1、鋁毒是酸性土壤上限制作物產(chǎn)量的關(guān)鍵因子之一。雖然有機(jī)酸分泌是公認(rèn)的鋁排斥機(jī)制，但越來越多的證據(jù)表明細(xì)胞壁在植物耐鋁性上起重要作用。鋁毒害的最初反應(yīng)是抑制植物根系伸長(zhǎng)，但其作用機(jī)制還不明確。本文首先研究了細(xì)胞壁在蕎麥抗鋁毒上的作用；在研究有機(jī)酸與細(xì)胞壁相互作用的基礎(chǔ)上，提出了有機(jī)酸解鋁毒的新的作用機(jī)制；為了進(jìn)一步明確鋁抑制根系伸長(zhǎng)機(jī)理，利用果膠單克隆抗體，研究了鋁處理對(duì)玉米根尖果膠分布和細(xì)胞壁屬性的影響；最后還利用擬南芥根尖細(xì)胞特異報(bào)告基

2、因，研究了鋁處理對(duì)根尖不同組織細(xì)胞的影響。得到以下主要結(jié)果：
　　 1.細(xì)胞壁在蕎麥耐鋁性上的作用
　　 通過對(duì)4種耐鋁性不同的蕎麥品種的研究發(fā)現(xiàn)，其耐鋁性的差異是與外部排斥機(jī)理相關(guān)，但機(jī)酸分泌不能完全解釋這一差異。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在無鋁條件下，耐性品種根尖果膠含量低于敏感品種，而鋁處理提高所有品種的果膠含量，且根尖果膠含量與鋁含量呈顯著的線性關(guān)系。利用果膠單克隆抗體，發(fā)現(xiàn)耐性品種Jiangxi具有較少的低度甲酯化果膠和較

3、多的高度甲酯化果膠，且耐性品種Jiangxi果膠甲酯酶活性低于敏感品種Shanxi。在水稻中也有類似的現(xiàn)象，說明無論能否進(jìn)行有機(jī)酸分泌，細(xì)胞壁果膠甲酯化程度均與耐鋁性有關(guān)。細(xì)胞壁吸附鋁的動(dòng)力學(xué)研究表明，敏感品種細(xì)胞壁能吸附更多的鋁，且鋁與之結(jié)合更加緊密。以上結(jié)果表明蕎麥幼苗耐鋁性是與根尖細(xì)胞壁果膠含量，果膠甲酯酶活性、果膠甲酯化程度及細(xì)胞壁對(duì)鋁的吸附能力有關(guān)。
　　 2.有機(jī)酸分泌能保護(hù)細(xì)胞壁與鋁結(jié)合位點(diǎn)
　　 鋁誘導(dǎo)植

4、物根尖有機(jī)酸分泌被認(rèn)為是最重要的耐鋁機(jī)制之一。一般認(rèn)為，根尖分泌的有機(jī)酸通過螯合根際土壤溶液中的鋁而發(fā)揮其耐鋁作用，然而對(duì)于根系分泌的有機(jī)酸是否足夠清除植物根系周圍介質(zhì)中的鋁還存在爭(zhēng)議。小麥、決明和蕎麥根尖鋁處理后分別分泌蘋果酸、檸檬酸和草酸。本文中，在相對(duì)根系伸長(zhǎng)抑制率在35％的條件下，小麥、決明和蕎麥的鋁處理濃度分別為10、20和50μM，而此時(shí)它們有機(jī)酸分泌量分別為15、20和21 nmol cm212 h-1。當(dāng)加入外源有機(jī)酸來

5、減緩鋁毒時(shí)，要想達(dá)到相同的解毒效果，蘋果酸和草酸的加入量分別是檸檬酸的8倍和2倍。按照此比例計(jì)算，蘋果酸：檸檬酸：草酸的比例應(yīng)為4：1：5，這與實(shí)際分泌量有很大的差異。因此，單從有機(jī)酸與鋁螯合角度不能解釋其在解鋁毒上的差異，我們認(rèn)為有機(jī)酸還有其他解鋁毒機(jī)制存在。用ImM蘋果酸、檸檬酸和草酸預(yù)處理細(xì)胞壁后，均能顯著降低其對(duì)鋁的吸附量，且三種有機(jī)酸之間沒有差異。這些結(jié)果表明，分泌的有機(jī)酸能通過減少細(xì)胞壁與鋁的結(jié)合位點(diǎn)而起到耐鋁作用。

6、　　 3.果膠半乳聚糖分布紊亂與鋁抑制玉米根系伸長(zhǎng)相關(guān)
　　 鋁毒害的最初反應(yīng)是抑制植物根系伸長(zhǎng)，然而其作用機(jī)制還不明確。本文中我們運(yùn)用果膠單克隆抗體(JIM5和JIM7)，研究鋁處理對(duì)細(xì)胞壁果膠多糖的影響。在無鋁條件下，JIM5定位的果膠多糖同聚半乳糖(HG)在整個(gè)細(xì)胞壁都有分布，但是在胞間隙分布最多。而JIM7定位的HG均勻地分布在整個(gè)細(xì)胞壁周圍。50 pMAl處理3小時(shí)后，玉米根系伸長(zhǎng)被抑制了10％，此時(shí)只有胞間隙有熒光

7、顯示。當(dāng)根系伸長(zhǎng)抑制率在50％的情況下，這兩種抗體都只在胞間隙有表達(dá)，熒光強(qiáng)度變?nèi)?，而且不均勻分布。用La處理達(dá)到相同的根系伸長(zhǎng)抑制率后，果膠抗體的分布也有類似的變化。說明HG的這種分布變化與根系伸長(zhǎng)抑制具有很好的相關(guān)性。用檸檬酸洗脫根尖吸附的鋁后，果膠抗體的這種分布形式不受影響。因此，我們認(rèn)為鋁誘導(dǎo)引起的HG分布紊亂是鋁抑制根系伸長(zhǎng)的機(jī)理之一。
　　 4.鋁對(duì)擬南芥根尖特異報(bào)告基因表達(dá)的影響
　　 根系生長(zhǎng)受到抑制是鋁

8、毒的原初響應(yīng)，但對(duì)鋁毒對(duì)根尖不同細(xì)胞的影響尚沒有報(bào)道。本研究中我們利用擬南芥不同根尖細(xì)胞和生長(zhǎng)素報(bào)告基因，以其說明鋁對(duì)根尖不同細(xì)胞及生長(zhǎng)素分布的影響。GAL4-GFP增強(qiáng)子捕獲株系J3411能在根冠柱細(xì)胞和側(cè)根冠特異表達(dá)，鋁處理后發(fā)現(xiàn)其在根冠柱細(xì)胞的表達(dá)降低，側(cè)根冠表達(dá)不受影響，說明根冠柱細(xì)胞的功能受到損害，這很好地解釋了鋁毒時(shí)主根生長(zhǎng)明顯受阻，但側(cè)根數(shù)量增多的現(xiàn)象。鋁處理對(duì)QC25的表達(dá)沒有影響，說明靜止中心功能保持正常，根尖細(xì)胞仍能