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铝对大豆根系生理影响及铝在根尖细胞的微区分布

俞慧娜  
【摘要】: 红壤地区的酸铝影响是限制植物生长的重要因素。为了丰富大豆的耐铝毒机理,本文采用水培的方法,选择铝耐性不同的大豆,用不同的酸铝处理(T_1:0 mmol·L~(-1)+pH 3、T_2:0 mmol·L~(-1)+pH 4、T_3:0 mmol·L~(-1)+pH 5、T_4:0.5 mmol·L~(-1)+pH 5、T_5:1mmol·L~(-1)+pH 5、T_6:1 mmol·L~(-1)+pH 3),在2 h、4 h、6 h、12 h、24 h后测定与根系生理相关指标。随着溶液pH降低,根系生长和根系活力受到抑制;根系可溶性蛋白质含量(Pr)和抗氧化物酶活性先升高后降低,在T_2下最大。在pH 5下,随Al~(3+)浓度的变化,根系长度、根系活力、Pr和超氧化物歧化酶(SOD)活性先增大后减小,在T_4下出现最大值;过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性则随Al~(3+)浓度的增加逐渐增大。T_6下对大豆根系的抑制作用最明显,根系活力,Pr,抗氧化酶活性达到各酸铝处理的最小值,质膜透性有最大值。苏木精染色结果显示:T_6下,2 h的酸铝胁迫就可检测到铝的存在,不同根段的铝含量大小分别是0-0.3 cm>0.6-0.9 cm>0.3-0.6 cm。 比较了长时和短时铝处理下大豆根系的生理特性。结果表明7 d铝处理对大豆根系生长的影响大于12 h的铝处理。在90 mg·L~(-1)的Al~(3+)下,有最小的根长度,最大的根系质膜透性,但对茎叶部分的影响不大;14 d的Al~(3+)处理对根系生长的抑制与7 d相差不大,但对茎叶干重的抑制表现明显。对根尖和根毛区的根系活力比较研究说明铝作用的主要部位在根尖,对大豆根尖活力值的影响在12 h下体现;对根毛区活力值的影响很小,在14 d下体现。 为了从化学角度提供铝毒害鉴定新方法,采用傅立叶变换红外光谱法(FTIR)、热重分析对不同铝浓度下的大豆根系进行研究。相同的波数范围内,不同Al~(3+)浓度下对其红外谱图的性状、波数及吸收峰的多少有所不同,3300 cm~(-1)、2930 cm~(-1)、1542 cm~(-1)和721 cm~(-1)下的吸收峰可作为鉴定大豆铝毒害的特征峰。3300 cm~(-1)、2930 cm~(-1)特征峰在高浓度Al~(3+)毒害下(60、90 mg·L~(-1))明显高于其他浓度特征峰,1542 cm~(-1)下的酰胺Ⅱ带特征峰吸收峰在90 mg·L~(-1)下没有显现。721 cm~(-1)下的吸收峰带却在高浓度Al~(3+)(60、90 mg·L~(-1))下有表现。不同铝浓度下的热重(TG)和差热(DT)曲线在400-500℃温度范围内差别最大,TG曲线在大于30 mg·L~(-1)的Al~(3+)处理下质量损失减少,表明铝处理可能使根系木质化加重,产生难以燃烧的物质;DTA曲线在60、90 mg·L~(-1)的Al~(3+)处理下出现双峰,可作为大豆铝毒害的鉴定标志之一。 以铝敏感大豆浙春3号为材料,利用透射电镜(TEM:Transmission ElectronMicroscope)-X-射线能谱(EDS:Energy Dispersive X-ray)调查铝胁迫下大豆根尖铝的微区分布及亚细胞结构的耐铝性。研究表明,Al~(3+)胁迫导致根尖细胞细胞壁不规则加厚,线粒体数量增多,核膜膨胀,液泡中存在较多的电子致密沉淀物。90mg·L~(-1)的Al~(3+)处理下,根尖细胞内含物完全降解消失,仅剩细胞壁。在10 mg·L~(-1)的Al~(3+)处理下EDS在线粒体、细胞壁和液泡电子致密沉淀物检测到Al;随着Al~(3+)处理浓度的增大,各细胞器中Al的质量和原子数百分比逐渐增大。线粒体在60和90 mg·L~(-1)Al~(3+)下,液泡电子致密沉淀物在90 mg·L~(-1)Al~(3+)下,EDS均无法检测到A_1。细胞核在60mg·L~(-1)的A13'处理下唯一一次检测到A1。A13'抑制了根系生长,根系细胞中细胞壁分部的Al含量受浓度变化最明显。P/Al在细胞壁和线粒体中的相对原子数随Al~(3+)浓度的增大而下降。研究结果提示X-射线能谱是一种快速、有效的对铝在亚显微结构上的定位进行分析的方法。铝最先积累在细胞壁上,随Al~(3+)处理浓度增大逐渐积累于部分细胞器和细胞核中,且含量分布亦由外向里呈递减趁势。


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