華中農業(yè)大學資源與環(huán)境學院教授姜存?zhèn)}課題組在Journal of Hazardous Materials雜志發(fā)表題為“Boron reduces aluminum deposition in alkali-soluble pectin and cytoplasm to release aluminum toxicity” 的研究論文，相關研究揭示了硼降低鋁在枳殼砧木根系細胞壁堿溶性果膠和細胞質中鋁的積累，最終減輕鋁對植株的毒害作用機理。
鋁（Al）是地殼中含量最豐富的金屬元素。鋁毒是酸性土壤（pH≤5）中限制作物生長的重要因素。硼（B）是高等植物生長發(fā)育必需的微量元素之一，缺硼癥狀首先出現(xiàn)于根系，與鋁毒癥狀相似，且細胞壁被認為是缺硼和鋁毒作用的主要位點。柑橘是我國重要的水果作物，其主要種植在南方酸性土壤中，硼缺乏和鋁毒害并存問題在柑橘園很常見。2017年該課題組在Environmental Pollution報道了硼可改變枳殼砧木根系果膠組分及纖維素特性而緩解鋁毒，但是更深入的緩解機制還有待探索。
本研究中發(fā)現(xiàn)，鋁脅迫下根系79.60-87.33%的鋁積累在細胞壁上，加硼降低根系細胞壁鋁含量，X射線光電子能譜結合掃描電鏡X射線能譜儀技術驗證了此結論。進一步探究發(fā)現(xiàn)，鋁脅迫下加硼主要降低果膠（尤其是堿溶性果膠中）鋁含量。原因是鋁脅迫下加硼抑制果膠，尤其是堿溶性果膠合成及其PME活性，同時，加硼增加質膜H+-ATPase活性，促進H+外排，降低質外體pH而進一步降低PME活性，增加果膠甲基酯化度，從而抑制果膠水解出更多的羧基基團；原子力顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)硼促進堿溶性果膠交聯(lián)，形成穩(wěn)定的細胞壁網狀結構，減小細胞壁的孔徑，二者共同作用降低鋁在細胞壁中的積累。另外，透射電鏡X射線能譜儀技術探究細胞間隙、細胞質和液泡中鋁含量及對NRAT1（負責將Al3+從細胞間隙轉運到細胞質）和ALS1（調控鋁離子從細胞質轉運到液泡）表達量的測定，得出脅迫下加硼抑制根尖對鋁的吸收，及加速細胞質鋁的液泡區(qū)室化，最終減輕鋁對植株的毒害作用。本次研究有助于酸性土壤中柑橘產業(yè)的發(fā)展，更為酸性紅壤中硼肥施用措施提供科學的理論依據(jù)。
該研究由國家自然科學基金和中央高校基本科研業(yè)務費專項基金資助，博士研究生閆磊為本文的第一作者，教授姜存?zhèn)}為通訊作者。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123388
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魯公網安備 37060202000128號
