铝诱导黑麦的根尖分泌有机酸

虽然较多的研究已发现黑麦对铝毒害的忍耐能力较强，但是有关黑麦对铝毒害的抵御机理的报告很少。为了阐明黑麦（品种：King)对铝毒害的抵御机理，本研究探讨了黑麦的根系有机酸分泌的特性及其作用，铝能够诱导黑麦的根系分泌柠檬酸和苹果酸。柠檬酸主要从距顶端0－5mm的根尖分泌。有机酸的分泌量随着处理的铝浓度(0,50,100,300μmol/L AlCl3）和处理的时间（0．5，1，3，5h）的增加而增加。0，50，100，300μmol/L的AlCl3处理根尖3h后，从根尖分泌的柠檬酸和残留在根尖中的柠檬酸之和随着处理的铝浓度的增加而增加，而各处理间的苹果酸总量无显著差异。50μmol/L的柠檬酸或者400μmol/L的苹果酸能够消除50μmol/L 的AlCl3铝对小麦（Scout 66)根尖表面细胞的伤害。这些结果表明，铝促进柠檬酸的合成和柠檬酸、苹果酸从根尖的分泌是黑麦抵抗铝毒害的机理。     

在铝胁迫下离子通道抑制剂和钙螯合剂对黑麦根系分泌有机酸的影响

以药理学的方法研究了铝对根系分泌有机酸的诱导作用及钙离子的调控作用。50μm o l/L A l处理24 h后的黑麦根系分泌物的高效液相色谱(HPLC)分析结果表明,铝诱导黑麦根系分泌柠檬酸(C it)与苹果酸(M a l)。在铝溶液中加入阴离子通道抑制剂尼氟灭酸(NA,1~2μm o l/L)、苯甲酰甲醛(PG,10μm o l/L),有机酸的分泌受到极显著的抑制。C a2 通道抑制剂L a(NO3)3(25μm o l/L)、异搏定(VP,25、50、100μm o l/L)显著或者极显著抑制铝诱导的有机酸分泌,而且在50μm o l/L A l溶液中加入的C a2 专一性螯合剂乙二醇-双-(2-氨基乙基)四乙酸(EGTA,250、500μm o l/L)能显著抑制柠檬酸的分泌。这些结果表明,阴离子通道是铝胁迫下黑麦根系分泌有机酸的重要通道,C a2 可能介导此分泌过程。     

黑麦品种间耐铝差异性机制研究

采用室内模拟方法,研究了铝诱导黑麦根系分泌有机酸、根尖磷对铝的固定作用。结果表明,在铝胁迫下冬牧品种（Win）相对根伸长率高于King品种。在铝胁迫下,经磷预处理的根尖铝和磷含量增加,且以Win品种根尖中的Al、P含量较高,说明根尖磷对铝的固定是黑麦耐铝机制之一。另一方面,在铝胁迫下,两品种根系均分泌柠檬酸和苹果酸,且Win的分泌速率较高。有机酸的分泌随着铝处理浓度（10、30、50 mol/L）和时间（0.5、3、6、9、12 h）的增加而增加,但在低温（4C）下柠檬酸分泌量显著减少。Al处理0.5 h后苹果酸已明显分泌,而柠檬酸的分泌在铝处理6 h后才明显增加。在铝处理前,进行缺磷预处理（3 d）不能增加有机酸的分泌,10 mol/L的La3+、Cu2+、Ni3+也不能诱导根系分泌有机酸。说明铝诱导根系专一性分泌有机酸也是黑麦品种间耐铝性差异的机制。     

