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植物激素及铝对小麦根尖有机酸代谢与分泌的影响

王伟  
【摘要】: 铝毒是酸性土壤中作物生长发育的一个最主要限制因素。铝毒害主要表现为对作物根伸长生长的抑制。不同作物对铝的耐性存在差异。铝诱导小麦根尖分泌苹果酸是其耐铝的主要机理,而调控苹果分泌的过程以及铝抑制根伸长生长的机理仍不十分清楚;本文选择两个不同耐铝性小麦品种Atlas 66(耐性)与Scout 66(敏感),采用溶液培养的方法,一方面通过研究两品种小麦在铝诱导下根尖激素代谢的差异及激素诱导苹果酸分泌的差异,探讨激素代谢在铝诱导小麦苹果酸分泌过程中的作用;另一方面通过研究铝诱导两品种小麦根伸长抑制差异和根尖激素代谢变化,以及铝和IAA诱导不同耐铝性小麦品种ROS代谢的差异,探讨激素参与调控铝毒害过程抑制根伸长生长的机理。研究主要结论如下: 1.用0、10、20、50、100μmol/LAlCl_3处理Atlas 66与Scout 66根尖24 h后,两个供试品种的相对根伸长率(RRE)均随着铝浓度的增加而显著下降,而且RRE_(Atlas 66)显著高于RRE_(Scout 66)。两品种根尖0~1 cm的铝含量随着铝浓度的增加而升高;相同铝处理条件下,Atlas 66根尖0~1 cm铝含量明显低于Scout 66。同时,显微镜观察50μmol/L AlCl_3处理两品种小麦铝毒害发现,根尖(特别是根尖0~1 cm)是铝毒害的原初部位,且Atlas 66受毒害较轻。表明小麦耐铝性与根尖铝含量相关,Atlas 66的耐铝性强于Scout 66。 2.供试两品种小麦用0、20、50μmol/L AlCl_3处理3、6、9 h,根尖苹果酸分泌量均随时间延长而增加,Atlas 66各处理根尖苹果酸分泌速率均高于Scout 66。两品种处理6 h根尖苹果酸分泌速率均随铝浓度增加而升高。表明小麦根尖分泌苹果酸受铝诱导且不同耐性小麦根尖分泌苹果酸存在差异,分析苹果酸分泌与根尖铝含量关系,验证了小麦根尖分泌苹果酸是其耐铝的主要机理。此外,添加5μmol/L阴离子通道抑制剂A-9-C和NIF均能显著抑制铝诱导Atlas 66和Scout 66根尖苹果酸分泌,说明铝诱导小麦根尖分泌苹果酸经由阴离子通道分泌。 3.Atlas 66和Scout 66用0、20、50μmol/L AlCl_3胁迫处理6 h,其根尖0~1cm段有机酸合成相关酶PEPC,MDH,CS活性与对照相比均没有明显变化,其中在不同浓度铝处理下,两品种间根尖0~1 cm段MDH活性、柠檬酸含量和苹果酸均无明显差异,说明铝诱导小麦根尖苹果酸分泌不受根尖有机酸合成调节。 4.0、20、50μmol/L AlCl_3处理3、6、9 h,Atlas 66和Scout 66根尖ABA、IAA、含量均随铝浓度的增加而明显升高,并且随时间的延长表现出逐渐增加的趋势,其中Scout 66根尖IAA含量明显高于Atlas 66,且Scout 66根尖IAA相对累积量高于Atlas 66;ABA含量低于Atlas 66。铝胁迫下Atlas 66和Scout 66根尖GA_s含量均随铝浓度的增加而明显降低,并且随时间延长而表现逐渐降低的趋势。表明铝胁迫影响根尖激素代谢变化,不同耐性品种小麦之间激素代谢存在差异。一方面这可能与铝胁迫调控根尖苹果酸分泌有关,另外一方面ABA和IAA含量升高可能调控GA_s含量的下降抑制根伸长生长。 5.供试品种4 d苗龄幼苗在0、10、50、200μmol/L IAA诱导下6 h,苹果酸分泌速率均随外源IAA浓度升高而增加,Atlas 66根尖苹果酸的分泌速率高于Scout 66,其中200μmol/L IAA诱导下两品种根尖苹果酸分泌速率均显著高于空白,且与50μmol/L AlCl_3处理下各自苹果酸分泌速率无显著差异。0、5、20、50μmol/L GA_s诱导下两品种根尖苹果酸分泌有降低趋势,但不同品种间苹果酸分泌速率无差异。0、5、10、20、50μmol/L ABA诱导下两品种根尖苹果酸分泌速率均无变化。同样的结果在三周苗龄小麦实验中也得到验证。 6.50μmol/L AlCl_3和200μmol/L IAA诱导下Atlas 66根尖苹果酸的分泌没有延迟,15min就能检测到根尖苹果酸的大量分泌;6℃和25℃下温度对IAA和铝诱导的根尖有机酸分泌没有影响;200μmol/L IAA诱导的两品种小麦根尖苹果酸分泌亦受5μmol/L阴离子通道抑制剂NIF和A-9-C抑制。表明IAA和铝诱导的根尖苹果酸分泌特征相似,IAA诱导的根尖苹果酸的分泌亦经由阴离子通道分泌。 7.200μmol/L IAA诱导下两个品种小麦根尖0~1 cm段柠檬酸和苹果酸含量没有变化,根尖0~1 cm段有机酸代谢相关酶PEPC、MDH和CS活性也没有明显变化。说明与铝诱导根尖苹果酸分泌相似,IAA诱导根尖苹果酸分泌亦不涉及根尖内源有机酸代谢的调控,进一步说明IAA可能参与铝诱导根尖苹果酸分泌。 8.50μmol/L AlCl_3胁迫下Atlas 66根尖0~1 cm段SOD、APX和GR活性显著低于Scout 66,同时Atlas 66根尖CAT活性显著高于Scout 66,表明Atlas 66和Scout 66之间存在抗氧化差异。50μmol/L AlCl_3铝处理,两品种根尖POD活性均显著升高,Scout 66根尖POD活性高于Atlas 66,说明小麦根伸长受抑制可能是苹果酸分泌及抗氧化胁迫两者共同作用结果,ROS累积越多,POD活性越高,越促进细胞壁交联硬化从而抑制了根伸长生长。 9.200μmol/L IAA诱导下Atlas 66根尖SOD、APX和GR活性亦显著升高,两者根尖CAT活性虽无显著变化,但Atlas 66根尖CAT活性高于Scout 66;同时两者根尖POD活性显著升高,Scout 66根尖POD活性高于Atlas 66,与铝胁迫相似。显微镜观察50μmol/L AlCl_3处理小麦根尖发现,根尖IAA累积区域纤维化程度较高,Scout 66纤维化程度高于Atlas 66;铝胁迫下Al~(3+)主要累积在皮层和外皮层很难进入这个区域引起氧化胁迫,而铝胁迫下小麦根尖IAA含量升高,且Scout 66根尖IAA相对累积量较高,说明铝胁迫下根尖IAA含量的升高与铝诱导的根伸长受抑制相关。


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