铝毒是影响作物生长的重要限制因子之一。传统上,人们往往通过施石灰或有机肥等措施来改善土壤,在改土施肥的同时,通过遗传育种途径来提高作物的耐铝性,这对经济持久地利用酸性红壤具有重要意义。大豆(Glycine max L.)是我国重要的油料作物,在酸性红壤上种植大豆,也存在铝毒的问题。本研究以两个不同铝耐性的大豆品种(中豆32和本地2号)为材料,测定了铝胁迫下大豆根尖细胞变化、根尖细胞pH值、能量物质变化等指标,并运用能斯特-吉布斯方程式(Nemst-Gibbs)计算了铝诱导有机酸分泌过程中的能量变化。结果发现:　　 1、AlCl3(50 gmol·L-1)胁迫显著抑制大豆主根的伸长,随着铝处理浓度的增加和铝处理时间的延长,其抑制效果更加明显,其中,中豆32比本地2号具有较大的相对根长。　　 2、大豆根尖细胞超微结构分析表明,50和100μmol.L-1 AlCl3处理条件下,中豆32比本地2号更耐铝。在100 μmol·L-1 AlCl3处理时,本地2号根尖皮层出现不同程度的龟裂,根尖细胞间隙变大,发生褶皱或不规则加厚,细胞结构不完整,发生严重的质壁分离,细胞质降解,线粒体等细胞器消失,甚至空泡化。　　 3、原位显色试验表明,铝处理能降低大豆根际pH值,表明铝胁迫诱导大豆根尖质子分泌;培养3天时,中豆32和本地2号根际pH值没有明显差异;当培养7天时,中豆32的根际pH值比本地2号下降更多,这表明铝胁迫时,中豆32酸化能力强于本地2号。　　 4、在低于100 μmol·L-1 AlCl3处理条件下,大豆根尖可溶性无机磷浓度呈现上升的变化趋势,中豆32根尖细胞中的可溶性磷浓度显著高于本地2号;根尖铝浓度随着铝处理浓度的增大而增加,本地2号根尖铝浓度高于中豆32。　　 5、利用高效液相色谱测定大豆根尖能量物质发现,铝处理明显降低大豆根尖内源ATP浓度,中豆32根尖内源ATP的降低量明显大于本地2号。　　 6、共聚焦激光显微镜测定根尖细胞pH值发现,25μmol·L-1 AlCl3处理明显增加细胞质pH值,且中豆32细胞质pH值上升值高于本地2号。　　 7、运用Nemst-Gibbs方程式对铝处理过程中的消耗能量进行了测定,发现:25μmol·L-1 AlCl3处理4小时后,中豆32和本地2号根尖细胞自由能减少了16.13 kJ·mol-1和14.59 kJ·mol-1,中豆32根尖细胞自由能减少量比本地2号高。由于铝诱导有机酸分泌需要消耗能量,而且该能量需求与有机酸跨膜运输相偶联,运用Nemst-Gibbs方程式可计算有机酸分泌过程中的能量消耗量。根据公式计算可得,中豆32分泌柠檬酸和苹果酸的能量消耗分别为0.96 kJ·mol-1和3.15 kJ-mol-1。本地2号则为2.01 kJ·mol-1和5.68kJ·mol-1。中豆32分泌柠檬酸和苹果酸消耗能量明显小于本地2号;而且分泌柠檬酸消耗的能量少于苹果酸。这些研究结果为进一步探讨铝诱导有机酸分泌过程中的能量代谢机制奠定了工作基础。