發(fā)布時(shí)間：2020-11-12 17:27

　　 硼是柑橘正常生長所必需的微量營養(yǎng)元素之一。缺硼已經(jīng)嚴(yán)重制約了我國柑橘產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。柑橘砧木的生長狀況在果樹對養(yǎng)分的吸收和對逆境脅迫的適應(yīng)能力等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。枳殼砧木(枳砧)[Poncirus trifoliata(L.)Raf.]作為我國柑橘的主栽砧木,對缺硼十分敏感,供硼不足時(shí),根系是最早出現(xiàn)缺硼癥狀的部位。因此,進(jìn)一步探討枳砧根系伸長受阻、根尖膨大等缺硼癥狀與根系內(nèi)部結(jié)構(gòu)、細(xì)胞壁特性和物質(zhì)代謝途徑的內(nèi)在聯(lián)系,有助于理解硼在柑橘砧木上的生理功能,豐富硼營養(yǎng)理論。另外,缺硼的枳砧恢復(fù)正常供硼后根系代謝產(chǎn)物的響應(yīng)研究,能夠?yàn)楦涕僬枘镜目茖W(xué)合理施肥提供理論基礎(chǔ)。本研究以枳砧實(shí)生苗作為試驗(yàn)材料,采用營養(yǎng)液培養(yǎng)方式,利用石蠟切片、透射電鏡(TEM)、熒光顯微鏡(FM)、傅里葉紅外光譜(FTIR)、~(13)C固體核磁共振(~(13)C-NMR)、熒光染料活體染色、非靶標(biāo)代謝(GC-TOF-MS)和靶標(biāo)代謝(UHPLC-MS/MS)技術(shù),分析了缺硼對枳砧實(shí)生苗根系細(xì)胞壁物質(zhì)組分及結(jié)構(gòu)、細(xì)胞壁果膠特性、根尖細(xì)胞活性及結(jié)構(gòu)、根系活性氧類物質(zhì)(ROS)和莽草酸代謝途徑中次級代謝產(chǎn)物的影響,并研究了對缺硼的植株恢復(fù)正常供硼不同時(shí)長后根系中代謝產(chǎn)物的響應(yīng)差異。得到的主要研究結(jié)果如下:1缺硼脅迫下枳砧根尖微觀結(jié)構(gòu)和細(xì)胞活力特征缺硼顯著抑制了枳砧幼苗的生長,并且對根系的影響更明顯,側(cè)根發(fā)育受阻,根尖短粗膨大。對枳砧根尖的FDA-PI活體染色結(jié)果表明,缺硼破壞了根尖細(xì)胞的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),細(xì)胞損傷嚴(yán)重,PI染料將細(xì)胞核染成紅色;而正常硼處理的植株根尖細(xì)胞完整,在熒光顯微鏡下根尖呈綠色。缺硼脅迫下根系丙二醛(MDA)含量的顯著升高也表征了細(xì)胞膜脂過氧化程度的加劇。缺硼還破壞了根尖解剖結(jié)構(gòu),表皮細(xì)胞排列紊亂,韌皮部細(xì)胞細(xì)胞核降解,細(xì)胞壁不規(guī)則增厚,液泡破裂,細(xì)胞間的黏附作用降低。對根尖ROS的熒光染色以及化學(xué)方法測定分析結(jié)果可知,缺硼時(shí)大量過氧化氫(H_2O_2)和超氧陰離子(O_2~(·-))在根系積累,雖然抗氧化酶(超氧化物歧化酶、愈創(chuàng)木酚過氧化物酶和過氧化氫酶)活性增強(qiáng),但并沒有完全清除多余的ROS,這也表明了缺硼對根系造成了氧化脅迫。2缺硼脅迫下枳砧根系細(xì)胞壁組分及果膠特性與對照相比,缺硼處理9周后枳砧幼苗根長和株高分別降低了64.86和46.35%,各部位的干物質(zhì)積累量也顯著降低。缺硼還降低了枳砧根系和根細(xì)胞壁中的硼含量,但細(xì)胞壁中結(jié)合的硼的比例顯著升高,是對照的2.28倍,說明供硼不足條件下根系中的硼會優(yōu)先分配到細(xì)胞壁中。根系TEM圖像和細(xì)胞壁的提取及厚度測量結(jié)果表明,缺硼破壞了細(xì)胞結(jié)構(gòu),細(xì)胞壁明顯增厚,缺硼根系細(xì)胞壁厚度是對照的1.82倍,細(xì)胞壁物質(zhì)的量也顯著增加。FTIR和~(13)C-NMR光譜揭示了缺硼脅迫下枳砧根細(xì)胞壁主要化學(xué)組分和有機(jī)碳結(jié)構(gòu)的變化,缺硼改變了根細(xì)胞壁的有機(jī)碳組成結(jié)構(gòu)和細(xì)胞壁中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),破壞了細(xì)胞壁大分子之間的連接模式,氨基酸、蠟質(zhì)、纖維素、酚類物質(zhì)和木質(zhì)素含量升高。另外,與對照相比,缺硼時(shí)Na_2CO_3-可溶性果膠糖醛酸含量降低了34.09%,CDTA-和Na_2CO_3-可溶性果膠的KDO含量分別降低了21.59和31.92%。缺硼還提高了細(xì)胞壁果膠的甲基酯化度,尤其是CDTA-可溶性果膠,是對照的1.84倍。