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酸性土壤(pH<5.5)约占全球30%的土地面积和50%的潜在可耕作土地面积。我国酸性土壤主要集中分布于南方15个省区,约占全国面积的22.7%。铝毒是酸性土壤中限制作物生长和产量提高的最主要因素。铝对植物毒害始于根系伸长受抑制,进而引发一系列生理代谢紊乱,限制根系对养分和水分的吸收,严重制约酸性土壤上的作物生产。虽然关于植物铝的毒害和耐性机制已有大量研究报道,但是关于植物对铝胁迫响应的信号调控机制仍不完全清楚。褪黑素是一类具有多效性的吲哚环类分子,参与了植物对干旱、盐害、重金属毒害等逆境胁迫响应的信号调控过程,但是关于褪黑素在植物对铝胁迫响应中的作用及调控机制尚不清楚。本论文以耐铝性差异显著的2个小麦基因型西矮麦1号(耐性)和扬麦5号(敏感性)为研究材料,围绕褪黑素(MT)在小麦铝胁迫下含量变化及其对铝毒的缓解作用、褪黑素对铝胁迫下小麦根尖抗氧化系统的影响、褪黑素对铝胁迫下小麦根尖细胞壁组分和性质的影响等方面开展研究。试验取得的主要结果如下:(1)研究了铝胁迫下2个小麦基因型(西矮麦1号和扬麦5号)根尖褪黑素含量的变化以及外源褪黑素处理对铝胁迫下小麦根系伸长、H2O2、O2·-的产生和氧化损伤的影响。结果表明,铝胁迫下2个小麦基因型根尖H2O2、O2·-、Evens blue吸收量、脂质过氧化(MDA含量)和蛋白质氧化程度均显著升高,且扬麦5号显著高于西矮麦1号。铝胁迫下2个小麦基因型根尖褪黑素含量显著提高,敏感性基因型扬麦5号提高了 16ng/g FW,而耐性基因型西矮麦1号中提高了 32ng/g FW,约为扬麦5号的2倍。外源褪黑素预处理可进一步提高铝胁迫下小麦根尖内源MT含量,并显著减少铝胁迫下小麦根尖活性氧的产生,降低根尖遭受的氧化损伤,缓解小麦根系伸长受铝的抑制程度,铝胁迫下外源MT处理的西矮麦1号和扬麦5号根系伸长率较铝单独处理约提高了 20%和16%。可见,铝胁迫可诱导小麦根尖褪黑素的积累,外源褪黑素可显著提高铝胁迫下小麦根尖内源褪黑素含量,减少小麦根尖活性氧的产生,降低根系遭受的氧化损伤,从而缓解小麦根系伸长受铝抑制的程度。(2)通过外源MT预处理,研究了 MT对铝胁迫下小麦根尖抗氧化系统的影响及其与小麦耐铝性的关系。结果表明,随着铝处理时间延长,2个小麦基因型根尖活性氧(ROS)荧光逐渐增强,且敏感性基因型扬麦5号产生时间更早、含量更高,MT预处理显著降低了小麦根尖ROS的产生。在铝处理6h时西矮麦1号根尖SOD、POD、CAT酶活性均显著提高,扬麦5号中POD活性显著提高;MT预处理可进一步增强铝胁迫下西矮麦1号根尖SOD、POD、CAT及扬麦5号根尖SOD和CAT活性。铝处理6 h时耐性基因型西矮麦1号根尖AsA和GSH含量上升,GSSG和DAH含量下降,同时AsA/DAH和GSH/GSSH显著提高,而敏感性基因型扬麦5号未见显著差异;MT预处理后显著降低了 2个基因型小麦根尖DAH含量,提高了 AsA、GSH含量以及AsA/DAH和GSH/GSSH比值。铝胁迫6h时2个小麦基因型根尖总抗氧化能力(FRAP)和自由基清除率(DPPH)均显著提高,而MT预处理进一步促进了小麦根尖总抗氧化能力(FRAP)和自由基清除率(DPPH)的提高。可见,外源褪黑素预处理可通过增强铝处理胁迫前期(6 h)小麦根尖SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性和还原型AsA、GSH等重要抗氧化物质含量,增强抗氧化活性(FRAP和DPPH)和维持根系氧化还原稳态(GSH/GSSG和AsA/DAH),抑制铝胁迫下根尖ROS的积累,从而缓解铝胁迫下小麦根系遭受的氧化损伤,增强小麦根系耐铝性。(3)通过外源MT预处理,研究了 MT对铝胁迫下小麦根尖细胞壁组分和性质的影响。结果表明,铝胁迫可显著提高小麦根尖铝含量,且敏感性基因型扬麦5号根尖积累量显著高于西矮麦1号;外源MT预处理可显著减少2个小麦基因型根尖铝含量,并显著缓解铝对2个小麦基因型根系伸长的抑制作用。铝胁迫显著提高了小麦根尖细胞壁果胶、半纤维素含量和果胶甲酯酶活性,外源MT预处理则显著降低小麦根尖果胶、半纤维素含量和果胶甲酯酶活性。铝胁迫可显著提高2个小麦基因型根尖苹果酸的分泌,且耐性基因型高于敏感基因型,但外源MT预处理对铝胁迫下小麦根尖苹果酸分泌无显著影响。可见,外源MT对小麦根系铝毒的缓解作用与其降低细胞壁组分果胶、半纤维素含量和果胶甲酯酶活性,进而减少小麦根系铝积累有关,而与其对有机酸分泌的影响无关。