土壤酸化条件下植物响应铝毒时钙与铝交互作用的研究进展

随着土壤酸化问题日益严重,铝(Al)毒已成为我国酸性土壤中作物生长和粮食生产的主要限制因子之一。Al^(3+)通过与植物细胞骨架相互作用,对植物根系生理功能和形态建成造成不利影响。当前,Al毒害及植物耐Al机制尚不清晰。钙(Ca)作为植物生长必需的矿质元素,胞内自由Ca^(2+)作为第二信使在植物正常的生长发育以及抗逆响应过程中发挥着重要作用。Ca和Al的互作关系早已引起研究人员的关注,已有相关研究证实Ca能缓解Al毒害的影响。本文主要综述了近年来植物响应Al毒时Ca和Al交互作用的研究进展,并简要论述展望今后的研究方向。

甘蓝型油菜耐铝毒胁迫种质资源的鉴定与筛选

[目的]铝是酸性土壤中抑制植物生长和生产力的关键元素。油菜作为世界三大油料作物之一,在我国主要种植于长江以南区域,该区域铝毒害较为严重,油菜易受铝毒侵害,尤其是根系生长受到严重抑制。铝毒害逐渐成为限制我国油菜生产的重要因素之一,因而对不同基因型油菜种质的铝毒胁迫耐受性进行评价,筛选出耐铝毒油菜种质,不仅可以减少和防止铝毒对油菜的危害,更具有重要社会效益、经济效益和生态效益。[方法]本研究改进了以往油菜种子萌发期铝毒胁迫抗性鉴定的方法,通过精准控制铝离子浓度,并结合根系扫描与分析系统,对210份甘蓝型油菜(Brassica napus L.)种质实现高效、快速、精准的鉴定萌发期铝毒胁迫抗性。[结果]铝毒胁迫显著抑制甘蓝型油菜幼苗根系生长,且不同基因型材料间的抑制效果存在较大差异。对铝毒胁迫下的油菜材料的总根长、总表面积和总根体积进行聚类分析,共将210份油菜品种分为耐铝型、铝敏感型和中间型3个等级,其中8个耐铝型品种,118个铝敏感型品种,剩下84个为中间型品种。[结论]耐铝型品种包括漕油2号、浙油17号、湖北白花油菜、黔油4号、盐油2号、WH-38、SWU75、Cubs root。本研究的开展为油菜耐铝毒胁迫能力的遗传改良提供了理论基础和种质资源。

大豆耐铝毒基因型筛选及筛选指标的研究

通过溶液培养试验,研究了来自华东、东北地区18个优质大豆品种(系)对铝毒的反应。通过比较不同基因型各性状的相对耐性值及其与综合评价系数的相关性分析,明确了相对根系干重、相对地上部干重、相对株高、相对叶面积等可作为大豆耐铝毒基因型筛选的重要指标。提出了基于各种性状平均意义上的综合评价系数,并根据已筛选的鉴定指标计算了耐铝毒综合系数。在此基础上筛选出4个具有较强耐铝毒能力的大豆基因型。

植物耐铝毒害的研究进展

综述了土壤中铝的存在形态、铝对植物产生的毒害以及植物的抗铝毒机理。由于植物的耐铝毒特性受遗传控制 ,因此通过基因型筛选获得耐铝毒的基因型材料 ,对于提高酸性土壤上的作物生产力具有重要意义。

铝毒对大豆农艺性状的影响

以 3个大豆品种为材料 ,采用水培法研究了铝毒胁迫对大豆农艺性状的影响。结果表明 ,铝毒胁迫抑制了大豆根系的生长 ,降低了株高 ,单株干重下降。根据所计算的耐铝毒系数 ,3个大豆品种的耐铝毒能力为浙春 3号 >浙秋 3号 >华春 18。

低分子有机酸离子对降低土壤铝毒的作用

对低分子有机酸离子在降解土壤铝毒中的作用进行研究的结果表明，许多低分子有机酸离子可以对铝进行络合，使铝的活性降低，从而削弱铝毒。几种低分子有机酸离子削弱土壤铝毒的能力大小为：草酸＞乙酸＞柠檬酸。在玉米的盆栽试验中，土壤中施入柠檬酸盐，可以显著地降低土壤高活性铝的含量，促进玉米生长。

植物铝毒及耐铝毒机制研究进展

本文主要综述了近几年对植物铝毒及耐铝毒机制的一些研究进展。铝毒机制主要包括:（1）铝毒对植物营养物质吸收抑制的机制;（2）铝毒对根生长抑制的机制。耐铝毒机制主要包括:（1）有机酸的螯合作用;（2）铝诱导蛋白机制。

