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文档简介

第六届“挑战杯”广东省大学生课外学术科技作品竞赛获奖作品对大豆及玉米耐铝机制的初探梁卒月摘 要: 用含不同浓度铝的钙溶液培养大豆及玉米的幼苗,在将幼苗根部用苏木精进行染色来观察大豆和玉米幼苗根部铝积累的情况,进而比较两者的异同.结果表明:经短期铝处理后,大豆和玉米的耐铝品种受苏木精染色浅,而敏感品种则染色深.而且,染色程度随铝处理时间延长而加重,经短期的铝处理后,大豆和玉米的根毛均受苏木精染色,但大豆主要积累铝的部位在成熟区,而玉米的主要积铝部位是根尖。另外,表面存在分泌物的玉米根尖染色比无分泌物的根尖染色深,表明玉米根尖分泌物能使根部免受铝的毒害。因此大豆和玉米耐铝机制.存在不同之处。关键词:苏木精;铝积累;大豆;玉米;染色前言 在许多酸性土壤中,铝是阻碍植物生长的主要因素之一.(Wright,1989).关于铝对植物有毒害作用的报道已有很多.(Aniol 1984;Foy C D et al 1978;Haug A 1984;Puthota V et al 1991;Tay G J 1988)但人们对铝的毒害机理及植物的耐铝机制研究得还不是很清楚.根据现有的关于植物耐铝机制的报道(Foy C D et al 1967;Haug A 1984; Taylor G J 1988),我们可以把植物耐铝机制分为两类:第一类是:耐铝,即植物本身存在抵抗共质体内铝毒的能力.第二类是铝渗透机制,即铝从根尖部位渗透出来. (Kochian .L.V 1995 )目前已有许多关于铝诱导根部分泌物作用机制的报道,其中一些报道认为:植物从体内分泌出铝的螯合有机酸能解除铝对植物的毒害作用.( Ryan,P.R et al 2001;Matsumoto,H et al 2000 )一些资料也表明小麦,玉米,大豆等作物均存在这种机制.(Delhaize. E et al 1993;Pellet DM et al 1995; Yang ZM et al 2000)但也有报道说:在signalgrass中,耐铝性与根部分泌物无明显联系(Wenzil P et al 2001)。.通常认为:同种作物不同品种在根部积累铝的量不同,也就是说,耐铝品种在根部积累铝的量少,敏感品种积累得多。当然,也有结果相反的报道(Wallace et al 1982;Zhang and Taylor 1988)。Emmantuel Delhaize等人认为这些相反的结果是由对根分析的部位以及铝处理的时间长短不同而造成的。(Emmantuel Delhaize et al 1993)另外,一些文章认为某些植物内,铝的毒害作用与其在植物根部积累的部位有密切的联系.不同植物的根部铝积累的部位不同.如:铝主要积累于小麦根部的顶部(Bennet and Breen 1991)小麦耐铝品种的根的顶部受苏木精染色浅于铝敏感的小麦品种.而这两者根部的其他部位无明显差别.( Polle et al 1978,Wallace et al 1982)当水稻和豌豆的根部延长因铝毒害受阻时,铝主要集中在根尖的细胞周围.( Delliaze et al 1993 a)而荞麦和玉米明显受铝毒害时,铝一般聚集于其根的顶部(Ryan et al 1993)至于大豆,现在还无报道明确指出铝积累的部位.这篇文章的目的是为了展示在铝胁迫下大豆和玉米根部的表形特点,进而对大豆及玉米的耐铝机制进行初步探讨。1 材料与方法1.1 对大豆根部铝积累的分析1.1.1 植物材料 五个耐铝性不同的品种:PI(耐铝品种),Young(铝敏感品种),B11,B1(耐铝品种),B6(铝敏感品种)1.1.2试验1) 对大豆根部不同部位铝含量的分析试验一: 该试验用B11作实验材料来分析大豆根部不同部位铝的含量.大豆种子用泥炭土(泥炭土/沙=3/1:v/v pH=5.5-6.0)在25摄氏度条件下发芽4天.再把4天苗龄的幼苗移栽至2-l培养盘中培养24小时.培养液成分为 15uM AlCl3 0.5 mMCaCl2 and 8uMH3BO3 pH=4.5 光温条件为 25/22(day/night) 及 14h/10h(light/dark)然后把幼苗从根部开始量取0-1,1-2,2-3,3-4cm规格的长度,并照此规格把根切成几段,根段的酸提取液用Mili- (13.2 M)水稀释十倍,并用原子分光光度法测铝的含量.试验二: B11品种的幼苗(4天苗龄)在含0.5 mM CaCl2( pH 4.5) 及 0,10,15, 20uM AlCl3 的溶液中培养24小时后把幼苗根部在蒸馏水中清洗15min再用苏木精染色15min,用蒸馏水清洗15min后将幼苗的根由顶部量取0-1,1-2,2-3,3-4规格的长度,并照此规格切断,然后拍照.2) 对不同品种根部聚集铝的情况的分析实验一: 美国的两个大豆品种PI(耐铝品种)和Young(铝敏感品种)在上述泥炭土中发芽4天后将幼苗放在含50 uM AlCl3 及 0.5 mMCaCl2的培养液中培养10min,20min,30min然后重复上述的染色步骤. 试验二: 此试验用巴西品种B1(耐铝品种),B6(铝敏感品种).