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铝是地壳中含量最丰富的金属元素,通常以难溶性硅酸盐或氧化铝的形式存在,对植物没有毒害,但在酸性条件下(pH<5),可溶性的铝(主要是Al3+)对大多数植物都会产生毒害。酸性上壤中的铝毒害抑制植物生长,降低作物品质和产量。因此对植物耐铝胁迫机理研究具有重要的理论价值和实际意义。本文以不同耐铝性豇豆品种‘T6’(耐铝型)和‘S3’(铝敏感型)为试验材料,对两份品种耐铝差异进行了比较研究。通过研究不同浓度铝胁迫下两份豇豆品种种子萌发、幼苗生长、营养元素吸收、光合荧光特性、抗氧化系统、细胞壁特性和有机酸分泌等方面的变化,来探讨豇豆铝毒害及耐铝机理。全文研究结果如下：1.铝敏感品种‘S3’种子的发芽率、发芽势、淀粉酶活性和可溶性糖含量在50μmol·L-1以下的低浓度铝(10、50μmol·L-1)处理下与对照相比差异不显著；而在100μmol·L-1以上的高浓度铝(100、500、1000μmol·L-1)胁迫下显著下降。耐铝品种‘T6’种子的相关指标在低浓度铝处理下显著提高；在500、1000μmol·L-1铝胁迫下显著下降。低浓度铝处理时,两份豇豆品种幼苗的株高、地上部干重与对照相比差异不显著,500μmol·L-1的铝胁迫显著降低了两份豇豆品种的株高和地上部干重。耐铝品种‘T6’在10μmol·L-1铝处理时,根长和根系干重与对照相比差异不显著,在高浓度铝胁迫时显著下降；铝敏感品种‘S3’随着铝处理浓度的提高,根长、根系干重一直呈下降趋势。2.铝胁迫增加了两份豇豆品种植株体内的铝含量,且铝主要集中在根系,铝敏感品种‘S3’的增加量大于耐性品种‘T6’；两份品种的根系和地上部分的大量元素N、P、Mg、Ca、K的含量在高浓度的铝胁迫时有不同程度下降,除K含量外,对铝敏感品种’S3’N、P、Mg、Ca的含量影响大于耐性品种‘T6’。铝胁迫对豇豆微量元素的吸收也有不同程度的抑制作用,以Cu和Fe受到的抑制作用最大,Zn次之,Mn吸收受到的抑制作用最小。铝胁迫后,铝主要集中在豇豆根尖的0～10mm处,铝敏感品种‘S3’铝积累量大于耐铝品种‘T6’；苏木精染色后发现铝敏感品种‘S3’根尖染色较深,而耐铝品种‘T6’根尖染色较浅；X-射线能谱分析发现,铝胁迫后,两份豇豆品种的铝主要分布在表皮和皮层组织,而中柱分布较少。3.10μmol·L-1的铝处理提高了耐性品种‘T6’的叶绿素a、叶绿素a/b、净光合速率(Pn)和非光化学淬灭系数(NPQ),降低了胞间CO2浓度(Ci),增强了其光合能力；而高浓度的铝胁迫破坏了两品种的叶绿体、线粒体和细胞核结构,降低了叶绿素a、叶绿素a/b、Pn,气孔导度(Gs)、植物水分利用效率(WUE)、PSⅡ光合电子传递量子效率(ΦPSⅡ)、光化学淬灭系数(qP)和NPQ,提高了Ci,抑制了其光合作用,且对敏感品种‘S3’的影响大于耐铝品种‘T6’。4.随着铝处理浓度的增加,豇豆根尖细胞壁果胶和纤维素中的糖醛酸含量和总糖含量显著增加,半纤维素中的总糖含量显著增加,且铝敏感品种‘S3’增加幅度大于耐铝品种‘T6’；豇豆根尖细胞壁果胶、半纤维素和纤维素中的铝含量在高浓度铝胁迫时显著增加,铝敏感品种‘S3’增加量显著高于耐铝品种‘T6’。高浓度铝胁迫下,两品种根尖细胞壁的果胶甲酯酶(PME)活性显著提高,‘S3’的升高幅度大于‘T6’,根尖细胞壁果胶甲酯化程度显著降低,‘S3’的降低幅度大于‘T6’。随着铝处理浓度的升高,两份豇豆品种的根尖O2.-产生速率、H202含量、MDA含量及质膜透性都逐渐增加,且铝敏感品种‘S3’的增加幅度大于耐铝品种‘T6’。抗氧化系统的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)、抗坏血酸(AsA)、还原型谷胱甘肽(GSH)含量都有所上升,其中铝敏感品种‘S3’的SOD活性上升幅度比耐性品种‘T6’高,而POD、CAT、APX、ASA的上升幅度相对较低,从而引起H2O2过量积累而导致氧化胁迫,使细胞的脂质过氧化程度加剧,最终严重影响根系的生长。5.铝胁迫可诱导豇豆根系分泌柠檬酸和苹果酸,柠檬酸的分泌量在不同铝处理浓度和不同品种间没有显著变化。苹果酸的分泌量随着铝处理浓度的增加而升高,耐铝品种苹果酸的分泌量高于铝敏感品种,两份品种根系有机酸的分泌均存在一个6小时的滞后期,属于分泌模式Ⅱ型。缺P处理可以诱导豇豆根系分泌有机酸,但分泌量不随处理时间的增加而增加,缺P处理加铝24小时后苹果酸分泌量增加了约10倍,镧处理不能诱导豇豆根系分泌有机酸,铝诱导豇豆有机酸的分泌主要发生在根尖0～10mm。随着铝处理浓度的增加,根系苹果酸分泌量显著增加,根尖苹果酸含量显著减少,但与其代谢相关酶的活性没有显著变化；阴离子通道抑制剂A-9-C和蛋白合成抑制剂CHM可以完全抑制铝诱导的豇豆根系有机酸的分泌,但根尖有机酸的含量没有显著变化。因此推测铝诱导的豇豆根系有机酸的分泌与其代谢无关,可能与新蛋白的合成和通道的开启有关。外源水杨酸(SA)、脱落酸(ABA)对铝诱导的豇豆根系有机酸的分泌影响不显著,而外源生长素(IAA)可显著提高铝诱导的豇豆根系苹果酸的分泌,Ca2+通道抑制剂和螯合剂则显著抑制铝诱导的豇豆根系苹果酸的分泌,同时豇豆根尖有机酸的含量和其代谢相关酶的活性均没有显著变化。因此推测IAA和Ca2+可能参与调控铝诱导的豇豆根系苹果酸的分泌,但这个调控过程可能与其代谢无关。