植物激素及鋁對小麥根尖有機(jī)酸代謝與分泌的影響.pdf

1、鋁毒是酸性土壤中作物生長發(fā)育的一個最主要限制因素。鋁毒害主要表現(xiàn)為對作物根伸長生長的抑制。不同作物對鋁的耐性存在差異。鋁誘導(dǎo)小麥根尖分泌蘋果酸是其耐鋁的主要機(jī)理，而調(diào)控蘋果分泌的過程以及鋁抑制根伸長生長的機(jī)理仍不十分清楚；本文選擇兩個不同耐鋁性小麥品種Atlas66(耐性)與Scout66(敏感)，采用溶液培養(yǎng)的方法，一方面通過研究兩品種小麥在鋁誘導(dǎo)下根尖激素代謝的差異及激素誘導(dǎo)蘋果酸分泌的差異，探討激素代謝在鋁誘導(dǎo)小麥蘋果酸分泌過程中

2、的作用；另一方面通過研究鋁誘導(dǎo)兩品種小麥根伸長抑制差異和根尖激素代謝變化，以及鋁和IAA誘導(dǎo)不同耐鋁性小麥品種ROS代謝的差異，探討激素參與調(diào)控鋁毒害過程抑制根伸長生長的機(jī)理。研究主要結(jié)論如下： 1.用0、10、20、50、100μmol/LAlCl3處理Atlas66與Scout66根尖24h后，兩個供試品種的相對根伸長率(RRE)均隨著鋁濃度的增加而顯著下降，而且RREAtlas66顯著高于RREScout66。兩品種根尖0

3、～1cm的鋁含量隨著鋁濃度的增加而升高；相同鋁處理條件下，Atlas66根尖0～1cm鋁含量明顯低于Scout66。同時，顯微鏡觀察50μmol/LAlCl3處理兩品種小麥鋁毒害發(fā)現(xiàn)，根尖(特別是根尖0～1cm)是鋁毒害的原初部位，且Atlas66受毒害較輕。表明小麥耐鋁性與根尖鋁含量相關(guān)，Atlas66的耐鋁性強(qiáng)于Scout66。 2.供試兩品種小麥用0、20、50μmol/LAlCl3處理3、6、9h，根尖蘋果酸分泌量均隨時

4、間延長而增加，Atlas66各處理根尖蘋果酸分泌速率均高于Scout66。兩品種處理6h根尖蘋果酸分泌速率均隨鋁濃度增加而升高。表明小麥根尖分泌蘋果酸受鋁誘導(dǎo)且不同耐性小麥根尖分泌蘋果酸存在差異，分析蘋果酸分泌與根尖鋁含量關(guān)系，驗證了小麥根尖分泌蘋果酸是其耐鋁的主要機(jī)理。此外，添加5μmol/L陰離子通道抑制劑A-9-C和NIF均能顯著抑制鋁誘導(dǎo)Atlas66和Scout66根尖蘋果酸分泌，說明鋁誘導(dǎo)小麥根尖分泌蘋果酸經(jīng)由陰離子通道分泌

5、。 3.Atlas66和Scout66用0、20、50μmol/LAlCl3脅迫處理6h，其根尖0～1cm段有機(jī)酸合成相關(guān)酶PEPC，MDH，CS活性與對照相比均沒有明顯變化，其中在不同濃度鋁處理下，兩品種間根尖0～1cm段MDH活性、檸檬酸含量和蘋果酸均無明顯差異，說明鋁誘導(dǎo)小麥根尖蘋果酸分泌不受根尖有機(jī)酸合成調(diào)節(jié)。 4.0、20、50μmol/LAlCl3處理3、6、9h，Atlas66和Scout66根尖ABA、I

