硼对柑橘枳砧根系铝毒缓解效应及机理研究
发布时间：2023-04-30 05:41
铝(Al)是地壳中含量最丰富的金属元素,其含量约占地壳的8%。世界约40%、中国约21%的耕作土壤中作物受到铝毒害影响。铝毒是酸性土壤(p H≤5)中限制作物生长和生产的重要因素,植物遭受铝毒的最初症状是抑制根系生长,进而抑制植株根系对水分和养分的吸收,降低作物产量。硼(B)是高等植物生长发育必需的微量元素之一,缺硼症状首先出现于根系,与铝毒症状相似,且细胞壁被认为是缺硼和铝毒作用的主要位点。近年来,关于硼对植株铝毒的缓解机制广有报道,但其多针对于一年生作物,而对多年生植株,尤其是柑橘中铝毒害的研究相对较少。柑橘是我国重要的水果作物,其主要种植在南方酸性土壤中,硼缺乏和铝毒害并存问题在柑橘园很常见。枳壳砧木(枳砧)[Poncirus trifoliata(L.)Raf.]作为我国柑橘的主栽砧木,属硼敏感型品种,因此,本研究以枳砧幼苗为试验材料,采用营养液培养方式,利用荧光染料活体染色、傅里叶红外光谱(FTIR)、13C固体核磁共振(13C-NMR)、X射线衍射(XRD)、非靶标代谢(GC-TOF-MS)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描/透射...
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1.文献综述
1.1 酸性土壤中的铝毒
1.1.1 酸性土壤概况
1.1.2 酸性土壤中铝的形态及其活化
1.1.3 铝毒对植物生长的影响
1.1.4 铝毒对植物氧化应激的影响
1.1.5 铝毒对植物矿质营养代谢的影响
1.1.6 铝毒对植物细胞壁特性的影响
1.1.7 铝毒对植物细胞质膜特性的影响
1.2 植物的耐铝机制
1.2.1 植物耐铝的外部排斥机制
1.2.1.1 促进根细胞分泌有机酸
1.2.1.2 提高根际pH屏障
1.2.1.3 改变细胞壁特性
1.2.1.4 提高植株耐铝性的其它外排机制
1.2.2 植物耐铝的内部耐受机制
1.3 硼的作用
1.3.1 硼对植物生长的重要性
1.3.2 硼对植物细胞壁结构的影响
1.3.3 硼缓解植物铝离子毒害
1.4 柑橘的种植和生长
2 研究目的、内容和技术路线
2.1 研究目的与意义
2.2 研究内容
2.3 技术路线
3 硼对铝胁迫下枳砧根系代谢产物及代谢通路的影响
3.1 前言
3.2 材料与方法
3.2.1 试验材料
3.2.2 试验处理
3.2.3 样品采集
3.2.4 硼铝含量的测定
3.2.5 根系代谢产物浓度分析
3.2.6 数据处理与分析
3.3 结果与分析
3.3.1 硼对铝胁迫下枳砧生长参数及根系硼铝含量的影响
3.3.2 硼对铝胁迫下枳砧根系代谢产物的影响
3.3.3 不同硼铝处理下枳砧根系代谢产物的层级聚类和主成分分析
3.3.4 硼对铝胁迫下枳砧根系代谢通路的影响
3.4 讨论
3.4.1 硼是否对枳砧幼苗铝毒具有缓解作用
3.4.2 硼对铝胁迫下枳砧根系代谢通路的影响
3.5 小结
4 硼对铝胁迫下枳砧根系AsA-GSH循环和AsA合成途径的影响
4.1 前言
4.2 材料与方法
4.2.1 试验材料
4.2.2 试验处理
4.2.3 不同根段铝含量测定
4.2.4 根尖苏木精和Morin染色
4.2.5 不同根段过氧化氢(H2O2)的荧光染色
4.2.6 根系相对伸长率、根系丙二醛、H2O2含量和根系活力的测定
4.2.7 AsA、GSH和GSSG含量的测定
4.2.8 APX、GPX、γ-GCS、GR和DHAR酶活性测定
4.2.9 根系代谢物含量的检测与分析
4.2.10 数据处理与分析
4.3 结果与分析
4.3.1 硼对铝胁迫下枳砧根系硼含量及不同根段铝含量的影响
4.3.2 硼对铝胁迫下枳砧根尖苏木精和Morin染色的影响
4.3.3 硼对铝胁迫下枳砧根系MDA、H2O2、根系活力及根系相对伸长率的影响
4.3.4 硼对铝胁迫下枳砧不同根段H2O2荧光染色的影响
4.3.5 硼对铝胁迫下枳砧根系AsA、GSH和GSSG含量的影响
4.3.6 硼对铝胁迫下枳砧根系APX、DHAR、GR、γ-GCS及GPX活性的影响
4.3.7 硼对铝胁迫下枳砧根系AsA合成途径中各代谢物含量的影响
4.4 讨论
4.4.1 硼对铝胁迫下枳砧根系铝积累情况的影响
4.4.2 铝胁迫下硼如何调控根系抗氧化剂系统清除体内ROS的积累
4.4.3 硼对铝胁迫下枳砧根系AsA合成途径的影响
4.5 小结
