，會導(dǎo)致地上部出現(xiàn)缺鉀癥狀。
　　 本文利用膜片鉗全細(xì)胞記錄方式研究了細(xì)胞內(nèi)外不同濃度鋁對洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞質(zhì)膜上內(nèi)向K+通道電流的影響，以探討鋁對植物的作用機(jī)理，并研究鈣對鋁脅迫的緩解效應(yīng)，根據(jù)不同濃度鈣對內(nèi)向K+電流促進(jìn)率的不同，建立緩解模型-Al-Ca濃度關(guān)系模型，為宏觀精確施用鈣肥提供一定的參考。實(shí)驗(yàn)主要結(jié)果如下：
　　 (1)優(yōu)選洋蔥原生質(zhì)體的制備條件。通過

3、酶解法降解細(xì)胞壁釋放出原生質(zhì)體，利用離心從粗提取液中純化出原生質(zhì)體，并通過血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)來比較制備的效果。結(jié)果表明：酶解時間、pH、滲透壓穩(wěn)定劑（甘露醇）及酶的種類是影響原生質(zhì)體制備的重要因素。又采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，得到制備洋蔥原生質(zhì)體的最佳條件：用1.5％纖維素酶、0.1%果膠酶和0.1%BSA配成酶解液，調(diào)節(jié)pH為5.5，加入0.6mol/L甘露醇，將酶液在28℃條件下保溫處理2.0小時。
　　 (2)用全細(xì)胞膜片鉗技術(shù)研究洋

4、蔥原生質(zhì)體的內(nèi)向K+電流。所觀察到的電流特性和其他作物中的內(nèi)向整流K+通道中的電流特性相類似，并發(fā)現(xiàn)低濃度的AlCl3促進(jìn)了內(nèi)向K+電流，當(dāng)電壓為最大負(fù)值時，相對于低濃度，高濃度的AlCl3抑制了內(nèi)向K+電流。
　　 (3)本文實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的AlCl3對內(nèi)向K+電流都有明顯的抑制作用，且呈一定的濃度依賴性，這一結(jié)果表明AlCl3對洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞K+通道有抑制作用。全細(xì)胞記錄顯示細(xì)胞內(nèi)外的Al3+對內(nèi)向K+電流的阻斷常

5、數(shù)Ki不同。細(xì)胞外Al3+對內(nèi)向K+電流的阻斷常數(shù)Ki為59.65μmol/L，細(xì)胞內(nèi)Al3+對內(nèi)向K+電流的阻斷常數(shù)Ki為1.85×10-8mol/L?？梢夾l3+在細(xì)胞內(nèi)比細(xì)胞外對內(nèi)向K+電流產(chǎn)生更強(qiáng)的抑制作用，也說明在洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)向K+通道上細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)比外側(cè)存在更強(qiáng)的Al3+結(jié)合位點(diǎn)。因此認(rèn)為鋁主要通過對內(nèi)向K+通道的內(nèi)部阻斷來抑制K+的吸收。
　　 (4)通過測量胞外不同Al3+和Ca2+濃度組合且同一刺激電K+

6、壓下的電流值，計(jì)算Ca2+對K+電流的促進(jìn)率，并以此為橋梁（促進(jìn)率在三倍以上），建立了Al-Ca濃度關(guān)系模型。給出了求解有效緩解不同Al3+濃度脅迫所需的Ca2+濃度值的方法，包括Ca2+濃度最大值[Ca2+]max、最小值[Ca2+]min和最優(yōu)值[Ca2+]optimal分別與Al3+濃度關(guān)系曲線圖以及擬合方程。模型的建立給實(shí)際應(yīng)用中向酸性土壤溶液中施加含鈣改良劑緩解鋁脅迫以及精確施肥提供了一定理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考，對離子通道水平農(nóng)作