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《2003年广西植物生理学年会论文汇编》2003年
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高等植物的铝毒及抗铝机理

黎晓峰  杨敏  凌桂芝  秦丽凤  
【摘要】:土壤中过多的铝离子是限制作物生长的主要因子,培育耐铝的作物新品种是解决酸性土壤中铝毒害问题的经济而有效的办法。阐明植物耐铝的机理是通过现代生物学技术手段培育耐铝作物新品种的基础。根据植物解毒部位的不同,可将作物的时铝机理分为内部忍耐和外部抵御机制,其中植物的根系分泌铝的络合体被认为是某些作物抵御铝毒害的主要机理。有机酸是根系的主要分泌物。另一方面,黑麦是世界上主要的粮食作物和牧草作物,它对铝有很强的抵御能力,但是黑麦的耐铝机制还未阐明。在铝的胁迫压力下,黑麦的根系能够分泌柠檬酸和苹果酸,它们的分泌量随着铝处理的浓度(0-50 μmol L~(-1))和时间(0-24h)的增加而增加,而缺磷胁迫15d或者La、Pb、Cd、Mn处理后均未能发现其根系分泌有机酸,说明黑麦根系分泌有机酸是铝胁迫诱导的专一性反应。50 μmol L~(-1)的铝使敏感的小麦根系表皮细胞死亡,而在铝离子及适宜浓度的柠檬酸或者苹果酸共存的溶液中生长的小麦根尖表皮细胞生长正常、根系的伸长抑制不显著,说明铝诱导的有机酸分泌是黑麦抵御铝毒害的有效机制。在铝胁迫诱导下黑麦和小麦(Atlas 66)分别以不同的模式分泌有机酸,其中前者在铝处理8h后才大量分泌柠檬酸。50μmol L~(-1)的铝处理8h使黑麦根尖柠檬酸合成酶活性增加,而MDH、PEPC、ICDH的活性及小麦根尖四种酶的活性不受铝处理的影响。低温(4℃)及柠檬酸载体抑制剂处理均使黑麦分泌的柠檬酸减少。这些结果说明,铝改变根尖有机酸代谢活动参与调控黑麦分泌有机酸。目前我们正在开展其它的调控因子的研究。粘胶也是根尖的另一重要分泌物。玉米根尖上的粘胶对铝的结合量随着铝处理浓度和处理时问的增加而增加,Shepadex-25分离粘胶-AI复合物,铝和糖分共同存于同一组分中,说明玉米粘胶能够与铝结合。有机酸很难将粘胶-铝复合物中的铝洗脱,NMR不能测定粘胶-铝复合物中的铝,而加入高氯酸将该复合物中的铝游离出来后,铝的NMR信号很强,说明粘胶对铝有很强的结合能力。去除根尖上的粘胶后,更多的铝进入根尖,且粘胶-铝复合物对玉米根尖细胞的毒性很弱,说明粘胶对玉米的根尖有一定的保护作用。此外,豆科作物的共生固氮对铝毒害很敏感,根系的结瘤受铝的毒害作用非常显著。苜蓿根毛变形率因铝的处理明显降低,且在灭菌后加入结瘤因子的溶液中生长的苜蓿根毛,其变形率也随着铝处理浓度的增加而降低,说明铝抑制苜蓿根系结瘤信号因子的传导。

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