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有机酸分泌是植物抵御铝毒害的重要机制之一,但相关试验都是离体切根或培养杯水培试验条件下进行,前者不能较好地反映正常生理条件下根尖分泌有机酸的情况,后者操作繁杂且不适用于价格昂贵的药理学试验研究。本文自主设计制作了植物幼苗活体根尖分泌物收集装置,改良了有机酸分泌物收集方法,研究了活体条件下铝诱导的黑麦和小麦根尖分泌有机酸的特点,并采用药理学方法研究了阴离子通道抑制剂(PG、A-9-C)和异三聚体G蛋白激活剂(CTX)、抑制剂(PTX)对铝诱导的黑麦和小麦根尖有机酸分泌的影响。研究结果显示:
1.铝能同时诱导黑麦分泌柠檬酸和苹果酸,且分泌量随铝处理浓度(0、50、100、200、300μmol·L-1 A1C13)的升高而升高;但铝不能诱导小麦分泌柠檬酸,只能诱导小麦分泌苹果酸,且在本试验中,100 μmol·L-1 A1C13处理时分泌量最大,再高浓度铝处理其分泌量反而有所下降。
2.目前认为铝诱导根系分泌有机酸有两种不同的模式:模式I,植物在铝处理后根系立即分泌有机酸;模式Ⅱ,植物从铝处理到有机酸大量分泌有一个感应期,需要几小时甚至几天才达大量分泌。100μmol·L-1 A1C13处理3h,小麦即大量分泌苹果酸,随处理时间延长,分泌量上升,9h后,苹果酸分泌速率开始下降,并趋于稳定。300μmol·L-1 A1C13处理黑麦,3h内即有苹果酸分泌,6-9h分泌速率达到最高峰,之后分泌速率下降并趋于稳定;而柠檬酸的分泌相对滞后,铝处理3-6h始有少量分泌,6h后分泌速率持续上升,12-15h达到最高峰,15-18h有所下降。结果说明,小麦和黑麦均以模式1分泌苹果酸,黑麦以模式11分泌柠檬酸:有机酸的分泌速率并不随铝处理时间的延长而持续提高。
3.根尖ER染色结果显示,阴离子通道的抑制剂PG、A-9-C处理增加了根尖对铝的吸附量,PG加重根尖上段伸长区的染色程度,且对小麦的影响大于黑麦;而A-9-C则加重了根尖下段分生区的染色程度,且对黑麦的影响大于小麦。PG、A-9-C,显著抑制了铝诱导的小麦苹果酸、黑麦苹果酸和柠檬酸的分泌。这些结果说明,铝诱导的小麦和黑麦根尖分泌有机酸是经由阴离子通道分泌的。
4.根尖ER染色显示,G蛋白激活剂CTX减少了小麦根尖铝的吸附量,而抑制剂PTX增加了小麦根尖铝的吸附量;CTX、PTX均减少了黑麦根尖铝的吸附量。50ng·ml-CTX显著促进小麦和黑麦根尖有机酸的分泌,100ng·ml-1 PTX显著促进铝诱导的黑麦根尖柠檬酸和苹果酸分泌,却显著抑制了小麦的苹果酸分泌。PG、A-9-C与CTX共处理,有机酸的分泌均较单独CTX处理显著下降。这些结果说明,G蛋白可能介导了铝信号的跨膜转导,参与了铝诱导小麦和黑麦有机酸分泌的调节,并且这种调节作用由阴离子通道介导。