鋁脅迫下大豆根冠粘液分泌特性和耐鋁機(jī)理研究.pdf

1、酸性土壤在全球分布廣泛，由此引發(fā)的鋁毒問題被認(rèn)為是酸性土壤中限制作物生長最重要的因素，嚴(yán)重影響酸性土壤上作物的生產(chǎn)力。鋁毒的原初效應(yīng)是抑制植物的根系伸長，進(jìn)而抑制植物對水分和養(yǎng)分的吸收。植物對鋁的外部排斥機(jī)制是其耐鋁的機(jī)制之一，通過外部排斥機(jī)制能使大量的鋁被拒之于根表之外免遭其毒害。根尖粘液是主要由根冠細(xì)胞和邊緣細(xì)胞分泌的高分子物質(zhì)，其在植物外部排拆鋁中所起的作用逐漸受到重視。本文采用兩種不同鋁耐型的大豆(Glycine max L.)

2、浙春3號(鋁敏感性品種)、浙秋2號(鋁耐性品種)為材料，采用懸空培養(yǎng)法培養(yǎng)收集根冠粘液，分析粘液多糖的單糖組成和鋁脅迫下大豆根尖粘液分泌量、主要成分等基本的生物學(xué)特性變化，研究根冠粘液結(jié)合鋁的能力以及阻止鋁進(jìn)入根尖的貢獻(xiàn)大小，以及粘液中結(jié)合鋁的主要物質(zhì)和根尖生理特性，揭示根冠粘液在大豆根際排斥鋁的作用和機(jī)理，有望為植物鋁毒及耐鋁機(jī)制和遺傳改良研究探索新途徑。 研究結(jié)果如下： (1)建立了采用三氟乙酸水解豌豆根尖粘液中的多

3、糖，衍生化后用氣相色譜分離測定6種單糖的分析方法。實驗表明，根尖粘液用三氟乙酸水解并乙?；捎肙V-17石英毛細(xì)管柱(35 m×0.32 mn×0.33μm)為色譜柱，利用氣相色譜法對6種單糖進(jìn)行分離測定，6種糖全部達(dá)到基線分離，總分析時間為42 min。用保留時間定性，外標(biāo)法定量。方法相線性范圍為0.0025～2.5 mg/mL，各標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)r>0.9991。檢出限0.0216～O.1578μg/mL，加樣回收率為96.7％～

4、107.4％。實驗結(jié)果表明本法是一種有效測定逆境脅迫下植物根尖粘液中糖類物質(zhì)組成的方法。 (2)通過懸空培養(yǎng)法對大豆進(jìn)行培養(yǎng)，收集根尖粘液，研究鋁脅迫下粘液的分泌特性。結(jié)果表明：鋁脅迫誘導(dǎo)根尖粘液分泌，耐鋁大豆浙秋2號粘液產(chǎn)生量高于鋁敏感大豆浙春3號。粘液中含有較高含量的糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸、有機(jī)酸等物質(zhì)，這些成分在浙秋2號中的含量普遍高于浙春3號。400μmol/LA1處理下，浙春3號和浙秋2號的蛋白質(zhì)含量分別達(dá)到對照的4.7

5、倍、3.9倍；氨基酸含量達(dá)對照的8.0倍、5.2倍，總有機(jī)酸含量是對照的7.0倍、3.9倍；粘液的pH呈弱堿性，在鋁毒下變化較小。上述結(jié)果表明，鋁毒脅迫下，糖類物質(zhì)是粘液中響應(yīng)最大的成分，可能是粘液中響應(yīng)鋁毒的主要物質(zhì)。 (3)對大豆根尖粘液糖類含量及組成成分進(jìn)行測定，結(jié)果表明：多糖是粘液中的主要成分，占粘液成分的90％。鋁脅迫引起總糖含量顯著增加，浙春3號和浙秋2號經(jīng).400μmol/L鋁處理后總糖含量分別增加了218.2％、

6、88.1％。粘液中的多糖主要由木糖、半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖、鹽藻糖和甘露糖6種單糖組成。鋁脅迫下其中葡萄糖和木糖的含量較高且對鋁脅迫的響應(yīng)程度大，可作為大豆根尖粘液多糖響應(yīng)鋁脅迫的標(biāo)志性單糖。 (4)采用懸空培養(yǎng)條件下去除和保留根根尖粘液法，分別測定根相對伸長率，根尖、根尖細(xì)胞壁和粘液中的鋁含量以及PME活性。結(jié)果表明：保留根尖粘液時，浙春3號和浙秋2號的根相對伸長率平均比相同鋁濃度處理下去除粘液處理組分別高15.8％和21.

7、6％，表明粘液顯著緩解鋁毒對大豆根系生長的抑制作用。根尖保留粘液緩解鋁脅迫引起的PME活性增加，浙秋2號的PME活性低于浙春3號。400μmol/L鋁處理下浙秋2號粘液吸收了49.5％的鋁，而浙春3號僅14.2％。盡管粘液結(jié)合了大量的鋁，但是毒害形態(tài)的單核鋁含量非常低，粘液單核鋁僅占總鋁含量的0.06％～1.16％。熒光染色結(jié)果表明根尖吸收的鋁在細(xì)胞壁上的積累，保留粘液處理組的根尖熒光強(qiáng)度明顯低于去除粘液處理組。細(xì)胞壁的鋁含量測定結(jié)果也

8、表明，去除根尖粘液后細(xì)胞壁上的鋁含量顯著增加。上述結(jié)果表明，根尖保留粘液能抑制鋁進(jìn)入根尖，減少鋁與細(xì)胞壁的結(jié)合；推測粘液能夠?qū)⒍竞π螒B(tài)鋁結(jié)合形成穩(wěn)定的結(jié)合物或者非毒害形態(tài)，降低鋁對根生長的抑制作用，緩解了鋁毒害。 (5)采用懸空培養(yǎng)條件下去除和保留根根尖粘液法，分別測定根尖細(xì)胞壁成分含量變化和根尖呼吸酶活性。去除根尖粘液引起細(xì)胞壁果膠、半纖維素1和半纖維素2增加；鋁耐型的浙秋2號去除根尖粘液后各成分含量增長率較高，最高達(dá)239.

9、4％(果膠)、194.8％(半纖維素1)和759.3％(半纖維素2)，表明粘液顯著緩解由鋁脅迫引起的大豆根尖細(xì)胞壁多糖組分的增加。粘液對呼吸酶活性影響結(jié)果顯示，去除粘液后H+-ATPase和Ca2+-ATPase活性顯著下降，浙春3號和浙秋2號的H+-ATPase最低分別僅為保留粘液組的84.1％、68.8％，Ca2+ATPase活性最低分別僅為保留粘液組的65.2％、45.7％。上述結(jié)果暗示粘液能有效降低鋁引起的細(xì)胞壁多糖含量，減少細(xì)

10、胞壁上能與鋁結(jié)合的結(jié)構(gòu)，降低了細(xì)胞壁對鋁的結(jié)合能力；同時穩(wěn)定根尖呼吸酶活性，促進(jìn)根尖細(xì)胞正常伸長。 (6)采用懸空培養(yǎng)法培養(yǎng)大豆，收集根冠粘液測定其中的果膠和酚類含量。粘液中還含有能結(jié)合金屬陽離子的物質(zhì)如果膠、酚類。鋁處理下粘液中的果膠、酚類顯著增加，400μmol/L鋁處理下浙春3號和浙秋2號的果膠分別比對照增加293.8％和195.7％，酚類分別比對照增長215.6％、214.0％。鋁脅迫下粘液中酸性磷酸酶活性顯著增加，20