大豆根邊緣細(xì)胞緩解鋁毒的作用及機(jī)理研究.pdf

1、本文以耐鋁植物大豆(Glycine max(L.)Merrill)三個(gè)品種浙春2號(hào)、浙春3號(hào)和華春18號(hào)為材料(其耐鋁強(qiáng)弱為：浙春2號(hào)>浙春3號(hào)>華春18號(hào))，研究了大豆邊緣細(xì)胞(簡(jiǎn)稱BC)的生物學(xué)功能及對(duì)鋁毒的反應(yīng)規(guī)律，探索BC緩解鋁毒害的作用和機(jī)理。結(jié)果摘要如下： 1．大豆BC發(fā)育與根尖同步，其形狀大多為橢圓形或方形，在根長(zhǎng)為15 mm時(shí)數(shù)目達(dá)到最大值(約4800個(gè))，并保持有60～80％的細(xì)胞活性，根長(zhǎng)為5 mm長(zhǎng)時(shí)，其活

2、性達(dá)到最大值(約77％±8)。BC數(shù)目、活性、果膠甲基酯酶(PME)活性及根內(nèi)過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(gAT)和蛋白質(zhì)含量變化在不同根長(zhǎng)、不同品種中存在差異。 2．低pH值能刺激BC從根尖的脫落，降低BC的存活率和PME活性，并隨著外界環(huán)境酸度的減弱，根凈生長(zhǎng)率增大、BC的數(shù)目減少、存活率下降、PME活性不斷增強(qiáng)。表明在大豆BC的生長(zhǎng)發(fā)育過程中，BC的產(chǎn)生、存活率和PME活性變化受外界pH值的影響較大。 3．鋁

3、脅迫能誘導(dǎo)BC的死亡，隨著Al<'3+>濃度的升高和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，細(xì)胞死亡率增加。鋁脅迫下附著于根尖的BC比離體BC有更高的活性，前者Al<'3+>處理24 h后，其成活率仍能達(dá)到74％以上，而后者Al<'3+>處理12 h其活性在400μmol/L時(shí)僅有20％左右的細(xì)胞存活。隨Al<'3+>濃度的提升，PME活性增加，根伸長(zhǎng)受抑加劇，敏感品種較耐性品種有更高的PME活性和根伸長(zhǎng)抑制率和低的細(xì)胞活性。表明Al<'3+>對(duì)BC具有一定的

4、毒害效應(yīng)，較高的滲透壓有利于保持BC的存活，通過與細(xì)胞壁的結(jié)合、加速BC的死亡，可阻止鋁進(jìn)入根尖和根冠的分生組織，起到保護(hù)作用。 4．12 h鋁脅迫能誘導(dǎo)BC從根尖的脫落，而高濃度鋁處理一定時(shí)間后能抑制BC發(fā)育。振蕩培養(yǎng)移走根尖周圍的BC能明顯增強(qiáng)鋁脅迫對(duì)根伸長(zhǎng)的抑制，降低根系的POD活性、CAT活性(短時(shí)間鋁脅迫下)、超氧化物岐化酶(SOD)活性和蛋白質(zhì)含量，根尖附著有邊緣細(xì)胞時(shí)根系伸長(zhǎng)受抑減輕，低濃度鋁作用下，這種作用較明顯

5、。但高濃度鋁(200，400μmol/L Al<'3+>處理12 h和；100～400 μmol/L Al<'3+>處理24h)作用時(shí)根尖附著有無BC對(duì)根系的酶活性及蛋白質(zhì)含量變化差異不明顯(P>0.05)。這些結(jié)果說明鋁脅迫下植物根尖附著的BC是某些物種耐鋁毒的一個(gè)重要機(jī)制，其能通過增加數(shù)目、提高根尖蛋白質(zhì)含量，維持較高水平的POD、CAT 和SOD活性來對(duì)抗鋁毒脅迫，以達(dá)到緩解植物鋁毒害的目的。 5．鋁能刺激BC黏液的分泌，

6、不同Al<'3+>濃度及處理時(shí)間下，黏液層厚度隨鋁濃度的增加而增厚，耐性品種都比敏感品種BC分泌較多的黏液，而振蕩培養(yǎng)移除BC及黏液后根尖被蘇木精染色程度加深，懸空培養(yǎng)有BC及黏液附著的根經(jīng)鋁處理后不除去黏液，根尖的鋁含量大于同樣處理后除去黏液的根尖鋁含量，并且都小于振蕩培養(yǎng)時(shí)根尖鋁的含量。表明大豆根尖BC分泌的黏液對(duì)根尖的保護(hù)是大豆抵御鋁毒的一個(gè)機(jī)制之一。 6．400μmol/LAl<'3+>誘導(dǎo)大豆根24 h時(shí)，核酸電泳顯示

7、細(xì)胞DNA發(fā)生特異性降解并形成DNA“l(fā)adder”，用TUNEL檢測(cè)200μmol/L、400μmol/L-Al<'3+>處理12 h后的大豆根BC，發(fā)現(xiàn)DNA的3'-OH斷端被原位特異標(biāo)記，DAB顯色后細(xì)胞核為陽性或強(qiáng)陽性。同時(shí)，與對(duì)照相比，50μmol/LAl<'3+>處理12 h、25 μmol/LAl<'3+>作用24 h都能促進(jìn)根細(xì)胞中POD和SOD的活性，而處理24 h，50μmol/L～100μmol/L Al<'3+>