麥類作物抗鋁毒機(jī)理研究.pdf

1、鋁毒是制約酸性土壤上作物生產(chǎn)的主要因素之一。鋁誘導(dǎo)有機(jī)酸分泌及細(xì)胞壁的作用是近年來植物抗鋁機(jī)理的研究熱點。本文在篩選不同小黑麥品種鋁敏感性的基礎(chǔ)上，研究了根尖細(xì)胞細(xì)胞壁中的果膠、陽離子交換量(CEC)及鋁誘導(dǎo)的有機(jī)酸分泌在抗鋁性中的作用。此外，我們深入研究了鋁脅迫誘導(dǎo)的根尖氧化脅迫、細(xì)胞壁成分改變與鋁毒之間的關(guān)系，以闡明鋁毒害的原初作用位點。為了探明細(xì)胞壁及其與鋁誘導(dǎo)分泌的有機(jī)酸的相互作用，我們以離體細(xì)胞壁為材料，采用動力學(xué)的手段研究了

2、抗性小麥Atlas66及抗鋁性不同的近等位基因小麥ET8(抗性)和ES8(敏感)不同根段(0-1、1-2、2-3cm)細(xì)胞壁對鋁的吸附與解吸特性和蘋果酸分泌在保護(hù)細(xì)胞壁鋁吸持位點中的作用。結(jié)果概述如下： 1.小黑麥抗鋁機(jī)理所選用的10個小黑麥品種在抗鋁性上存在著顯著基因型差異，但它們的根尖果膠含量、CEC與抗鋁性之間不存在顯著相關(guān)性，說明根尖細(xì)胞壁的帶電性并不是影響小黑麥抗鋁性的主要因素。同時，我們發(fā)現(xiàn)小黑麥根系在鋁脅迫下可同時

3、誘導(dǎo)分泌蘋果酸和檸檬酸，且分泌的有機(jī)酸量與抗鋁性呈顯著正相關(guān)，與根尖鋁含量呈顯著負(fù)相關(guān)，表明由有機(jī)酸分泌而形成的鋁排斥作用是小黑麥的主要抗鋁機(jī)制。對抗鋁性差異最大的兩個小黑麥品種(ZC237和OH1621)的深入研究表明，鋁誘導(dǎo)的有機(jī)酸分泌存在一個明顯的滯后期(3小時)，分泌量隨外部鋁處理濃度的提高而增加，且抗鋁品種的分泌量遠(yuǎn)高于敏感品種。此外，鋁誘導(dǎo)的有機(jī)酸分泌在低溫條件下(4℃)基本停止，且被陰離子通道抑制劑(Phenylglyox

4、al和Niflumicacid)所抑制，說明鋁誘導(dǎo)的有機(jī)酸分泌受代謝調(diào)節(jié)，且是通過質(zhì)膜上的陰離子通道實現(xiàn)的。 2.鋁對小黑麥根尖毒害的原初作用位點為了探討鋁毒引起的根伸長快速抑制的原初作用位點，我們以抗鋁性差異顯著的兩個小黑麥品種研究了鋁對根伸長抑制、抗氧化酶活性、脂質(zhì)過氧化及細(xì)胞壁組分影響的時間變化及其相互關(guān)系。結(jié)果表明，隨著鋁處理濃度的增加，鋁對根伸長的抑制與超氧化物歧化酶(SOD)，過氧化物酶(POD)活性及丙二醛(MDA

5、)含量的提高均存在較好的相關(guān)性。對于抗鋁品種ZC237，鋁脅迫3小時后雖然根伸長已明顯受到抑制，細(xì)胞壁果膠及半纖維素組分6小時后表現(xiàn)出顯著增加，但SOD和POD活性需到鋁處理12小時后才顯著提高；同樣，對于敏感品種ZC1890，鋁脅迫1小時后根伸長就明顯受到抑制，細(xì)胞壁半纖維素組分2小時后也顯著增加，而SOD和POD活性需在6小時后才表現(xiàn)出顯著上升。敏感品種ZC189050μMAl處理3小時后，再用檸檬酸解吸30分鐘，根伸長即可得到顯著

6、恢復(fù)，檸檬酸解吸后根尖及細(xì)胞壁鋁含量分別降低了38﹪和30﹪，說明結(jié)合于細(xì)胞壁上的鋁在小黑麥表現(xiàn)鋁毒害中起著十分重要的作用。由此我們認(rèn)為，鋁脅迫對細(xì)胞壁組分的改變發(fā)生在對質(zhì)膜產(chǎn)生氧化脅迫之前，但仍不是抑制根伸長的原初作用位點。 3.抗鋁小麥根細(xì)胞壁在抗鋁性中的作用初探為了進(jìn)一步研究細(xì)胞壁在植物抗鋁毒中的作用，我們以抗鋁研究中常用的抗性小麥品種Atlas66為材料，通過提取整體根的細(xì)胞壁，研究了其對鋁的吸附與解吸特性，并初步探討了

7、改變細(xì)胞壁組分對吸附與解吸特性的影響。結(jié)果表明，幾乎所有吸附的鋁能被2.5mMCaCl2溶液(pH4.5)所解吸，說明大部分鋁是以靜電吸附的形式結(jié)合在細(xì)胞壁上的。1﹪果膠酶處理細(xì)胞壁30分鐘后，鋁吸附量下降了近50﹪，表明細(xì)胞壁中的果膠組分在鋁吸附中起著重要作用。我們還發(fā)現(xiàn)當(dāng)細(xì)胞壁用1和10mM蘋果酸預(yù)處理12小時后，鋁吸附量分別下降了60﹪和80﹪，充分說明鋁脅迫下分泌的蘋果酸還具有降低細(xì)胞壁對鋁的吸附達(dá)到將鋁排斥在細(xì)胞外的效果。

8、 4.一對近等位基因小麥根尖細(xì)胞壁在抗鋁性中的作用為了探討細(xì)胞壁鋁吸附與解吸特性是否與抗鋁性有關(guān)，我們進(jìn)一步研究了近等位基因小麥ET8和ES8不同根段(0-1、1-2、2-3cm)細(xì)胞壁及離體根尖對鋁的吸附與解吸特性。ET8根尖(0-1cm)細(xì)胞壁鋁吸附總量顯著高于ES8，而解吸率(鋁解吸量占吸附總量的百分比)顯著低于ES8，表明ET8根尖細(xì)胞壁對鋁有更高的結(jié)合能力和結(jié)合強(qiáng)度；兩個小麥品種根尖細(xì)胞壁果膠含量均顯著高于非根尖段(1-2

9、、2-3cm)，但兩個小麥品種不存在顯著差異；根尖細(xì)胞壁對鋁的吸附量也均大于，而解吸率均小于非根尖段，其中尤以ET8更為顯著。當(dāng)用果膠酶部分降解根尖細(xì)胞壁果膠后，細(xì)胞壁對鋁的吸附量均顯著下降，但前期的鋁吸附量無顯著差異。以離體根尖處于活體狀態(tài)為研究材料，我們發(fā)現(xiàn)ET8離體根尖鋁吸附總量顯著低于ES8；當(dāng)離體根尖用沸騰乙醇致死后，ET8吸附總量顯著高于ES8。而當(dāng)ET8的離體根尖用抑制蘋果酸分泌的陰離子通道抑制劑尼氟滅酸(Niflumic