磷缓解油茶幼苗铝胁迫的生理机制研究

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油茶是我国重要的木本食用油料树种,发展油茶产业具有缓解食用油短缺、巩固脱贫成果、推进乡村振兴以及生态建设等多重效益。目前油茶种植面积达400万公顷,主要分布在长江以南的酸性红壤区。然而,酸性红壤铝活性高和有效磷含量低是限制油茶生长发育和增产的两个重要限制因子。为探究磷添加对铝胁迫油茶幼苗的生长和生理指标的影响,本研究以1年生油茶‘华金’扦插苗为试验材料进行室内盆栽试验,设置了高磷低铝(+P-Al)、低磷低铝(-P-Al)、高磷高铝(+P+A1)、低磷高铝(-P+A1)4个处理,测定了油茶的生长和抗氧化相关指标、根尖细胞壁铝累积及细胞壁特性和根系代谢组,旨在为磷缓解油茶铝胁迫机理以及磷养分管理提供参考资料。主要结果如下:(1)对油茶生长和抗氧化相关指标进行测定,结果表明:-P+Al处理显著抑制了油茶植株生物量,植株干重降低了 39.81%,而磷的添加缓解了铝对油茶生长的抑制,植株干重提高了 36.94%;-P+Al处理显著降低了叶绿素含量,抑制了光合作用,而磷的添加提高了叶绿素含量,降低了光抑制,提高了光捕获和电子传递效率以及净光合效率;-P+A1处理显著提高了根和叶的PPO活性,降低了抗氧化酶活性,导致活性氧累积,而磷的添加显著降低了 PPO活性,缓解了铝对POD和APX活性的抑制,降低了活性氧累积;此外,磷添加降低了结合态酚含量的提高,降低细胞壁木质化速率。(2)对油茶根尖细胞壁相关指标进行测定,结果表明:铝胁迫抑制了油茶根系伸长;铝胁迫下根尖约有80%的铝分布在细胞壁上,而细胞壁中80%的铝结合在果胶和HC1组分;磷的供应降低了铝在细胞壁的累积;铝胁迫显著提高了细胞壁果胶含量,诱导去甲酯化果胶提高4倍,降低了果胶甲酯化度,而磷的供应降低了细胞壁去甲酯化果胶含量和HC1含量来降低铝在细胞壁的结合位点;此外,铝胁迫下磷通过降低铝胁迫对XET和EGase活性的抑制提高细胞壁的松动性,通过降低CPO活性降低木质化速率,提高细胞壁伸长能力从而缓解铝胁迫对根系伸长的抑制。(3)对油茶根尖代谢组进行测定,结果表明:低磷和铝胁迫降低了可溶性糖和可溶性蛋白含量,提高了游离氨基酸和MDA含量,而铝胁迫下磷的供应提高了可溶性糖和可溶性蛋白含量,降低了游离氨基酸和MDA含量;本研究共筛选出58个差异代谢物,铝胁迫提高了多种氨基酸含量,降低了多种有机酸和碳水化合物含量,而磷供应降低了铝胁迫引起的多种氨基酸的异常累积,但有机酸含量的变化较小,铝胁迫下磷的供应提高了包括蔗糖和葡萄糖在内的多种碳水化合物含量。表明铝胁迫增加了氨基酸的积累,减少了有机酸和碳水化合物的积累,而磷供应通过降低蛋白质合成的抑制和增加碳水化合物含量来促进了根系的生长。综上表明,低磷和铝胁迫抑制了油茶幼苗生长和根系伸长,引起氧化胁迫,提高了根尖铝累积,影响了代谢过程,而磷的供应可以提高抗氧化酶活性缓解氧化胁迫,改变细胞壁特性降低铝的结合位点,提高碳水化合物累积等途径来缓解铝胁迫。
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