這些結(jié)果表明,缺硼時(shí)根系細(xì)胞壁中果膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和細(xì)胞壁組分的改變引起了細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)完整性的破壞,這可能是根系生長中斷和根尖腫脹膨大的主要原因。3缺硼脅迫下枳砧根系的非靶標(biāo)代謝組學(xué)和靶標(biāo)代謝組學(xué)研究正常硼處理和缺硼處理的枳砧幼苗根系中代謝產(chǎn)物含量存在很大差異。在該研究選擇的40種匹配度大于70%的代謝產(chǎn)物中,缺硼處理9周后根系中有10種代謝產(chǎn)物:β-丙氨酸(β-Ala)、丙氨酸(Ala)、糖酸、α-酮戊二酸、奎尼酸、富馬酸、D-甘油酸、硬脂酸、棕櫚酸和草酸含量降低,另外有30種代謝產(chǎn)物(10種主要氨基酸、8種糖類物質(zhì)、6種有機(jī)酸、3種脂肪酸和3種其他物質(zhì))含量升高,這些代謝物的變化進(jìn)而影響了枳砧根系中的代謝通路。這些改變反映了缺硼對根系中糖的利用和蛋白質(zhì)合成的阻礙,以及三羧酸循環(huán)模式的變化。此外,缺硼促進(jìn)了枳砧幼苗根系中莽草酸代謝途徑的進(jìn)行,根系中苯丙氨酸(Phe)和酪氨酸(Tyr)含量的升高促進(jìn)了水楊酸、咖啡酸和阿魏酸的生物合成,缺硼還通過阻礙色氨酸(Trp)向3-吲哚乙酸(IAA)的轉(zhuǎn)化抑制了生長素的生物合成,木質(zhì)素上游物質(zhì)咖啡酸和阿魏酸的增加也促進(jìn)了木質(zhì)素的積累。缺硼時(shí)這些代謝產(chǎn)物的變化對根系代謝網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中多種代謝途徑的影響可能參與了根系結(jié)構(gòu)和形態(tài)的改變。4恢復(fù)正常供硼后枳砧根系中代謝產(chǎn)物及代謝通路響應(yīng)對缺硼的枳砧幼苗恢復(fù)正常供硼可以很大程度上逆轉(zhuǎn)缺硼引起的代謝譜的改變。恢復(fù)供硼1周后脯氨酸(Pro),6-脫氧-D-葡萄糖,myo-肌醇和亞油酸就恢復(fù)到正常水平,說明這幾種代謝產(chǎn)物對供硼十分敏感;半乳糖酸、硬脂酸和烏頭酸供硼2周后恢復(fù)到正常水平,絲氨酸(Ser)、葡萄糖酸、乳糖、馬來酸鹽、草酸、植醇和亞麻酸這7種代謝物在供硼3周后恢復(fù)到正常水平;另外還有一些代謝物可能需要更長的供硼時(shí)間才能恢復(fù)至正常水平。說明雖然正常供硼可以使缺硼引起的一些代謝產(chǎn)物的改變得到有效恢復(fù),但不同代謝產(chǎn)物的響應(yīng)周期存在很大差異。另外,隨著供硼時(shí)間的延長,根系側(cè)根發(fā)育得到促進(jìn),生物量也顯著升高。這些結(jié)果表明,對缺硼的枳砧幼苗供硼雖然能很大程度上緩解缺硼對根系中心代謝產(chǎn)物的影響并促進(jìn)根系生長,但并不能完全逆轉(zhuǎn)缺硼對它們的改變。
【學(xué)位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S666
【部分圖文】：

4 1-1 聚鼠李糖半乳糖醛酸 II（RG-II）的糖基序列及其與硼的交聯(lián)。（A）RG-II架含有 7 個(gè) α-D-半乳糖醛酸殘基和 4 條結(jié)構(gòu)不同的寡糖組成的側(cè)鏈；（B）兩 RG-II 分子與硼的交聯(lián)；（C）兩分子的 RG-II 單體通過硼酸二酯鍵共價(jià)交聯(lián)（Barpeled et al., 2012）。Fig. 1-1 The structure of RG-II and its cross-linking with B through boratediester bond. (A) The glycosyl sequence of RG-II. The backbone of 7 GalAsidues and 4 fully decorated side chains; (B) Cartoon showing the cross-linkingof two RG-II molecules; (C) The borate diester cross-link.

6圖 1-2 硼在細(xì)胞壁和細(xì)胞膜中的作用（Marschner, 2012）。Fig. 1-2 The roles of boron in plant cell wall and membranes.

圖 1-3 缺硼導(dǎo)致的柑橘葉片黃化和“石頭果”。（姜存?zhèn)}等，2009）Fig. 1-3 Leaf chlorosis and stone fruit rigidification of citrus induced byboron deficiency.
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2881024