铝胁迫下萹蓄与饭豆根系有机酸分泌特性比较

以蓄和饭豆为试验材料,从对Al胁迫的响应时间、蛋白质合成抑制剂的影响、体内有机酸含量变化及阴离子通道抑制剂的影响等方面,比较研究了Al诱导根系分泌有机酸的差异,以进一步明确铝(Al)诱导植物根系有机酸分泌的过程。结果表明,萹蓄根系在Al胁迫后30.min内分泌出草酸,而Al胁迫至少4.h后饭豆根系才开始分泌柠檬酸;蛋白质合成抑制剂环己亚酰胺(Cycloheximide,CHM)不影响萹蓄根系草酸的分泌,但抑制了84%Al诱导的饭豆根系柠檬酸的分泌,表明前者不需要新蛋白质的诱导合成,却是后者所必需的。Al处理不改变萹蓄根尖草酸的含量,但明显提高了饭豆根尖柠檬酸的含量;阴离子通道抑制剂苯甲酰甲醛(Phenylglyoxal,PG)和蒽-9-羧酸(Anthrancene-9-carboxylic.acid,A-9-C)分别有效抑制Al诱导萹蓄根系草酸的分泌及饭豆根系柠檬酸的分泌,再次证明两者有机酸的分泌是通过某种被Al所诱导或激活的阴离子通道所实现的。     

铝胁迫下硝普钠对黑麦和小麦根尖细胞壁铝吸附的影响

用一氧化氮供体硝普钠(sodium nitroprusside,SNP)处理铝胁迫下的黑麦和小麦幼苗,探讨铝胁迫和铝胁迫下外源NO对黑麦和小麦根尖细胞壁铝吸附的影响。结果表明:铝显著抑制黑麦和小麦根的伸长生长,小麦受抑制更为严重;SNP处理可缓解铝对黑麦和小麦根伸长生长的抑制作用,1 mmol/L SNP处理最有效。小麦根尖对铝的吸附量和吸附速率显著高于黑麦的,1 mmol/L SNP处理显著降低小麦和黑麦细胞壁对铝的吸附量,使根尖铝含量显著下降。铝与根尖细胞壁的结合是导致植物铝毒害的重要原因,而降低根尖细胞壁对铝的吸附是外源NO缓解铝毒害的重要机制。     

在铝胁迫下黑麦根系分泌的柠檬酸和苹果酸的解毒机制的研究

在我国普遍种植的黑麦(冬牧70),在铝胁迫下其根系能分泌柠檬酸-苹果酸复合有机酸。为了揭示在铝胁迫下黑麦根系分泌的复合有机酸(柠檬酸-苹果酸)的解毒机理,研究了上述复合有机酸对铝胁迫下小麦幼根细胞膜透性、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、H -ATPase活性和根伸长的影响。结果显示,复合有机酸使小麦幼根电解质渗漏率下降,根尖过氧化物酶、过氧化氢酶、H -ATPase活性提高,幼根伸长量增加,并且复合有机酸的效果随其浓度(25~200μm ol/L)的增加而增强。在50或100μm ol/L苹果酸的基础上,柠檬酸与苹果酸比值(C¨M)从1¨2增加到1¨1,复合有机酸的解毒效果更显著;而在相同柠檬酸浓度下,苹果酸浓度增加一倍对小麦铝毒害无显著影响。可以推断,在铝胁迫环境下,黑麦根系分泌的柠檬酸-苹果酸复合有机酸可以维持细胞膜结构的完整性,减轻自由基伤害和铝对根生长的毒害,并且复合有机酸中柠檬酸的作用强于苹果酸。铝胁迫下根系分泌复合有机酸是黑麦抵御铝毒害的有效机制。     

铝诱导大豆根系有机酸分泌的能量消耗的定量研究

铝诱导大豆根系有机酸分泌是其解铝毒的一种重要机制,该过程需要消耗能量,然而有关能量消耗的定量研究还未见报道。本文比较了铝胁迫条件下,两个大豆品种根尖有机酸分泌、 腺苷酸、 无机磷、 细胞质pH值等指标的变化。结果表明,铝处理（25 mol/L）明显诱导大豆根系苹果酸和柠檬酸的分泌。与对照相比,铝胁迫条件下中豆32和本地2号的根尖ATP含量分别降低40.1%和13.2%,根系细胞质子跨膜电化学势差分别增加1711.8和570.6 J/mol,然而,根尖无机磷浓度变化差异不大。运用Nernst-Gibbs方程定量计算自由能变化,发现中豆32和本地2号根尖细胞自由能分别消耗16.13 kJ/mol和14.59 kJ/mol, 中豆32分泌单位苹果酸和柠檬酸的能量消耗分别为0.96 kJ/mol和3.15 kJ/mol,本地2号则为2.01 kJ/mol和5.68 kJ/mol。这表明不同耐铝性大豆品种分泌有机酸消耗的能量存在差异,该结果为筛选耐铝作物品种提供了新思路。     