来观察铝在根部成熟区的积累情况.4天苗龄的幼苗,在含 0.5mM CaCl2(pH 4.5)和50uMAlCl3 的溶液中培养15min后按上述步骤染色再拍照.1.2 对玉米根部铝积累的分析1.2.1 植物材料:Mo17(铝敏感品种),Zhi330(中抗品种)及其的杂交后代ZD-2(耐铝品种)1.2.2 试验1) 玉米根部的铝积累将ZD-2的侧根放入0.5 mM CaCl2(pH 4.5) 及 50 uM AlCl3的培养液中培养15min将样本在200mL蒸馏水中清洗15min,再在200mL苏木精(0.2%苏木精和0.02碘化钾)里染色20min,用200mL蒸馏水再洗15min后拍照。2) 对不同品种根部铝积累的分析 Mo17和Zhi330的种子在砂里发芽3天后剪下侧根在含0.5 mM CaCl2 (pH 4.5) 及 50 uM AlCl3.的培养液中培养10,20,30min。然后重复上述染色步骤。3) 铝处理时间长短对玉米根部铝积累的影响 该试验选用ZD-2作为试验材料,经3天发芽后,把幼苗移入含有上述溶液成分的培养液中处理15,20,30min,然后重复上述染色步骤.2.2.1 玉米根部铝诱导分泌物的分析 ZD-2在砂里发芽后,沿根的基部切下其完好无损的侧根,将该侧根分为两组A和B.两组均放入含0.5 mM CaCl2(pH 4.5) 及 50 uM AlCl3.的培养液中培养10,20,30 min.其中组B经常换培养液,而组A不更换培养液, 然后重复上述染色步骤。2 结果2.1 对大豆根部铝积累情况的分析对铝在大豆(B11)根部积累情况的分析表明铝浓度为15uM条件下离根尖距离为2-3及3-4cm的部位的铝含量明显多于0-1及1-2cm部位的铝含量(图1).而且,铝浓度为5,10,15,20uM条件下处理的大豆(B11)根部24小时,发现2-3及3-4cm部位受苏木精染色程度深于0-1及1-2cm的部位,在铝浓度为5uM时染色部位主要集中在成熟区的上部。(图2) 而且,随着铝浓度的增加,染色部位也随之增大。当铝浓度达到15或20uM时,只有一小部分根尖没有染色。(图2) 该结果与图1所示的情况相符。表明:大豆根部的成熟区是铝聚集的主要部位。另外,经10,15,20uM铝处理后用0.5uM的柠檬酸清洗过的B11幼苗根部染色较浅,但其成熟区及根的顶部染色仍很明显。(图片没有显示)Fig.1. The four-day-old plants (B11) was treated with Al (15uM AlCl3) in a 2-l pot containing a solution of 0.5 mMCaCl2 and 8uM H3BO3 at pH 4.5 and grown for 24h at 25/22c(day/night) and 14h/10h(light/dark)cycles, then excised in consecutive segments measured from the apex, including the cap ( in cm):0-1,1-2,2-3,3-4. The acid extracted sample was diluted 10 times with Mili- (13.2 M) water, then Al concentration was determined by atomic absorption spectrophotometry.Fig.2. Four-day-old seedling of soybean B11were exposed to a solution containing 0.5 uM CaCl2 ( pH 4.5) and 0,10,15,or20uM AlCl3 for 24h, then stained and excised in consecutive segments measured from the apex ,including the cap (in cm): 0-1,1-2, 2-3, 3-4 and then photographed.实验表明:经短期铝处理后的Young(铝敏感品种)和PI(耐铝品种)根部积累铝的情况不同。在含铝的溶液里处理10,20, 30min后,PI的根的顶部特别是伸长区染色比Young染色浅。其含铝量也比Young的少。另外,我们注意到:两者的根毛区染色都很深。(图3)Fig. 3. Soybean PI and Young were exposed to 50 uM Al in the 0.5 mM Ca solution for 10, 20 or 30 min, then stained and photographed. 用B1(耐铝品种)和B6(铝敏感品种)做的实验也表明B1比B6积累的铝少。Fig. 4. Soybean B1 (Al-tolerant) (above) and B6 (Al-sensitive) (below) were treated with a solution of 0.5uM CaCl2(pH 4.5) and 50 uMAlCl3 for 15min and then stained by hematoxylin. 