硼、铝对豌豆根边缘细胞及根细胞壁果胶多糖特性的影响

摘要

边缘细胞(Rootbordercells)是近年来在根尖发现的不同于根系其它组织的一类活细胞群，具有特殊的牛理活性，在根际周围起着至关重要的作用。国内外研究表明，铝毒和缺硼对植物影响最迅速的部位是根尖，边缘细胞产生于根尖，硼铝关系中的作用已被最近的研究证实，但是具体作用机理尚不清楚。细胞壁果胶被认为是铝毒和缺硼作用的主要位点，因此，研究根边缘细胞细胞壁果胶多糖对硼铝的反应，可以从微观方面阐明硼减轻铝毒的作用机理。 通过豌豆根边缘细胞雾化培养，研究硼铝对豌豆根边缘细胞活性和数量的影响，以及硼铝处理下边缘细胞及根细胞壁果胶多糖含量、果胶多糖组成和果胶甲基酯化程度的变化，揭示硼减轻铝毒的边缘细胞学机理：硼能够稳定根边缘细胞数量和提高细胞存活率；提高硼在细胞壁中的结合位点，增强与细胞壁果胶的牢固结合，减少细胞壁铝离子的结合位点，保持细胞壁的稳定。具体研究成果分述如下： 1.边缘细胞在铝胁迫下，存活率明显下降p＜0.05)，总的细胞数极显著增加(p＜0.01)，表明铝毒对根边缘细胞具有致死效应，但铝同时刺激了边缘细胞的产生，使根尖不断产生细胞来抵抗铝的毒害；铝胁迫下加硼后，边缘细胞存活率显著提高(p＜0.05)，总的细胞数下降，证明硼减少铝胁迫引起的细胞死亡，减轻铝毒。 2.铝处理后，边缘细胞细胞壁及细胞壁螯合态果胶(果胶1)和碱溶性果胶(果胶2)铝含量高于根段，表明边缘细胞足根吸收铝的屏障。铝主要分布在果胶2，尤其是边缘细胞。铝胁迫下加硼后，果胶铝含量减少，表明硼抑制了铝与根尖细胞壁果胶的结合。 3.边缘细胞细胞壁果胶总糖和糖醛酸含量普遍高于根段。铝引起的边缘细胞和根段细胞壁果胶总糖和糖醛酸含量，而硼则使之下降，表明硼可以通过保持较低果胶含量，有效地控制结合位点而减轻铝毒。此外，铝胁迫加硼后，3-脱氧-D-甘露-2-辛酮糖酸(KDO)含量也极显著增加，边缘细胞达极显著水平(p＜0.01)，而根段0-10mm和10-20mm总KDO分别占边缘细胞的74％和65％，可见，边缘细胞细胞壁KDO含量远远高于根段，故对硼的结合能力较强，细胞壁果胶网络结构更稳定。 4.经过分子筛分离果胶多糖组成，测定其分子量和铝含量发现，铝硼影响了果胶1，2的含量，同时还改变了果胶1小分子多聚糖分子量，铝峰和糖峰出现时间大致相同，说明铝与多糖结合。果胶2分离出一个多聚糖组分，分子量大于79.55KD。果胶1则分离出两个组分，即大分子多聚糖(分子量大于79.55KD)和小分子低聚糖。铝胁迫条件下，无论加硼与否，边缘细胞、根段0-10mm和根段10-20mm细胞壁果胶1小分子低聚糖出峰时间均提前：铝胁迫下，该处分子量分别由3.32KD、3.32KD和1.86KD增加到4.42KD、4.42KD和3.32KD，铝胁迫加硼后，根段小分子低聚糖分子量与铝处理相比没有增加，但糖峰面积增大，多糖含量增加，边缘细胞小分子低聚糖组分变化明显，分别在1.8h和2.3h出现洗脱峰，分子量分别为14.05KD和3.32KD，组分3峰面积大于组分2，这表明硼铝交互作用后，增加了边缘细胞多糖组分，且小分子多糖含量大大增加。硼处理后，低聚糖出峰时间延后，分子量减小。 5.铝胁迫下，边缘细胞、根段0-10mm和根段10-20mm果胶甲基酯化程度比各自对照增加了26％、16％和17％，边缘细胞增加显著(p＜0.05)；铝胁迫时加硼，果胶甲基酯化程度普遍下降，边缘细胞达到显著水平(p＜0.05)，根段未达到显著水平，表明铝胁迫加硼后，果胶游离羧基减少或是被包裹在果胶网状结构内，减少了对铝的吸附，从而起到了缓解铝胁迫的作用。 综上所述，铝毒时，细胞壁果胶糖醛酸含量提高，羧基含量增加，同时铝使较多的果胶去甲基化，果胶甲基酯化程度增加，也加大了自由羧基的含量，结合位点增多。铝在果胶上大量积累，减少了其它金属离子与果胶的结合，铝还把多个果胶小分子低聚糖联接起来，形成糖-铝-糖复合物，多糖分子量增大，果胶网络结构遭到破坏，产生铝毒。但在铝毒时，边缘细胞数量增加，细胞壁果胶总糖和糖醛酸含量普遍高于根段，果胶甲基酯化程度的增加大于根段，减少了铝进入根尖，成为根尖的屏障。铝毒时加硼，大量减少未甲基化果胶含量，致使果胶含量和果胶甲基酯化程度下降，有效控制了果胶上铝的结合位点，铝的吸附减少。硼与单链。RGII的结合，也稳定了果胶网络结构，细胞壁结构稳定，有效缓解了铝的毒害。边缘细胞在铝胁迫加硼后，减少了铝胁迫引起的细胞死亡，细胞壁KDO含量远远高于根段，对硼的结合能力较强，细胞壁果胶网络结构更稳定；同时加硼后边缘细胞壁果胶结合更多铝，因而减少了根尖0-10mm果胶铝含量，减轻了根尖铝毒。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1研究目的和立题意义