铝胁迫下大豆根系脱落酸累积与柠檬酸分泌的关系研究

为探讨铝(Al)胁迫条件下脱落酸(ABA)调控植物根系有机酸分泌的机制,进行了ABA与Al诱导大豆根系柠檬酸分泌的关系试验。结果表明:1)外源ABA和ABA合成抑制剂fluridone分别提高和降低了Al诱导的大豆根尖ABA含量的增加,但对根系柠檬酸分泌量均无影响,ABA对根系内源柠檬酸含量和柠檬酸合成酶的活性也没有影响;2)分根试验表明,与Al直接接触的根部(Part A)内源ABA含量发生变化,且有柠檬酸的分泌,而不与Al直接接触的根部(Part B)内源ABA含量也发生变化,但没有柠檬酸分泌;3)Al胁迫下,大豆耐Al基因型柠檬酸分泌量远高于敏感基因型,但二者的内源ABA含量却没有差异;4)30μmol AlCl3处理,在0~12 h柠檬酸分泌速率和内源ABA含量随Al处理时间增加而增加,去除Al胁迫时(12~18 h),柠檬酸分泌速率继续增加,但内源ABA含量则迅速下降。综合以上结果,推测ABA不是通过提高Al诱导柠檬酸分泌来调控大豆耐Al性。     

铝胁迫对不同耐铝小麦品种根伸长生长影响的研究

为探讨铝胁迫抑制根生长的机理,以耐铝型小麦品种ET8和铝敏感型ES8为试验材料,研究了铝胁迫对小麦根相对伸长率,根尖细胞显微结构的影响以及细胞壁木质素含量及苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)、过氧化物酶(POD)活性的变化。结果表明,ET8和ES8经50μmol/L铝胁迫6、122、4 h后,根相对伸长率随铝胁迫时间延长而变小。利用植物显微技术发现,ET8和ES8经50μmol/L胁迫24 h后,根尖伸长区皮层细胞变扁平,细胞间隙变小,细胞壁褶皱,并呈齿轮状交合;ES8细胞受伤害程度较ET8显著。经50μmol/L铝胁迫6、12、24 h后,ET8和ES8根尖细胞长度受铝胁迫的程度随时间延长而加强,根尖细胞相对长度与根相对伸长率呈显著正相关的关系(r=0.9911**)。50μmol/L铝胁迫24 h后,ET8和ES8根尖苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)、过氧化物酶(POD)活性及细胞壁木质素合成显著增加。上述结果表明,铝胁迫通过增加苯丙氨酸解氨酶、肉桂醇脱氢酶、过氧化物酶活性,促进根尖细胞壁木质素合成,加快细胞的木质化,细胞壁延展性变小,从而抑制细胞的伸长,减小根的生长。由于铝胁迫下ES8中木质素合成显著高于ET8,且根尖细胞结构受破坏较ET8显著,造成铝胁迫下ES8根生长受抑制比ET8显著,是ET8较ES8耐铝胁迫的主要原因。     

几种禾本科作物对铝的敏感性或耐性

通过调查几种禾本科作物根的伸长，根尖的铝含量、铝诱导其根系有机酸的分泌，探讨作物耐铝（铝敏感）性及作物对铝毒害的抵御机理。结果表明，水稻、黑麦是耐铝的作物，而大麦、小麦（Scout 66)是对铝敏感的作物，玉米和高梁对铝敏感性较小麦弱。小麦和玉米品种间对铝的敏感性差异显著，而高梁对铝的敏感性品种间差异性较小。铝能够诱导水稻、黑麦和耐铝的玉米及小麦品种的根系分泌柠檬酸和/或苹果酸。这表明铝诱导有机酸的分泌是它们抵御铝毒害的机理。     

