边缘细胞(Root border cells)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,具有特殊的生理活性,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,表明边缘细胞是根吸收铝的屏障。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。