發(fā)布時間：2017-12-11 01:07

  本文關鍵詞：豌豆不同品種耐鋁性與細胞壁特性的關系

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【摘要】：鋁毒作為酸性土壤中限制農作物生長的重要障礙因子之一,植物耐鋁機制的研究,對提高作物產量和品質,解決酸性土壤的糧食生產問題有重要的意義。前人的研究表明,根尖過渡區(qū)是鋁最敏感的區(qū)域,也是鋁抑制根系生長和決定品種耐鋁性的關鍵區(qū)域,然而其機理尚不清楚。本研究以耐鋁和鋁敏感豌豆品種為材料,系統(tǒng)地分析了根尖過渡區(qū)鋁敏感性和品種耐鋁性與鋁的分布、細胞壁果膠性質、質外體pH、根邊緣細胞間的關系,主要研究結果如下:1.豌豆品種耐鋁性驗證對鋁脅迫條件下不同品種主根和側根相對伸長率等指標的綜合分析,證實Onward和Alaska為耐鋁品種,Hyogo和Sima為鋁敏感品種。2.鋁在耐鋁和鋁敏感豌豆品種不同根區(qū)的分布鋁在各個根區(qū)的分布為:總鋁和細胞壁鋁從根尖向根基依次遞減,過渡區(qū)鋁含量低于分生區(qū),但過渡區(qū)(鋁敏感品種)活性鋁含量(Morin熒光強度)最高,并且分布在表皮層和外皮層,而分生區(qū)主要以表皮層為主。說明過渡區(qū)活性鋁累積較多,分布范圍更廣,是過渡區(qū)鋁敏感的主要原因。鋁敏感品種根尖過渡區(qū)總鋁、細胞壁鋁和活性鋁含量均高于耐鋁品種;并且活性鋁在鋁敏感品種過渡區(qū)表皮層和外皮層均有明顯分布,而耐鋁品種中主要分布在根表皮層,表明活性鋁在鋁敏感品種的過渡區(qū)分布范圍較耐鋁品種更廣。XPS結果也顯示,鋁敏感品種過渡區(qū)離子態(tài)鋁含量高于耐鋁品種。分析過渡區(qū)細胞壁不同組分鋁含量發(fā)現,鋁敏感品種螯合態(tài)果膠和堿溶態(tài)果膠中鋁含量高于耐鋁品種,而纖維素和半纖維素間無顯著差異。說明鋁敏感品種過渡區(qū)總鋁量、細胞壁鋁含量和活性鋁或離子態(tài)鋁含量均高于耐鋁品種,并且分布范圍更廣。3.耐鋁和鋁敏感豌豆品種不同根區(qū)細胞壁果膠特性無鋁條件下,過渡區(qū)果膠和未甲酯化果膠含量最高,PME活性和果膠甲酯化度低于分生區(qū)。鋁處理后,果膠含量、未甲酯化果膠含量、PME活性及果膠甲酯化度升高,然而根區(qū)間果膠性質差異保持一致,過渡區(qū)果膠含量和未甲酯化果膠仍高于其它根區(qū),過渡區(qū)PME活性低于分生區(qū)。說明果膠/未甲酯化果膠含量高是過渡區(qū)鋁敏感的重要原因。耐鋁和鋁敏感豌豆品種根尖果膠性質的差異主要表現在過渡區(qū)。不管有無鋁處理,鋁敏感品種過渡區(qū)果膠含量和PME活性均顯著高于耐鋁品種,果膠甲酯化度低于耐鋁品種。高果膠含量和低果膠甲酯化度導致鋁敏感品種過渡區(qū)未甲酯化果膠含量高于耐鋁品種。說明品種耐鋁性與過渡區(qū)果膠合成及PME活性有關,耐鋁品種過渡區(qū)果膠總量和PME活性低,導致未甲酯化果膠含量較低,從而過渡區(qū)鋁累積少,耐鋁性強。4.耐鋁和鋁敏感豌豆品種過渡區(qū)質外體p H差異及其調控機理根尖Oregon熒光染色顯示過渡區(qū)質外體p H顯著高于分生區(qū)及其他根區(qū),這是過渡區(qū)鋁累積低于分生區(qū)的主要原因。因為較高p H條件下PME活性較高,也導致過渡區(qū)對鋁脅迫更敏感。耐鋁品種根際和根表p H均高于鋁敏感品種,并且過渡區(qū)質外體p H也高于鋁敏感品種。過渡區(qū)p H的差異與H~+流有關,耐鋁品種過渡區(qū)H~+內流高于鋁敏感品種。利用質膜H~+-ATPase活性抑制劑VA,抑制質膜H~+-ATPase活性后,不同品種過渡區(qū)根表H~+流的差異消失,說明不同品種H~+流的差異與質膜H~+-ATPase有關。加入生長素外排抑制劑NPA,不同品種過渡區(qū)根表H~+流消失,而加入生長素內流抑制劑CHPAA,耐鋁品種H~+內流更顯著地高于鋁敏感品種,表明品種間過渡區(qū)根表H~+流的差異與生長素外排有關。以上結果說明,豌豆品種耐鋁性與過渡區(qū)質外體p H呈正比,質外體p H的差異與H~+內流有關,生長素外排和質膜H~+-ATPase參與了對過渡區(qū)質外體p H與H~+流的調控。5.不同品種根邊緣細胞差異鋁脅迫條件下,去除根邊緣細胞后鋁敏感品種中根相對伸長率顯著降低,而耐鋁品種無顯著變化,說明鋁脅迫條件下鋁敏感品種根邊緣細胞對根尖的保護作用更明顯。根邊緣細胞耐鋁性與品種的耐鋁性保持一致,鋁敏感品種根邊緣細胞中的鋁含量顯著高于耐鋁品種。說明鋁敏感品種根邊緣細胞通過累積更多的鋁,緩解鋁對根尖的毒害。綜上所述,過渡區(qū)果膠含量高和活性鋁的累積多、分布范圍廣,是過渡區(qū)鋁敏感的重要原因。而過渡區(qū)的鋁敏感性又決定了品種的耐鋁性,主要表現在以下兩個方面:(1)鋁脅迫條件下,耐鋁品種過渡區(qū)果膠含量和PME活性低,導致未甲酯化果膠含量較低,減少了鋁在過渡區(qū)的累積,從而減少鋁的毒害;(2)鋁脅迫條件下,豌豆耐鋁品種過渡區(qū)質外體p H高于鋁敏感品種,進一步降低了鋁的累積及對過渡區(qū)的毒害。耐鋁豌豆品種過渡區(qū)較高的質外體p H,與其鋁毒下維持較高的過渡H~+內流有關,兩者同時受到生長素外排及質膜H~+-ATPase的調控。
【學位授予單位】：華中農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S643.3

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