文章编号：
GUANGDONG WEIUANG YUANSU KEXUE
广东微量元素科学
第
24卷第2期
1006—446X (2017) 2-0012-06
铝毒对覆铁膜水稻生长和根尖细胞壁组分的影响
(1.浙江师范大学地理与环境科学学院，浙江金华321004;2.金华职业技术学院农业与生物工程学院，浙江金华321007 )802为材料，通过缺磷（-P)和供Fe2+( +Fe)两种方式诱导形成根表铁膜，
研究根系生长、根尖铝（A1)含量和根尖细胞壁组分差异。结果表明，100 ijunol/L Al3 +处理48 h,-P和+ Fe处理的根相对伸长率降低了 66. 67%和51. 25%，其中-P处理的根相对伸长率显著低 于+ Fe处理。根尖A1和MDA含量分别比对照组（CK)增加了 1 105. 6%和322. 5%，82. 45%和 51.61%, -P处理的水稻根尖A1和MDA含量显著高于+Fe处理。A1处理也显著增加根尖细胞 壁的果胶、半纤维素1和半纤维素2含量，其中-P处理的增加幅度高于+ Fe处理。表明-P处 理受A1毒害更加严重。由于-P处理诱导形成的铁膜中的Fe含量显著高于+ Fe处理，而铁膜中 的P含量则是前者显著低于后者，因此可以认为，根表铁膜上吸附的P在水稻耐铝中起主要
摘要：以水稻浙辐作用。
关键词：水稻；铝毒；铁膜；根系生长；细胞壁多糖组分 中图分类号：
郭东磊1邢承华2
姚瑶
1
刘庆1蔡妙珍
S 511
文献标识码：
A
Effects of Aluminum Toxicity on Growth and Root Cell Wall Composition of Rice with Iron Plaque on the Root Surface
(1. College of Geography and Environmental Sciences, Zhejiang Normal University, Zhejiang Jinhua 321004, China；
Bioengineering Institute, Jinhua College of Vocation and Technology, Zhejiang Jinhua 321007, China)
GUO Donglei1, XING Chenghua2, YAO Yao1, LIU Qing1, CAI Miaozhen1*
Abstract ； In this study, iron plaque on the root surface was induced by phosphorus deficiency ( - P)
and Fe2+ supply ( +Fe). Rice, Zhefu 802, was used to investigate the effect of aluminum ( A1) toxicity on root growth, A1 content in root tips and root cell wall composition. Relative root length in the - P and + Fe treatment was decreased by 66. 6% and 51. 25% when treated with 100 [xmol/L Al3+ , and it was significantly lower in - P treatment than in + Fe treatment. A1 content and malonaldehyde ( MDA) content in root tips was increased by 1 105. 6% and 322. 5% , 82. 45% and 51. 61% in - P and Fe treatment than CK. Furthermore, A1 supply significantly increased pectin, hemicellulose 1 and hemicellulose 2 content, and the increase degree in roots treated with - P is higher than that + Fe
收稿日期：2017 — 01 — 04
基金项目：浙江省自然科学基金项目（Yl5Cl5〇〇23)。
作者简介：郭东磊，男，汉族，河南驻马店人，硕士研究生，主要从事环境生态研究。通讯作者：蔡妙珍（1976—)，浙江东阳人，博士，教授，主要从事植物逆境营养与环境生态的研究。E-mail: mzcai@
zjnu.cn