草酸/草酸盐对森林暗棕壤的磷释放效应

模拟森林凋落物淋洗液中的草酸/草酸盐浓度范围,设计了不同浓度草酸/草酸盐溶液一次性浸提和多次连续浸提系列实验,其中的草酸(阴离子)载荷量为0~200 mmol kg-1。结果表明,草酸能显著促进暗棕壤A1层(腐殖质层)磷的释放,土壤磷溶出量随草酸溶液浓度升高而线性增加;但对B层土壤磷的释放效应相对较弱,草酸浓度低于5mmol L-1时B层磷的释放不明显。pH 5.16草酸钠溶液比相同浓度的草酸溶液具有更高的解磷效率,在设置二者浓度为0.5~20.0 mmol L-1时,前者的解磷量是后者的1.51~2.98倍,推断草酸盐溶液或凋落物淋洗液中草酸(盐)类物质促进暗棕壤磷释放的主要机理在于草酸阴离子(C2O42-)配位反应。草酸盐对暗棕壤磷的释放效应具有一定累加性,土壤磷释放量主要由草酸阴离子累积载荷量决定,而与其加入方式(多次或一次性)关系不大;当以pH5.16草酸钠溶液加入时,土壤磷释放量Y(mgkg-1)与草酸阴离子累积载荷量X(mmol kg-1)间的回归方程为Y=-0.000 4X2 0.176 6X 0.425 3,R2=0.990 2。仅以凋落物层溶出的草酸(阴离子)量进行估计,由此增加的A1层土壤磷释放量达2.40 kg hm-2a-1,大约相当于中龄林年吸收磷量的1/3~1/5,因此其实际作用是不可忽视的。     

Physiological Mechanisms of Al Resistance in Higher Plants

Aluminum (Al) ion is toxic to plant growth, while the resistance to Al toxicity varies widely among plant species. Accumulating evidence has shown that organic acids play an important role in both internal and external detoxification of Al. Two patterns of Al-induced secretion of organic acid anions have been characterized in the external detoxification. Involvement of ABA or protein phosphorylation in the activation of anion channel in Pattern I and less contribution of organic acid metabolism in Pattern II have been reported. Recently, gene or quantitative trait locus (QTL) for Al-activated secretion of organic acid anions has been identified. Other mechanisms of Al resistance are also reported such as pH increase in the rhizosphere. The formation of a non-toxic Al complex with organic acids or other chelators and sequestering these complexes in the vacuoles play an important role in internal detoxification of Al in Al-accumulating plants.     

Physiological Mechanisms of Al Resistance in Higher Plants

Aluminum (Al) ion is toxic to plant growth, while the resistance to Al toxicity varies widely among plant species. Accumulating evidence has shown that organic acids play an important role in both internal and external detoxification of Al. Two patterns of Al-induced secretion of organic acid anions have been characterized in the external detoxification. Involvement of ABA or protein phosphorylation in the activation of anion channel in Pattern I and less contribution of organic acid metabolism in Pattern II have been reported. Recently, gene or quantitative trait locus (QTL) for Al-activated secretion of organic acid anions has been identified. Other mechanisms of Al resistance are also reported such as pH increase in the rhizosphere. The formation of a non-toxic Al complex with organic acids or other chelators and sequestering these complexes in the vacuoles play an important role in internal detoxification of Al in Al-accumulating plants.     

