硼緩解豌豆根尖及根邊緣細胞鋁毒的細胞學(xué)機理.pdf

1、中國南方土壤為酸性土壤，鋁毒和缺硼是中國南方酸性土壤中的主要限制因子。硼鋁共同作用于細胞壁及生長素的運輸，因而在中國南方酸性土中施硼具有緩解植物鋁毒的作用，我們前期的研究表明硼可以減輕植物根系/細胞壁鋁的累積和鋁向地上部的轉(zhuǎn)移，然而硼緩解鋁毒的細胞學(xué)機理尚不清楚，特別是生長素運輸與細胞壁生長的關(guān)系及細胞壁對鋁的吸附與細胞毒性的關(guān)系值得深入研究。因此我們提出研究假說:鋁脅迫條件下，硼通過調(diào)控生長素的極性運輸，調(diào)節(jié)質(zhì)外體pH的變化，調(diào)控細胞

2、對H+、ROS信號、Ca2+信號等多種信號的感受，促進細胞壁的生長與修飾，從而減輕鋁對細胞的毒害作用。本文以中豌六號豌豆根尖及其根邊緣細胞為實驗材料，從生長素極性運輸、細胞壁超微結(jié)構(gòu)、根邊緣細胞線粒體代謝等方面探討硼緩解細胞鋁毒的機理。主要研究結(jié)果如下:
　　1.硼對鋁毒具有緩解效應(yīng)。加硼處理能夠減少鋁在根尖的累積，特別是鋁在根尖過渡區(qū)的積累，同時能夠減輕鋁對根尖伸長的抑制作用，促進根系生長。
　　2.生長素參與鋁毒的調(diào)控。

3、外源添加生長素能夠有效的減少鋁在根尖過渡區(qū)的累積，與加硼的效應(yīng)一致，暗示著硼減少根尖過渡區(qū)鋁的積累量可能受到生長素的調(diào)控。無鋁條件下，1μmol/L IAA能夠抑制ROS的產(chǎn)生，鋁脅迫條件下，IAA處理能夠使得ROS分布更加均勻，此時ROS可能作為信號分子，刺激根尖產(chǎn)生抗逆反應(yīng)，緩解鋁毒。
　　3.硼能夠緩解鋁對生長素極性運輸?shù)囊种谱饔谩Ｕl件下，不同根區(qū)根表IAA流呈現(xiàn)典型的變化波:以過渡區(qū)為波峰，異常地高于兩翼的分生區(qū)和伸長

4、區(qū)。缺硼處理會明顯的降低過渡區(qū)IAA波峰，但根尖IAA變化波波形保持不變。鋁抑制生長素的極性運輸，從而改變生長素在根尖的分布模式，導(dǎo)致分生區(qū)生長素的累積和過渡區(qū)波峰的消失，造成根尖伸長的抑制。鋁脅迫條件下，硼的供應(yīng)能夠在一定程度上促進生長素的極性運輸，提高過渡區(qū)生長素的含量，從而維持根尖的伸長，提高植物對鋁毒的抗性，進而緩解鋁毒。
　　4.硼參與生長素對根表pH的調(diào)控。IAA處理誘導(dǎo)根表pH的降低，暗示生長素能夠誘導(dǎo)H+的外排，且

5、生長素對pH的調(diào)控作用主要是通過IAA的外排引起的。此外，不同根區(qū)對外源生長素的響應(yīng)不同，說明根尖特定的生長素分布對根表pH以及H+流變化起著重要的調(diào)節(jié)作用。硼處理刺激根尖細胞對生長素的感受，促進質(zhì)膜H+-ATPase的活性和pH的下降。鋁處理誘導(dǎo)根表pH的升高，表明鋁能夠抑制質(zhì)膜H+-ATPase的活性。鋁脅迫的條件下，加硼促進根表pH的堿性化，促進細胞對生長素的吸收和感受，維持根尖正常的生長。
　　5.鋁脅迫造成根邊緣細胞RO

6、S的爆發(fā)和線粒體活性以及膜電位的下降，膜電位的去極化造成線粒體膜通透性的改變，引發(fā)胞質(zhì)Ca2+濃度的增加。透射電鏡的結(jié)果表明，細胞核在鋁毒條件下核仁解體，染色質(zhì)凝結(jié)，細胞內(nèi)含物消失，呈空泡化。所有這些證據(jù)均表明鋁誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生是其干預(yù)根邊緣細胞中線粒體的代謝所引起的細胞程序性死亡。加硼處理尤其是25μmol/L硼在鋁毒的條件下可以有效的維持線粒體的活性，抑制線粒體膜電位的去極化，抑制ROS誘導(dǎo)的邊緣細胞程序性死亡。
　　6.鋁脅迫

7、引起細胞壁組分變化，造成根尖細胞細胞壁的規(guī)則加厚和細胞膜的損傷，以及細胞壁中致密電子物的累積。同時導(dǎo)致根邊緣細胞表面大量絲狀突起的產(chǎn)生，加硼維持細胞壁結(jié)構(gòu)的完整性與穩(wěn)定性，保持細胞壁微絲的光滑與韌性。此外，能譜的結(jié)果表明，硼增加細胞壁對鋁的固定，阻止鋁進入細胞，對其細胞造成直接傷害。
　　在根尖細胞中，鋁脅迫條件下，硼通過調(diào)控鋁毒對生長素外排的抑制作用及細胞對生長素的感受，促進生長素的極性運輸，調(diào)節(jié)質(zhì)外體pH的變化，促進細胞壁的生