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pretreatment，indicating rice with - P induced iron plaque was more sensitive to A1 toxicity. Although iron content was higher in the iron plaque treated by - P than by + Fe, the phosphorus content adsorbed on iron plaque on the root surface was significantly lower in the former than the latter. These results suggested that phosphorus adsorbed on iron plaque played a major role in A1 tolerance.Key words ： rice; aluminum toxicity; iron plaque; root growth； cell wall polysaccharide composition
水稻是一种长期生长在渍水条件下的植物，根系形成的通气组织能够将空气中的氧气运输到 根系中，在根表周围形成微氧区域，氧化周边的铁锰化合物覆盖在根表即铁膜。在以往的研究中 发现铁膜能吸附大量的金属和非金属元素如、、、、和八8等[1]，使其沉积在植物根 表，干扰植物对元素的吸收。
铝（1)是地壳中含量最多的金属元素，酸雨以及化肥无节制的使用等因素引起了土壤酸化
AlFeMnZnPA
A
加重，加剧了土壤和沉积物中活性1的释放。1通过改变植物根尖细胞的形状、破坏细胞的完 整性，诱导细胞壁的组分含量变化，进而抑制植物根系伸长。植物根尖是对招积累和铝毒最敏感 的部位。等[2]指出水稻根表的铁膜能吸附大量1,铁膜的存在降低了根尖1含量，并且
A
CHENAA
能阻止1向地上部的运输。李方等[3]也通过根表有铁膜、无铁锰膜水稻的对比试验进一步肯定 了铁膜能有效地阻止植物根系对1的吸收及1向地上部的运输。然而以往植物根表的铁膜主要
A
Fe2 +诱导形成，刘文菊等[4]报道磷饥饿条件也会诱导水稻根表产生铁膜，而两种条件下 产生的铁膜对招毒的作用如何，需要进一步进行对比试验。为此，本文通过供Fe2 +和-P两种方 式诱导水稻根表形成铁膜，比较研究A1对水稻生长、根尖损伤及其细胞壁的组分的影响，以期
是通过
明确铁膜组分差异对水稻耐铝的贡献。
AA
1材料与方法
供试水稻为籼稻浙辐802，由金华市农业科学研究院提供。
1.1试验材料1.2试验设计
采用水培法，营养液采用国际水稻标准营养液配方配置[5]。选取颗粒饱满、无病虫害的水稻种 子，用0.1% H202消毒，再用超纯水清洗，室温下浸泡24 h,将种子转移到28 °C,湿度为80%的 培养箱中避光催芽。待种子发芽后，转移到含有4 L 1/4营养液的塑料方桶中进行培养，待水稻长
d更换一次营养液，培养15d,进行-P和Fe2+处理。处理如下：（1) CK:全营养液；（2) -P: 全营养液中去除P营养；（3) +Fe:向全营养液中加入30mg/L的Fe2+, Fe2+以FeS(V7H20的 形式加入。培养条件为白天/黑夜：光照16/8 h,温度30/25 °C, PH 5.0 ~5.5。Fe2+处理48 h后， 进行 A1 处理：（1) CK:含 0.05 mm〇l/L CaCl2; (2) -P: 100 pmol/L Al3+，0.05 mm〇l/L CaCl2; (3) +Fe: 100pm〇l/LAl3+，0.05mm〇l/LCaCl2, PH4.5,处理48h 后收获，测定各项指标。
1.3测定方法
到两叶时转移到16孔的塑料板上(每孔2株），将塑料板放在含有10 L全营养液的塑料桶上，每3
根相对伸长率：分别测量A1处理前后的根长，计算根伸长量，每组重复10次。根相对伸长
A1处理的根伸长量/CK处理的根伸长量x 100%。
水稻根尖A1含量的测定及原位观察：剪取0~lcm根尖30个，超纯水清洗3次，吸干后， 加入2m〇l/LHCl，浸提24h,浸提液用ICP-AES测定根尖A1含量（pg/gFW),每个样品重复 3次。原位观察采用桑色素染色法，取1 cm长的水稻根尖，超纯水清洗后，浸泡于100 pmol/L
率=
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Morin(5 mmol/L NH4OAc，pH 5. 0)中避光染色 15 min，再用 5 mmol/L NH4OAc 清洗根尖，荧光 FePDCB(连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠）提取[6]，
浸提液Fe、A1含量（mg/g)用ICP-AES测定，P含量用钼蓝比色法测定，每个样品重复3次。
根尖MDA含量测定：根尖MDA的测定参照李柏林等[7]的方法。
细胞壁组分的测定：细胞壁的提取按ZHONG[8]的方法进行，果胶、半纤维素1和半纤维素 2的分析参考YANG等[9]的方法。
2
结果与分析
2.1
显微镜下观察，拍照。
根表和含量的测定：根表铁膜用
A1处理后水稻根系伸长显著受到抑制，-P和+ Fe处理的根相对伸长率分别比CK降低 66. 67%和51. 25%，- P处理的根相对伸长率比+ Fe处理低31. 62% (图1)。
A1对水稻根长的影响
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0.0.