云南湿热地区优良牧草距瓣豆的磷钾营养

采用单因子随机区组设计,在湿热地区赤红壤上开展优良热带豆科牧草—距瓣豆的磷、钾营养需求的试验。结果表明,施用磷、钾肥单位面积距瓣豆的干物质产量、氮磷钾总吸收量和粗蛋白产量明显提高;施磷可使距瓣豆的磷含量增加,氮含量相对稳定,钾含量逐渐下降;而且年均干物质产量和粗蛋白产量分别与施磷量存在的一元二次曲线方程的拟合程度较好（Yp＝1289+50.5X-0.55X2, r=0.9519**;Ycp＝254+12.2X1-0.14X12,r＝0.9398**）。施钾使距瓣豆的氮、磷含量趋于相对稳定,钾含量有所提高;年均干物质产量和粗蛋白产量分别与施钾量亦存在的一元二次曲线方程的拟合程度较好（Yk＝1259+19.2X-0.087X2,r=0.8546**;Ycp＝248+4.3X1-0.0204X12,r=0.8055**）。结果还表明,距瓣豆定植的第三年,必须按照磷钾比例1∶0.5～1.2施入磷、钾肥,以满足距瓣豆生长的营养需求和维持距瓣豆的高产稳产。     

硝态氮对盐胁迫下囊果碱蓬幼苗根系生长和耐盐性的影响

在溶液培养条件下,设计了4个盐分（1,150,300或450 mmol/L NaCl）和3个氮素（0.05,5或10 mmol/L NO3--N）水平,研究了盐、氮及其互作对囊果碱蓬（Suaeda physophora Pall.）幼苗的离子吸收、氮营养状况、根系形态特征及耐盐性的影响。结果表明,与低盐或低氮相比,增加盐分或氮水平显著增加了囊果碱蓬根部的干重、根系的侧根长、表面积、总吸收面积和活跃吸收面积;且这些根系的形态指标与地上部的离子及氮的累积存在显著的正相关。高盐胁迫下增加氮营养,显著增加了地上部Na+、NO3-、有机氮的含量和硝酸还原酶的活性;降低了Cl-和K+的含量。高盐胁迫下,硝态氮的增加促进了囊果碱蓬幼苗根系的生长,增加了地上部有机氮、NO3-和Na+的累积,改善了植株的营养状况和渗透调节,从而提高了囊果碱蓬的耐盐能力。     

外源氮对NaCl胁迫下库拉索芦荟生理特性的影响

温室盆栽条件下,研究了外施不同浓度硝酸铵对200 mmol/L NaCl 胁迫下库拉索芦荟叶片离子含量、质膜透性、丙二醛含量及脯氨酸和可溶性糖积累的影响。结果表明,外施不同浓度NH4NO3（3.75 ~18.75 mmol/L）能够显著增加200 mmol/L NaCl胁迫下植株干重,明显促进芦荟叶片脯氨酸和可溶性糖积累,提高叶片K+、Ca2+含量,抑制叶片对Na+、Cl-的吸收;同时促进K+ 和Ca2+ 向相对幼嫩叶片、Na+ 和Cl-向相对成熟叶片中的积累。外施氮显著降低盐胁迫下叶片细胞质膜透性和丙二醛含量。各项指标变化表明,外施11.25和15 mmol/L NH4NO3对盐胁迫下芦荟生理特性的调控作用较好;外源氮缓解芦荟盐害与氮促进盐胁迫下叶片离子选择吸收、增加有机渗透物质积累及维持植株体内养分平衡有关。     

硝态氮对淹水条件下甜樱桃根系呼吸速率及相关酶活性的影响

以盆栽美早/考特甜樱桃（Prunus avium L.）为试材,测定了在0、10、20、30 mmol/L NO3-溶液中甜樱桃根系呼吸速率和相关酶活性的变化。结果表明,NO3-减缓了淹水过程中甜樱桃根系呼吸速率的下降幅度,且随NO3-浓度的升高其呼吸速率加强。淹水2～3 d后,NO3-处理的植株根系糖酵解途径（EMP）、磷酸戊糖途径（PPP）和三羧酸循环途径（TCA）的呼吸速率均高于对照,同时增强了根系中磷酸果糖激酶(PFK)、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G-6-PDH ）和苹果酸脱氢酶（MDH）的活性。NO3-的加入可以减轻甜樱桃因淹水带来的危害。