铝胁迫下大豆根尖细胞铝的微区分布与耐铝性分析

以浙春3号为实验材料,利用透射电镜(TEM:Transmission Electron Microscope)-X-射线能谱(EDS:Energy Dispersive X-ray),调查铝胁迫下大豆根尖铝的微区分布及耐铝性。结果表明,Al3+胁迫导致根尖细胞细胞壁不规则加厚,线粒体数量增多,核膜膨胀,液泡中存在较多的电子致密沉淀物。90mgL-1Al3+处理的根尖细胞内含物完全降解消失,仅剩细胞壁。10mgL-1Al3+处理的线粒体、细胞壁和液泡电子致密沉淀物中均检测到Al;随着Al3+处理浓度的增大,各细胞器中Al的质量和原子数百分比逐渐增大。线粒体在60mgL-1和90mgL-1Al3+处理下,液泡电子致密沉淀物在90mgL-1Al3+处理下,均未被检测出Al。在60mgL-1Al3+处理下唯一一次在细胞核中检测到Al。Al3+抑制了根系生长,根系细胞中细胞壁的Al3+含量受影响最明显。P/Al在细胞壁和线粒体中的相对原子数随Al3+浓度的增大而下降。研究结果表明X-射线能谱对铝在亚显微结构上的定位是一种快速、有效的方法。铝最先积累在细胞壁上,随Al3+处理浓度增大逐渐积累于部分细胞器和细胞核中,且含量在细胞中的分布亦由外向里呈递减趋势。

磷素对杉木幼苗耐铝性的影响机制

【目的】在南方酸性红壤中,低磷和铝毒是制约杉木人工林产量的重要因子。通过研究不同磷水平处理下,铝胁迫对杉木幼苗生理生化指标的影响规律,从而为阐明杉木适应自然环境中低磷富铝土壤机制提供基础数据,为我国酸性土壤杉木人工林的可持续经营和生产管理提供科学依据。【方法】设置0,0.16,0.32 mmol·L-13个浓度梯度的预培养,并在Al3+(0.1 mmol·L-1)和无Al3+(0 mmol·L-1)的环境中进行模拟胁迫试验,分析不同供磷处理下铝胁迫对杉木幼苗的抗氧化酶活性等生理指标、元素吸收、根系各元素亚细胞分布规律以及透射电镜-X-射线能谱(TEM-EDS)下Al在各细胞器的分布的影响机制。【结果】Al3+导致杉木幼苗体内的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和丙二醛(MDA)等生理指标异常,随着供磷程度的增加,上述生理异常现象均得到有效的缓解。此外,随着供磷水平的增加,杉木幼苗根系中Al含量显著降低,而K、Mg、Zn和P的含量明显增加,叶片中Al、Mg、Ca和K的含量显著上升。TEM-EDS分析发现杉木幼苗根系细胞壁是铝聚集的主要场所,磷素能够促使铝向液泡转运,并在液泡当中沉积为黑色不溶颗粒。对根系亚细胞进一步分析发现,Al和P主要分布在杉木幼苗根系的细胞壁组分中,随着供磷水平的增加,根系细胞壁组分中的Al和P比例显著下降,而在可溶组分中显著增加,这说明P与Al同时向液泡转运,此外,K和Mg也出现类似的规律。【结论】铝胁迫对杉木幼苗根系的毒害作用较大,磷素的增加主要通过改变杉木幼苗细胞内抗氧化酶活性以及Ca、K、Mg和Zn的吸收和转运,并增加Al向液泡转运,降低Al在杉木根系细胞壁组分中的富集,以维持根系细胞壁的正常结构和功能,从而缓解Al对杉木幼苗造成的膜脂过氧化作用,降低Al对杉木幼苗的损伤。