2.2 对玉米根部铝积累情况的分析2.2.1 对三个玉米品种根部铝积累的特点的分析表明:经短时期的铝处理后铝主要积累在玉米的根毛区和根尖部位(图5,6)这与大豆积累铝的方式不同。另外,观察发现根段碎片顶部分泌的粘液里含有铝(图5)。耐铝品种Zhi330在根尖积累的铝较铝敏感品种Mo17少,但在根毛区两者无大的区别。(图7)Fig. 5. Maize ZD-2 were treated with 50 uM Al in the Ca solution for 10 min, then stained and photographed. Fig. 6. Maize ZD-2 were treated in a solution of 50 uM AlCl3 for 15, 20, 30 min Fig. 7. Two varieties of maize Zhi-330 (Al-tolerant) and Mo-17(Al-sensitive) have been treated with 50 uM AlCl3 for 15 min, and then stained by hematoxylin.2.2.2 玉米根部铝诱导分泌物对耐铝性的影响Fig. 8. Maize ZD-2 seedling root apices stained with hematoxylin aftehematoxylin afte mM AlCl3 in a solution of 0.5 uM CaCl2. Two different treatment were performed: A: without removing the mucilage (above and left) .B: removing the mucilage (below and right).这些图片表明顶部有粘液的玉米根尖受苏木精染色较浅。说明在短期铝处理条件下,粘液对玉米耐铝性有一定的影响。但经三十分钟铝处理过的根尖铝积累无多大差异。3 讨论 有报道认为一般耐铝的作物品种在根部积累铝的量低于对铝敏感的作物品种(Yang ZM, 2000; Rincon and Gonzales, 1992)。我们的试验观察也表明对铝敏感的品种如B6,Young(大豆)和Mo17(玉米)被苏木精染色的程度比耐铝品种B1,PI(大豆)和Zhi330(玉米)的深.(图4,图7)也就是说:铝敏感品种B6,Young和Mo17根部积累的铝量较耐铝品种B1,PI和Zhi330积累的铝量多. 另外,我们观察到玉米及大豆根部染色程度随铝处理时间延长而加重。但如果铝处理时间过长,铝敏感品种和耐铝品种之间的差异就不明显了。(图6,8)试验表明::经50uM铝处理10,20,30min后的大豆耐铝品种PI成熟区及根尖受苏木精染色比铝敏感品种Young,染色浅,(图3)。相似的,经短期铝处理的玉米耐铝品种Zhi330染色比铝敏感品种Mo17染色浅。该结果与前人用其他作物如小麦(Delhaize et al 1993)为实验对象所得的结果相同。如:有报道说30uM铝处理30min后铝就能进入Young(铝敏感品种)的细胞并在分生区的细胞核内聚集,大量铝也能聚集在细胞周围。而PI在分生区,根尖不同的细胞和细胞壁等部位集聚的铝量都较少。说明根部聚集铝是根部对铝胁迫做出的最初反应。这一现象与耐铝性有所关联。在对巴西品种B11根部铝积累的特点的观察中发现铝浓度为10,15,20uM条件下离根尖距离为2-3及3-4cm的部位受苏木精染色深于0-1及1-2cm部位 (图2)。这些资料表明大豆根部积累铝的主要部位为成熟区,这点与玉米根部积累铝的部位有所不同.。在玉米(ZD-2)幼苗的根部苏木精主要的染色部位是根的顶部(包括根冠,分生区,伸长区)(图5)。试验表明,大豆根部积累铝最多的部位是成熟区,然后到根尖,而玉米主要在根的顶部积累铝。(图3,5,6,7) 另外,我们还观察到:无粘液存在的玉米(ZD-2)根尖染色比有粘液存在的根尖染色深.(图8)。表明根部分泌的粘液能在短期铝处理下对阻止根吸收铝起到一定的作用,但在长期铝胁迫下其作用不明显。因此认为玉米根尖的分泌物对保护根部免受铝毒害起到一定作用。以上所有资料表明:大豆和玉米受铝毒害的机理及其耐铝机制并不完全相同.为了弄清其中的奥秘,仍需进行更多精确的试验. 参考文献1. Aniol, A. Induction of aluminum tolerance in wheat seedling by low doses of aluminum in the nutrient solution. Plant Physiol. 1984. 76: 551-5552. Bennet, RJ., Breen, C.M. The aluminum signal :new dimensions to mechanisms of aluminum tolerance. Plant Soil. 1991. 