6、AA、含量均隨鋁濃度的增加而明顯升高，并且隨時間的延長表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，其中Scout66根尖IAA含量明顯高于Atlas66，且Scout66根尖IAA相對累積量高于Atlas66；ABA含量低于Atlas66。鋁脅迫下Atlas66和Scout66根尖GAs含量均隨鋁濃度的增加而明顯降低，并且隨時間延長而表現(xiàn)逐漸降低的趨勢。表明鋁脅迫影響根尖激素代謝變化，不同耐性品種小麥之間激素代謝存在差異。一方面這可能與鋁脅迫調(diào)控根尖蘋果酸分

7、泌有關(guān)，另外一方面ABA和IAA含量升高可能調(diào)控GAs含量的下降抑制根伸長生長。 5.供試品種4d苗齡幼苗在0、10、50、200μmol/LIAA誘導(dǎo)下6h，蘋果酸分泌速率均隨外源IAA濃度升高而增加，Atlas66根尖蘋果酸的分泌速率高于Scout66，其中200μmol/LIAA誘導(dǎo)下兩品種根尖蘋果酸分泌速率均顯著高于空白，且與50μmol/LAlCl3處理下各自蘋果酸分泌速率無顯著差異。0、5、20、50μmol/LGA

8、s誘導(dǎo)下兩品種根尖蘋果酸分泌有降低趨勢，但不同品種間蘋果酸分泌速率無差異。0、5、10、20、50μmol/LABA誘導(dǎo)下兩品種根尖蘋果酸分泌速率均無變化。同樣的結(jié)果在三周苗齡小麥實驗中也得到驗證。 6.50μmol/LAlCl3和200μmol/LIAA誘導(dǎo)下Atlas66根尖蘋果酸的分泌沒有延遲，15min就能檢測到根尖蘋果酸的大量分泌；6℃和25℃下溫度對IAA和鋁誘導(dǎo)的根尖有機(jī)酸分泌沒有影響；200μmol/LIAA誘導(dǎo)

9、的兩品種小麥根尖蘋果酸分泌亦受5μmol/L陰離子通道抑制劑NIF和A-9-C抑制。表明IAA和鋁誘導(dǎo)的根尖蘋果酸分泌特征相似，IAA誘導(dǎo)的根尖蘋果酸的分泌亦經(jīng)由陰離子通道分泌。 7.200μmol/LIAA誘導(dǎo)下兩個品種小麥根尖0～1cm,段檸檬酸和蘋果酸含量沒有變化，根尖0～1鋤段有機(jī)酸代謝相關(guān)酶PEPC、MDH和CS活性也沒有明顯變化。說明與鋁誘導(dǎo)根尖蘋果酸分泌相似，IAA誘導(dǎo)根尖蘋果酸分泌亦不涉及根尖內(nèi)源有機(jī)酸代謝的調(diào)控

10、，進(jìn)一步說明IAA可能參與鋁誘導(dǎo)根尖蘋果酸分泌。 8.50μmol/LAlCl3脅迫下Atlas66根尖0～1cm段SOD、APX和GR活性顯著低于Scout66，同時Atlas66根尖CAT活性顯著高于Scout66，表明Atlas66和Scout66之間存在抗氧化差異。50μmol/LAlCl3鋁處理，兩品種根尖POD活性均顯著升高，Scout66根尖POD活性高于Atlas66，說明小麥根伸長受抑制可能是蘋果酸分泌及抗氧化

11、脅迫兩者共同作用結(jié)果，ROS累積越多，POD活性越高，越促進(jìn)細(xì)胞壁交聯(lián)硬化從而抑制了根伸長生長。 9.200μmol/LIAA誘導(dǎo)下Atlas66根尖SOD、APX和GR活性亦顯著升高，兩者根尖CAT活性雖無顯著變化，但Atlas66根尖CAT活性高于Scout66；同時兩者根尖POD活性顯著升高，Scout66根尖POD活性高于Atlas66，與鋁脅迫相似。顯微鏡觀察50μmol/LAlCl3處理小麥根尖發(fā)現(xiàn)，根尖IAA累積區(qū)