植物铝毒害机理及抗铝毒机制

铝毒害是酸性土壤上限制植物生长的主要因素,综述了土壤中各形态的铝对植物的危害,铝毒作用机理及植物耐铝机制。

水稻(Oryza sativaL.)铝毒害与耐性机制及铝毒害的缓解作用

铝 (Al) 毒是广泛存在于热带亚热带地区酸性土壤上的主要的生产力限制因子之一。水稻Al毒害主要发生在新开垦的旱地酸性土壤上。本文较详细地总结了: (1) 水稻发生Al毒的环境条件,水稻Al毒害的可见症状和Al毒害的部位;(2) 水稻耐Al指标,营养元素的吸收与分配对水稻耐受Al毒害的影响,以及Al胁迫下根系分泌物、根际pH的变化等对水稻耐Al的贡献,水稻耐Al基因的定位等;(3) 水稻Al毒害的缓解作用机理及可能的解决措施。最后对水稻Al毒害和水稻耐Al机制研究中存在问题进行了分析探讨,同时对今后的研究作了展望。

植物铝毒害研究进展

文章从铝毒害的形成机制,铝对植物的毒害症状、毒害机理,以及植物耐铝毒机制三个方面综述了近年来国内外关于植物铝毒害的研究进展,并指出了目前所存在的问题及今后的研究方向。

小麦根系对铝毒的反应及其与根细胞壁组分和细胞壁对铝的吸附-解吸性能的关系

研究了小麦根系对铝毒的反应与不同根段细胞壁的组分及细胞壁对铝的吸附解吸性能的关系.结果表明, 30 μmol/L AlCl3可迅速抑制根系伸长,在铝处理30 h时其根长仅为对照的30.2%;小麦根系相对伸长率随着铝浓度的提高而急剧降低,30 μmol/L AlCl3处理24 h对根系伸长的抑制率高达70.9%.小麦根系中距根尖0～10 mm根段的铝含量和细胞壁中果胶糖醛酸含量明显高于距根尖10～20 mm根段;距根尖0～10 mm根段细胞壁对铝的吸附量明显大于距根尖10～20 mm根段,而前者吸附态铝的解吸率低于后者;铝浓度从10 μmol/L提高到20 μmol/L时细胞壁对铝的吸附量增加,但对铝的解吸没有明显影响.采用1.0 mol/L NH3·H2O对细胞壁预处理2 h降低果胶甲基酯化程度后,铝吸附量降低了20.9%,但对铝解吸率没有影响.由此可见,小麦根尖是铝毒的主要位点,细胞壁果胶含量和果胶甲基酯化程度对小麦不同根段细胞壁对铝的吸附、积累具有重要作用,铝与细胞壁的结合是根系对铝毒胁迫反应的重要原因.

我国南方红壤酸化和铝毒现状及防治

南方红壤区是我国农业生产的重要基地,然而,红壤酸化和铝毒导致该区耕地生产力和质量下降。本文整理分析了近5年南方红壤酸化的相关报道和广东主要酸雨区森林土壤的调查结果,发现,红壤酸化面积加大,并且酸化程度和铝毒害日趋严重。本文还详尽阐述了导致南方红壤酸化加快和铝毒加重的主要因素,如酸沉降加剧、化肥不合理使用以及农业集约化生产和单一化种植。在此基础上,指出控制酸沉降、合理的施肥方式和作物栽培方式,是防治红壤酸化的主要措施。

猪粪对红壤铝毒的缓解效应

利用盆栽实验研究了施用猪粪和石灰对红壤铝毒的缓解效应。结果表明 ,在对照土壤 (pH 4 2 )上生长的小麦遭受铝毒害明显 ,出苗后 36d全部枯死 ,施用石灰和猪粪能不同程度地缓解铝毒害。施用猪粪和石灰都可以提高土壤pH ,降低交换性铝含量。与单施石灰相比 ,石灰猪粪混施可以提高土壤 pH ,降低交换性铝含量 ,增加小麦叶绿素含量、光合速率和地上部干物重。与单施猪粪相比 ,石灰猪粪混施使小麦地上部K、Mg和P含量减少。

铝毒胁迫诱导菜豆柠檬酸的分泌与累积

水培试验结果表明 ,铝毒诱导菜豆柠檬酸的分泌与累积存在着显著的基因型差异 .Al3 + 浓度 <5 0 μmol·L-1时 ,柠檬酸分泌量随Al3 + 浓度的增大而增加 ;Al3 + 浓度在 5 0～ 80 μmol·L-1时 ,柠檬酸分泌量随Al3 + 浓度的增大而减小 .不同菜豆基因型以G1984 2的柠檬酸分泌量最大 ,单位干重Al吸收量最小 .铝毒胁迫时 ,不同菜豆基因型叶片柠檬酸累积量无明显差异 ,根系柠檬酸累积量为G1984 2 >AFR >ZPV >G5 2 73.菜豆柠檬酸分泌量缺P处理 <铝毒胁迫 ,5 0 μmol·L-1LaCl3 不能诱导菜豆分泌柠檬酸 。

铝毒和低磷胁迫下水稻幼苗抗氧化系统的响应

采用营养液培养,研究了低磷、铝毒单独及复合胁迫对耐铝性不同的水稻基因型(甬优8号和秀水132)幼苗生长、叶绿素和游离脯氨酸含量、抗氧化酶活性和膜质过氧化水平的影响。结果表明,低磷和铝毒处理均显著抑制水稻幼苗生长,并导致叶绿素含量下降,叶片中游离脯氨酸和根系及叶片中丙二醛(MDA)含量大幅上升,根系中过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性上升,而叶片中两类抗氧化酶活性下降。胁迫处理对甬优8号的生长抑制更强,秀水132表现为耐铝兼耐低磷胁迫。复合处理下低磷可加剧铝毒对水稻幼苗生长的抑制,并诱发更严重的氧化胁迫。

