玉米异羟肟酸类物质的分泌与其耐铝性的关系

铝毒是植物在酸性土壤中生长的主要限制因子,由于生长环境的差异,植物进化出不同的策略来抵抗铝毒害。阐明这些机理,将有助于开发抗铝毒农作物新品种。大部分陆生植物利用根系分泌一些有机酸来对付铝毒害,但根系分泌的异羟肟酸类物质(丁布和门布等)与玉米的耐铝能力的关系尚未见报道。收集中国56个主栽玉米(Zea mays)品种,设置铝胁迫试验,测定它们在铝的胁迫下根系异羟肟酸的分泌量、根伸长量、根尖胼胝质的质量分数和铝质量分数,分析了根系分泌的异羟肟酸与玉米耐铝能力的相关性。结果表明,铝可诱导玉米根系分泌异羟肟酸;用铝处理后,玉米根伸长受阻,根尖铝质量分数和胼胝质质量分数增加。在铝的胁迫下,根相对伸长率与异羟肟酸分泌量呈极显著正相关(r丁布=0.455 0**,r门布=0.600 8**),而根尖铝质量分数与异羟肟酸分泌量呈极显著负相关(r丁布=-0.354 2**,r门布=-0.484 1**),根尖胼胝质质量分数与异羟肟酸分泌量也呈负相关(r丁布=-0.365 1**,r门布=-0.135 1)。并且,聚类分析表明耐铝型的30个玉米品种在铝胁迫下根系分泌异羟肟酸的能力显著高于铝敏感型的7个品种。这些研究结果表明,铝诱导的根系分泌异羟肟酸类物质可能是一些耐铝玉米品种抵御铝毒害的一种机制。

不同玉米品种耐铝性的基因型差异研究

以56个玉米品种为试验材料,以铝胁迫下根尖相对伸长率、根尖胼胝质和铝含量和根尖染色作为耐铝性的综合筛选指标,探讨了玉米品种间耐铝性的基因型差异。研究结果表明,不同品种玉米的耐铝性基因型差异明显。铝胁迫下（10~30μmol·L-1）56个供试玉米品种根尖都受到了不同程度的毒害,根尖被苏木精染色程度加深、根伸长率减少、根尖胼胝质和铝含量显著增加。综合4个筛选指标,玉米品种耐铝能力的强弱顺序为普通玉米品种〉甜玉米品种〉糯玉米品种;其中耐铝能力强的品种为泰玉11号、费玉3号,对铝最敏感的品种为郑单958、北育288等。

铝胁迫诱导根系分泌异羟肟酸及其对玉米抵御铝毒害的作用

【目的】通过对铝诱导玉米根系分泌异羟肟酸的研究,为揭示玉米的耐铝机制提供理论依据。【方法】选用玉米品种郑单958和泰玉11号,采用水培方法,设置铝胁迫试验,测定它们在铝胁迫下根伸长量、根尖铝含量、根尖胼胝质含量、根系异羟肟酸的分泌量、异羟肟酸解铝毒的相关指标等,分析玉米的抗铝性、铝对根系分泌异羟肟酸的影响及异羟肟酸的解铝毒作用。【结果】与对照(不加铝)处理相比,10μmol·L^(-1)铝(Al Cl3)处理后郑单品种幼根伸长显著受阻而根尖铝含量和根尖胼胝质积累量显著增加。根伸长量降低了47.77%,根尖铝含量和根尖胼胝质含量分别增加了226.64%和60.74%。相反,铝处理对泰玉品种幼根伸长、根尖胼胝质积累的影响不显著。虽然20μmol·L^(-1)铝(AlCl_3)处理44 h后泰玉品种根系柠檬酸分泌量比对照(不加铝)处理显著增加了41.28%,但处理24 h内2个玉米品种根系柠檬酸分泌量与对照(不加铝)处理的差异不显著,即24 h内铝不能诱导玉米根系分泌柠檬酸。而铝处理24 h后,铝能诱导泰玉根系分泌异羟肟酸(丁布和门布),且异羟肟酸的分泌量随着铝浓度(10、15和20μmol·L^(-1))的增加和处理时间(3、6、9、12和24 h)的延长而显著增加,但铝(10、15和20μmol·L^(-1))不能诱导郑单品种根系分泌异羟肟酸。与光照条件相比,在黑暗条件下20μmol·L^(-1)铝(AlCl_3)诱导泰玉品种异羟肟酸的分泌量显著增加而根伸长也随之显著改善,丁布和门布的分泌量分别增加了40.81%和72.02%,根伸长量增加了33.15%。与单独20μmol·L^(-1)铝(AlCl_3)处理相比,铝溶液中添加丁布(3 mg·L^(-1))和门布(3 mg·L^(-1))后玉米初生根伸长量显著增加而根尖铝含量显著降低。添加丁布和门布后,郑单品种根伸长量分别增加了14.16%和13.85%,泰玉品种分别增加了16.16%和11.33%;郑单品种根尖铝含量分别降低了39.94%和43.54%,泰玉品种分别降低了39.92%和42.10%。另一方面,20μmol·L^(-1)铝(AlCl_3)处理显著增加泰玉品种根和叶片中的异羟肟酸含量。然而,铝胁迫下郑单叶片中的异羟肟酸含量显著降低。【结论】玉米对铝的抗性与异羟肟酸的分泌有关,铝诱导玉米根系分泌异羟肟酸是玉米抵御铝毒害的一种有效机制,而植株叶片中的异羟肟酸含量可能与异羟肟酸的分泌有关。