華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院教授姜存?zhèn)}課題組在Journal of Hazardous Materials雜志發(fā)表題為“Boron reduces aluminum deposition in alkali-soluble pectin and cytoplasm to release aluminum toxicity” 的研究論文，相關(guān)研究揭示了硼降低鋁在枳殼砧木根系細(xì)胞壁堿溶性果膠和細(xì)胞質(zhì)中鋁的積累，最終減輕鋁對植株的毒害作用機(jī)理。
鋁（Al）是地殼中含量最豐富的金屬元素。鋁毒是酸性土壤（pH≤5）中限制作物生長的重要因素。硼（B）是高等植物生長發(fā)育必需的微量元素之一，缺硼癥狀首先出現(xiàn)于根系，與鋁毒癥狀相似，且細(xì)胞壁被認(rèn)為是缺硼和鋁毒作用的主要位點(diǎn)。柑橘是我國重要的水果作物，其主要種植在南方酸性土壤中，硼缺乏和鋁毒害并存問題在柑橘園很常見。2017年該課題組在Environmental Pollution報(bào)道了硼可改變枳殼砧木根系果膠組分及纖維素特性而緩解鋁毒，但是更深入的緩解機(jī)制還有待探索。
本研究中發(fā)現(xiàn)，鋁脅迫下根系79.60-87.33%的鋁積累在細(xì)胞壁上，加硼降低根系細(xì)胞壁鋁含量，X射線光電子能譜結(jié)合掃描電鏡X射線能譜儀技術(shù)驗(yàn)證了此結(jié)論。進(jìn)一步探究發(fā)現(xiàn)，鋁脅迫下加硼主要降低果膠（尤其是堿溶性果膠中）鋁含量。原因是鋁脅迫下加硼抑制果膠，尤其是堿溶性果膠合成及其PME活性，同時(shí)，加硼增加質(zhì)膜H+-ATPase活性，促進(jìn)H+外排，降低質(zhì)外體pH而進(jìn)一步降低PME活性，增加果膠甲基酯化度，從而抑制果膠水解出更多的羧基基團(tuán)；原子力顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)硼促進(jìn)堿溶性果膠交聯(lián)，形成穩(wěn)定的細(xì)胞壁網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，減小細(xì)胞壁的孔徑，二者共同作用降低鋁在細(xì)胞壁中的積累。另外，透射電鏡X射線能譜儀技術(shù)探究細(xì)胞間隙、細(xì)胞質(zhì)和液泡中鋁含量及對NRAT1（負(fù)責(zé)將Al3+從細(xì)胞間隙轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)）和ALS1（調(diào)控鋁離子從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到液泡）表達(dá)量的測定，得出脅迫下加硼抑制根尖對鋁的吸收，及加速細(xì)胞質(zhì)鋁的液泡區(qū)室化，最終減輕鋁對植株的毒害作用。本次研究有助于酸性土壤中柑橘產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更為酸性紅壤中硼肥施用措施提供科學(xué)的理論依據(jù)。
該研究由國家自然科學(xué)基金和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金資助，博士研究生閆磊為本文的第一作者，教授姜存?zhèn)}為通訊作者。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123388
行業(yè)：
魯公網(wǎng)安備 37060202000128號