超量表达苹果酸脱氢酶基因提高苜蓿对铝毒的耐受性

在酸性土壤中,铝毒是许多作物正常生产的主要限制因子.虽可通过施用生石灰来改良土壤酸碱度,但只能改善土壤表层,在实际应用中受到很大限制.紫花苜蓿作为一种非常重要的牧草、饲料,在酸性土壤条件下苜蓿生长缓慢甚至死亡.我国南方水热资源丰富,但土壤多偏酸性,限制了苜蓿南移.有机酸能螯合铝离子,减轻铝对植物根系的危害.苹果酸是游离铝离子的有效螯合剂,而苹果酸脱氢酶(Malate Dehydro-genase,MDH)催化草酰乙酸形成苹果酸.本研究在苜蓿中超量表达苹果酸脱氢酶基因,通过抗生素筛选、组织化学染色和PCR扩增等技术鉴定出转化植株,并对转化株系进行了耐铝胁迫试验,比较分析了转基因株系与非转基因株系的的相对伸长量,转基因株系根相对伸长量比对照高出3.6%～22.5%.说明超量表达neMDH基因可提高了转基因苜蓿对铝毒的耐受性.

边缘细胞对大豆根尖铝毒害的缓解效应

以大豆[Glycinemax(L.)Merrill]浙春3号为试验材料,采用静置培养(保持边缘细胞附于根尖)和振荡培养(移除根尖边缘细胞),测定边缘细胞数目和活性、根相对伸长率和根内酶的活性,研究了边缘细胞对大豆根尖铝毒害的缓解效应。结果显示,大豆发育过程中存活的边缘细胞数与总数之比达60%～80%,50～400μmolL-1 Al3+胁迫12h能诱导边缘细胞从根尖脱落,200～400μmolL-1 Al3+胁迫24h对边缘细胞的发育有抑制作用。Al3+处理抑制根伸长,移除边缘细胞的根相对伸长率低于保留边缘细胞的根。0～100μmolL-1 Al3+胁迫12h,0和50μmolL-1 Al3+胁迫24h,具有边缘细胞的大豆根系的POD、SOD活性及蛋白质含量显著高于移除边缘细胞的根内酶活性和蛋白质含量,但200和400μmolL-1 Al3+处理12h,100～400μmolL-1 Al3+处理24h时,根尖有无边缘细胞对根系的酶活性及蛋白质含量影响不显著。说明低浓度Al3+胁迫下,大豆通过增加边缘细胞数目、提高根尖蛋白质含量,维持较高水平的POD、CAT和SOD活性来对抗铝毒胁迫,以缓解植物的铝毒害。

外源有机酸对铝毒胁迫下大豆根系形态的影响

通过添加三种不同浓度的有机酸(柠檬酸、草酸和苹果酸),测定铝毒胁迫下大豆的根系活力及主要根系性状,研究了三种外源有机酸对大豆铝毒害的缓解效应。实验结果显示,三种有机酸在适当低浓度条件下,对大豆铝毒害都有一定的缓解效果,其中以柠檬酸的缓解效果最好,草酸和苹果酸的缓解效果相当;但当有机酸浓度较高时,反而会使大豆根系活力降低,根伸长受到抑制;有机酸对浙春2号的缓解作用强于浙春3号,15d处理的缓解效果优于30d。

低pH和铝毒对荞麦根边缘细胞特性的交互作用研究

采用悬空气培法,研究低pH(3.5、4.5、5.5)和铝毒(0、50、100μmolL-1)及其交互作用对荞麦根长、根边缘细胞活性及其分泌的黏液层厚度的影响。处理12h,Al3+浓度由50μmolL-1增至100μmolL-1时,pH3.5的根伸长量分别降低18.6%和31.9%,pH4.5时分别降低18.9%和26.8%,pH5.5时各降低8.5%。处理24h的根伸长量变化与12h类似。pH降低至3.5时,边缘细胞的活性下降28.6%,黏液层厚度无明显变化。Al3+浓度升高至100μmolL-1时,黏液层增厚64.6%,而边缘细胞活性变化不大。pH3.5与100μmolL-1Al3+的处理,边缘细胞活性最低,黏液层厚度最大,两者间存在极显著的交互作用。可见低pH加剧铝毒发生,外围黏液层产生可以减轻Al3+对边缘细胞的伤害。

花生高产种质的耐铝毒能力评价

以人工模拟铝毒胁迫盆栽试验 ,研究了 8个不同花生高产早熟种质对铝毒胁迫的反应 ,发现铝毒胁迫对花生的主要性状有显著的抑制作用 ,鉴定出具有较强耐铝毒胁迫的 93 -81等材料 ,并通过分析不同性状与铝毒胁迫下产量稳定性的相关性 ,明确了根系体积和重量是花生耐酸性评价和选择最重要的性状 ,提出了花生耐酸性的综合评价方法。