麦类作物抗铝毒机理研究

论文摘要

铝毒是制约酸性土壤上作物生产的主要因素之一。铝诱导有机酸分泌及细胞壁的作用是近年来植物抗铝机理的研究热点。本文在筛选不同小黑麦品种铝敏感性的基础上，研究了根尖细胞细胞壁中的果胶、阳离子交换量（CEC）及铝诱导的有机酸分泌在抗铝性中的作用。此外，我们深入研究了铝胁迫诱导的根尖氧化胁迫、细胞壁成分改变与铝毒之间的关系，以阐明铝毒害的原初作用位点。为了探明细胞壁及其与铝诱导分泌的有机酸的相互作用，我们以离体细胞壁为材料，采用动力学的手段研究了抗性小麦Atlas 66及抗铝性不同的近等位基因小麦ET8（抗性）和ES8（敏感）不同根段（0-1、1-2、2-3 cm）细胞壁对铝的吸附与解吸特性和苹果酸分泌在保护细胞壁铝吸持位点中的作用。结果概述如下： 1．小黑麦抗铝机理 所选用的10个小黑麦品种在抗铝性上存在着显著基因型差异，但它们的根尖果胶含量、CEC与抗铝性之间不存在显著相关性，说明根尖细胞壁的带电性并不是影响小黑麦抗铝性的主要因素。同时，我们发现小黑麦根系在铝胁迫下可同时诱导分泌苹果酸和柠檬酸，且分泌的有机酸量与抗铝性呈显著正相关，与根尖铝含量呈显著负相关，表明由有机酸分泌而形成的铝排斥作用是小黑麦的主要抗铝机制。对抗铝性差异最大的两个小黑麦品种（ZC 237和OH 1621）的深入研究表明，铝诱导的有机酸分泌存在一个明显的滞后期（3小时），分泌量随外部铝处理浓度的提高而增加，且抗铝品种的分泌量远高于敏感品种。此外，铝诱导的有机酸分泌在低温条件下（4℃）基本停止，且被阴离子通道抑制剂（Phenylglyoxal和Niflumic acid）所抑制，说明铝诱导的有机酸分泌受代谢调节，且是通过质膜上的阴离子通道实现的。 2．铝对小黑麦根尖毒害的原初作用位点 为了探讨铝毒引起的根伸长快速抑制的原初作用位点，我们以抗铝性差异显

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图表目录
• List of Tables and Figures
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 铝对植物的毒害
• 1.2.1 铝毒的形态
• 1.2.2 铝毒的主要作用部位—根尖
• 1.2.3 铝毒的作用位点—多位点
• 1.3 植物适应铝胁迫的生理机制
• 1.3.1 外部排斥机制
• 1.3.2 内部耐受机制
• 1.4 通过生物技术手段提高植物抗铝性
• 1.5 植物适应铝胁迫的基因型差异筛选方法及其鉴定指标
• 1.5.1 筛选方法
• 1.5.2 鉴定指标
• 1.6 问题的提出和拟解决的问题
• 1.7 参考文献
• 第二章 小黑麦抗铝机理
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 植物材料和生长环境
• 2.2.2 小黑麦抗铝性鉴定
• 2.2.3 果胶含量的测定
• 2.2.4 阳离子交换量（CEC）的测定
• 2.2.5 铝处理试验
• 2.2.6 根尖铝含量的测定
• 2.2.7 阴离子通道抑制剂处理
• 2.2.8 温度处理
• 2.2.9 根系分泌物中有机酸的测定
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 根尖果胶含量、CEC与抗铝性的相关性
• 2.3.2 有机酸分泌量与抗铝性及根尖铝含量的相关性
• 2.3.3 不同铝浓度对ZC 237和OH 1621根伸长的影响
• 2.3.4 铝诱导苹果酸和柠檬酸分泌时间、浓度响应及温度对其的影响
• 2.3.5 阴离子通道抑制剂对铝诱导的苹果酸和柠檬酸分泌的影响
• 2.4 讨论
• 2.5 参考文献
• 第三章 铝对小黑麦根尖毒害的原初作用位点
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 植物材料和生长环境
• 3.2.2 铝处理及根伸长量测定
• 3.2.3 酶活性及脂质过氧化的测定
• 3.2.4 细胞壁成分测定
• 3.2.5 细胞壁及根尖铝含量测定
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 RRE、SOD及POD活性和MDA含量对铝胁迫的计量响应
• 3.3.2 RRE、SOD及POD活性和MDA含量对铝胁迫的时间响应
• 3.3.3 根尖细胞壁不同组分对铝胁迫的时间响应
• 3.3.4 柠檬酸解吸对ZC 1890根伸长量、根尖及细胞壁铝含量的影响
• 3.4 讨论
• 3.5 参考文献
• 第四章 抗铝小麦根细胞壁在抗铝性中的作用初探
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 植物培养
• 4.2.2 细胞壁提取
• 4.2.3 改变细胞壁属性
• 4.2.4 铝吸附与解吸动力学
• 4.2.5 溶液中铝含量的测定
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 铝浓度对细胞壁铝吸附与解吸动力学的影响
• 4.3.2 果胶酶处理对细胞壁铝吸附与解吸动力学的影响
• 4.3.3 不同浓度苹果酸预处理对细胞壁铝吸附与解吸动力学的影响
• 4.4 讨论
• 4.5 参考文献
• 第五章 一对近等位基因小麦根尖细胞壁在抗铝性中的作用
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 植物材料与生长环境
• 5.2.2 细胞壁提取
• 5.2.3 细胞壁和根尖预处理
• 5.2.4 铝吸附与解吸动力学
• 5.2.5 果胶含量的测定
• 5.2.6 溶液中铝含量的测定
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 ET8和ES8根尖细胞壁对铝的吸附与解吸
• 5.3.2 ET8和ES8不同根段细胞壁对铝的吸附与解吸及果胶含量差异
• 5.3.3 果胶酶处理对ET8和ES8根尖细胞壁铝吸附与解吸及果胶含量的影响
• 5.3.4 ET8和ES8离体根尖对铝的吸附与解吸
• 5.4 讨论
• 5.5 参考文献
• 第六章 主要研究结论、创新点及研究展望
• 附录 本论文所用试剂及仪器缩写的中英文对照
• 攻读博士学位期间发表（投稿）的论文情况