134: 153-1663. Delhaize, M., Crag, S., Beaton, C.D., Bennet, R.J., Jagadish, V.C., Randall, P.J. Aluminum tolerance in wheat (Triicum aeastivamL) I. Uptake and distribution of aluminum in root apices. Plant Physiol. 1993a. 103: 685-6934. Delhaize, E., Ryan, P.R., Randall, P.J. Aluminum tolerance in wheat (Triticum aestivum L.) I. Uptake and distribution of Aluminum in root apices. Plant Physiol. 1993. 103: 685-693.5. Delhaize, E., Ryan, P.R., Randall, P.J. Aluminum tolerance in wheat (Triticum aestivum L.) II. Aluminum-stimulated excretion of malic acid from root apices. Plant Physiol. 1993. 103: 695-702.6. Emmanuel Delhaize, et al. Aluminum Tolerance in wheat Triticum aestivum L Plant Physiol. 1993. 103:685-6937. For, C D., Chaney, R.L. White Mc The physiology of metal toxicity in plants Annu Rev. Plant Physiol. 1978. 29:511-5668. Haug, A. Molecular aspects of aluminum toxicity .Crit Rev Plant Sci. 1984. 1:345-373 Kochian, L.V. Cellular mechanisms of aluminum toxicity and resistance in plants. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Bio. 1995. 46: 237-2609. Matsumoto, H. Cell biology of aluminium toxicity and tolerance in higher plants. Int. Rev. Cytol. 2000. 200: 1-4610. Pellet, D.M. Grunes, D.L., Kochian, L.V. Organic acid exudation as an aluminum-tolerance mechanism in maize (Zea mays L.). Planta. 1995. 196: 788-79511. Polle, E., Konza, Cf., Kittrick, J.A. Visual detection of aluminum tolerance in wheat by hematoxylin staining of seedling roots .Crop Sci. 1978. 18 :823-82712. Puthota, V., Cruz-Ortega, R., Johson, J., Ownby, J. An ultrastructure study of the inhibition of mucilage secretion in the wheat root cap by aluminum In RJ Wright ,VC Baligar ,RP Murrmann,eds,Plant-soil interactions at low pH Kluwer Academic Publishers,Dordrecht .The Netherlands. 1991. 12:779-78913. Ryan, P.R., Di Tomaso, J.M., Kochian, L.V. Aluminum toxicity in roots:an investigation of spatial sensitivity and the role of the root cap . J Exp Bot. 1993. 44:437-44614. Ryan, P.R., Delhaize, E., Jones, D.L. Function and mechanism of organic anion extrusion from plant root. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 2001. 52: 527-560.15.Tay, G.J. The physiology of aluminum phytotoxicity .In AH Sigel,A Sigel,eds,Metal Ions

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