柑橘抗铝毒胁迫研究领域取得新进展

近日，资源与环境学院姜存仓教授课题组连同园艺林学学院刘继红教授在Journal of Hazardous Materials杂志发表题为“Boron contributes to excessive aluminum tolerance in trifoliate orange （Poncirus trifoliata （L.） Raf.） by inhibiting cell wall deposition and promoting vacuole compartmentation”的研究论文，相关研究为揭示硼对南方酸性红壤中柑橘砧木（枳）铝毒害的缓解机制提供了新见解。

 

柑橘是世界第一大类水果，我国的柑橘产量和种植面积居世界首位，其主要种植于长江中下游和长江以南的酸性土壤地区。其中，铝（Al）毒是酸性土壤中限制柑橘生长的主要胁迫因子之一。硼（B）是植物正常生长发育所必需的微量元素。研究表明，硼和铝之间具有一定的相互作用，且多项研究表明硼对植株铝毒害具有一定的缓解作用，但是更深入的缓解机制还有待探索。

 

枳（Poncirus trifoliata （L.） Raf.）作为柑橘的近源属植物，是柑橘栽培中的主要砧木。因此，本研究以枳为研究对象，利用水培体系，首先分析硼添加对根系有机酸分泌种类及根际pH变化分析，结果表明，铝主要诱导枳根系分泌苹果酸以响应铝毒；铝胁迫下，施硼可促进根系苹果酸的分泌（螯合根际铝）及碱化根际pH（改变根际铝形态），共同降低根系对铝的吸收，进而减弱铝对植株的毒害作用。另外，对细胞壁果胶组分含量及特性变化分析发现，硼通过抑制低甲基酯果胶合成（较低的JM5荧光强度）、降低果胶甲酯酶活性以降低细胞壁中铝的结合位点，从而减少细胞壁中铝的积累。不同亚细胞组分中铝含量及分配表明，硼可促进液泡中铝的分配，且调控细胞质Al3+转运至液泡的PtALS1和PtALS3基因在加硼之后表现出较高的表达量。因此，结果得出铝胁迫下加硼抑制根尖对铝的吸收，降低细胞壁中铝的积累，且进一步促进液泡对进入细胞质中的铝区隔存贮，最终减轻铝对植株的毒害作用。本项目研究结果将为酸性土壤施用硼肥提高铝毒抗性、丰富柑橘逆境胁迫的调控提供理论基础和实践参考。

 

 

图1 图形摘要