1.2植物铝毒害机制

1.2.1铝在细胞壁上的积累

1.2.2铝在果胶上的积累

1.2.3铝胁迫下果胶含量的变化

1.2.4铝胁迫下果胶多糖组成的变化

1.2.5铝胁迫下果胶甲基酯化程度的变化

1.2.6铝胁迫下果胶甲酯酶的变化

1.2硼与细胞壁

1.2.1硼在细胞壁中的积累和分布

1.2.2硼与果胶的结合

1.3边缘细胞

1.3.1边缘细胞概述

1.3.2果胶甲基酯酶与边缘细胞的关系

1.3.3铝对边缘细胞的影响

1.3.4硼对边缘细胞的影响

1.3.5边缘细胞在硼缓解铝毒的作用

2硎铝处理对豌豆根边缘细胞存活率和总数的影响

2.1材料与方法

2.1.1豌豆种子的前处理及边缘细胞培养

2.1.2实验设计

2.1.3检测方法

2.1.4数据处理

2.2结果与分析

2.3讨论

2.4小结

3铝硼处理对豌豆边缘细胞和根段细胞果胶中铝分配的影响

3.1材料与方法

3.1.1豌豆种子的前处理及边缘细胞培养

3.1.2试验设计

3.1.3细胞壁样品制备

3.1.4细胞壁果胶样品制备

3.1.5铝含量测定

3.1.6数据处理

3.2结果与分析

3.3讨论

3.4小结

4硼铝对豌豆根边缘细胞和根段细胞壁果胶含量的变化

4.1材料与方法

4.1.1豌豆种子的前处理及边缘细胞培养

4.1.2试验设计

4.1.3细胞壁的提取

4.1.4细胞壁多糖成分的分离

4.1.5细胞壁果胶含量测定方法

4.1.6数据处理

4.2结果与分析

4.2.1硼铝处理后，豌豆边缘细胞和根段细胞壁果胶总糖含量的变化

4.2.2硼铝处理后，豌豆边缘细胞和根段细胞壁果胶糖醛酸含量的变化

4.2.3硼铝处理后，豌豆边缘细胞和根段细胞壁果胶KDO含量的变化

4.3讨论

4.4小结

5硼铝处理对豌豆边缘细胞和根段细胞壁果胶多糖组分的影响

5.1材料与方法

5.1.1豌豆种子的前处理及边缘细胞培养

5.1.2实验设计

5.1.3豌豆边缘细胞及根细胞壁果胶多糖的提取

5.1.4细胞壁果胶多糖的分离

5.1.5细胞壁果胶多糖组分的检验

5.1.6数据处理

5.2结果与分析

5.2.1硼铝处理豌豆边缘细胞和根段细胞壁果胶多糖组分和分子量的变化

5.2.2硼铝处理，豌豆根边缘细胞和根段细胞壁果胶1多糖A1含量的变化

5.3讨论

5.4小结

6硼铝处理对豌豆边缘细胞果胶甲基酯酶和果胶甲基酯化程度的影响研究

6.1材料与方法

6.1.1豌豆种子的前处理及边缘细胞培养

6.1.2试验设计

6.1.3数据处理

6.2结果与分析

6.2.1硼铝处理，果胶甲基酯酶活性变化

6.2.2硼铝处理，果胶甲基酯化程度变化

6.3讨论

6.4小结

7总讨论

7.1细胞壁在植物抗铝毒机理中的作用

7.2边缘细胞在植物抗铝毒机理中的作用

7.3边缘细胞在硼缓解铝毒的可能机制

8结论

9待进一步解决的问题

参考文献：

致谢