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CK
图
1 A1对水稻根长的影响
-P +Fe
2.2
A1对水稻根尖A1含：量和分布的影响
A1处理显著提高水禾 I根尖A1含量，-P和+ Fe处理的根尖A1含量比CK处理提高了 1 105. 57% 和 222. 52%。- P与+ Fe相比，根尖A1含量提高了 222. 52% (图2)。
桑色素能与A1发生络合反应生成含有荧光的物质，荧光强度越高，说明根尖的A1积累量越 高。100 pmol/L A1处理后，-P与+ Fe处理的水稻根尖都观察到绿色荧光，其中-P处理绿色 荧光最强，其次是+ Fe处理，而CK处理没有观察到绿色荧光（图3)，该结果与图2中的水稻根 尖A1含量相符。
54 (s/sml 4,)/3
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CK
图
2
-P
水稻根尖
A1含量
+Fe
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图
3
水稻根尖
A1含量的原位观察A: CK; B: -P; C: +Fe
2. 3
A1对水稻根尖MDA含量的影响
A1处理后水稻根尖MDA含量明显增加。-P和+ Fe的根尖MDA含量分别高于CK 82. 45%
和51.61%，-?处理的根尖1\\/〇从含量比+?6处理高20.34%(图4)。
®®vaM-CK^^^
图
4 A1对水稻根尖MDA含量的影响
2.4水稻根表铁膜中的Fe和P含量
为了研究铁膜中的成分对水稻耐1的影响，对水稻根表铁膜中的
AFe和P含量进行了测定
P处理诱导形成的铁膜中Fe含量显著高于+ Fe处理（图5A)。- P处理的水稻铁膜中的P含量 显著低于+Fe处理（图5B)。
^-30
(图5)。-?和+?6诱导处理后，水稻铁膜中？6含量分别比(]1〈处理高153.43%和94.98%，-
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图
5
水稻根表铁膜中的
Fe和P质量分数
A水稻根表铁膜Fe含量，B水稻根表铁膜P含量
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A1对水稻根尖细胞壁组分含量的影响-P处理和+ Fe处理细胞壁中果胶含量分别比CK增加了 42. 33%和13. 93%。变化更为明 显，-P处理和+ Fe处理的细胞壁半纤维素1含量分别比CK高70. 82%和50. 32%。，半纤维素2 分别含量比CK增加了 123. 63%和12. 33%。见表1。
处理
CK-P+ Fe
3
讨论
1 A1对水稻根尖细胞壁组分含量的影响 果胶半纤维素161.61 ± 1.08c79. 56 ± 7. 10a87. 68 ± 3. 40a135.90 ± 9. 75ab70. 19 ± 7. 00ab119.59 ±7. 38c
表
单位：
mg/g
半纤维素2
75. 86 ± 9. 40a
169. 65 ± 12. 84b85. 22 ± 3. 38b
注：不同小写字母表示数值在 = 〇. 05水平差异显著。
P
植物根尖是对铝毒较为敏感的部位，根系的生长可以直观反映1的毒害程度。本试验表明
A1C13处理48 h后，-P和+ Fe处理的根相对伸长率显著下降，而根尖A1含量显著高于CK处理，根尖A1的绿色荧尖强度更加直观地显示了这两个处理下A1在根尖分布比较多。 表明A1处理使A1在根尖大量积累，抑制了根系伸长。-P处理的根伸长受抑制程度和根尖A1积 累显著高于+ Fe处理，表明前者受A1毒害更加严重。MDA含量也是-P处理显著高于+ Fe,进
100
一步验证了该结果。
植物细胞壁主要由果胶、纤维素、半纤维素1和2、木质素和胼胝质构成，在维持植物形
A
A
壁的组分、结构和功能发生变化，从而削弱细胞壁的延展性。YANG等[9]指出细胞壁多糖含量与 去甲酯化产生的羧基，是A1主要的结合位点。本试验中无论是-P还是+ Fe处理，A1处理后果 胶、半纤维素1和半纤维素2含量均显著高于CK处理，表明A1在细胞壁的结合位点增加，加剧 了铝毒害。而-P处理的根尖A1含量、果胶、半纤维素1和半纤维素2含量均高于+ Fe处理的 水稻根尖，表明-P处理的水稻遭受铝毒更加严重。为此，进一步分析了根表的Fe和P含量， 发现-P处理的根表的铁膜厚度明显高于+Fe处理，而铁膜中的P却是前者远远低于后者。故 推测可能是铁膜上吸附的P Xt水稻耐铝起了重要作用。肖厚军等[1°]认为P能将A1固定在植物的 根系表面从而阻止根系对A1的吸收，达到缓解铝毒的效果。试验中发现+ Fe水稻铁膜中P含量 明显高于-P组，而根尖A1含量低于-P,故推测可能是铁膜中的P固定溶液中的A1形成了 P- A1化合物沉积在根表铁膜上，减少了根尖对A1的吸收。已有研究表明，铁膜上吸附的P能影响 植物对Zn、Cd、人8等[11_12]元素的吸收。因此笔者认为溶液[13]的？通过和A1结合形成P-A1沉 淀和改变细胞壁组分[14]从而减少A1的毒害。但铁膜中的P与A1的相互作用需要进一步研究。
综上所述，-P和+ Fe均能诱导水稻根表形成铁膜，前者的根尖A1含量、果胶、半纤维素 1和半纤维素2含量均高于后者。根表铁膜上吸附的P能部分缓解铝毒。
态，加强机械强度上起着重要作用。铝毒作用下根系有80%以上的1积累于细胞壁，致使细胞 参考文献：
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