5 硼对铝胁迫下枳砧根系抗氧化酶系统及根系组分结构的影响
5.1 前言
5.2 材料与方法
5.2.1 试验材料
5.2.2 试验处理
5.2.3 样品采集与根系相对伸长量测定
5.2.4 根和叶中硼铝含量的测定
5.2.5 根系细胞膜透性的测定
5.2.6 根系丙二醛(MDA)、酶活性(SOD、POD、CAT)测定
5.2.7 根系APX和 PPO活性的测定
5.2.8 根系可溶性蛋白、脯氨酸和抗坏血酸含量的测定
5.2.9 傅里叶红外光谱技术(FTIR)对根系组分结构的分析
5.2.10 数据处理与分析
5.3 结果与分析
5.3.1 硼对铝胁迫下枳砧幼苗生长状况的影响
5.3.2 硼对铝胁迫下枳砧幼苗根系相对伸长量和质膜透性的影响
5.3.3 硼对铝胁迫下枳砧根系和叶片硼铝含量的影响
5.3.4 硼对铝胁迫下枳砧根系抗氧化酶活性及H2O2含量的影响
5.3.5 硼对铝胁迫下枳砧根系可溶性蛋白、脯氨酸、抗坏血酸和MDA含量的影响
5.3.6 硼对铝胁迫下枳砧根系组分结构的影响
5.4 讨论
5.4.1 铝胁迫下硼如何调控抗氧化酶系统消除铝诱导的氧化应激
5.4.2 硼对铝胁迫下枳砧根系组分结构的影响
5.5 小结
6 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁果胶组分及纤维素特性的影响
6.1 前言
6.2 材料与方法
6.2.1 试验材料
6.2.2 试验处理
6.2.3 样品采集与硼、铝含量测定
6.2.4 根系苏木精染色、根尖ROS(H2O2和O2
.-)活性以及细胞活力荧光染色
6.2.5 根系胼胝质含量测定
6.2.6 粗细胞壁的提取
6.2.7 细胞壁果胶的制备
6.2.8 根系细胞壁果胶、KDO含量和甲基酯化度的测定
6.2.9 根尖透射电镜切片的制备
6.2.10 傅里叶红外光谱技术(FTIR)对根系细胞壁组分结构的分析
6.2.11 13C-固体核磁共振技术(13C-NMR)对根系细胞壁有机碳结构分析
6.2.12 X射线衍射(XRD)对根系细胞壁有纤维素结晶度分析
6.2.13 数据处理与分析
6.3 结果与分析
6.3.1 硼对铝胁迫下枳砧长势、株高、根长及各部位干鲜重的影响
6.3.2 硼对铝胁迫下枳砧不同部位、根和叶细胞壁中硼铝含量的影响.
6.3.3 硼对铝胁迫下枳砧根系活性氧和胼胝质含量、苏木精染色、细胞活力的影响
6.3.4 硼对铝胁迫下枳砧根系果胶、KDO含量及甲基酯化度的影响
6.3.5 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁厚度和细胞壁提取率的影响
6.3.6 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁纤维素结构的影响
6.3.7 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁组分和结构的影响
6.3.8 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁有机碳结构的影响
6.4 讨论
6.4.1 铝胁迫下硼降低细胞壁铝、ROS积累促进幼苗根系生长
6.4.2 铝胁迫下硼改变细胞壁果胶含量及特性缓解铝毒
6.4.3 铝胁迫下硼改变细胞壁纤维素含量及结晶度解铝毒
6.5 小结
7 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁各组分铝分布及根尖铝吸收转运的影响
7.1 前言
7.2 材料与方法
7.2.1 试验材料
7.2.2 试验处理
7.2.3 样品采集与根系硼、铝含量的测定
7.2.4 细胞壁提取与分离
7.2.5 细胞壁各组分铝含量测定
7.2.6 不同形态果胶、半纤维素1、半纤维素2含量测定
7.2.7 根尖钌红染色及透射电镜分析
7.2.8 不同形态果胶PME及甲基酯化度(DM)的测定
7.2.9 碱溶性果胶结构的原子力显微镜(AFM)图像分析
7.2.10 傅里叶红外光谱技术(FTIR)对根系细胞壁组分结构的分析
7.2.11 X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜X射线能谱仪(SEM-EDS)分析细胞壁表面铝含量
7.2.12 透射电镜X射线能谱仪(TEM-EDS)分析细胞间隙、细胞质和液泡中铝的含量
7.2.13 根尖实时定量PCR(qRT-PCR)
7.2.14 根MDA和 H2O2含量、总抗氧化能力(T-AOC)和质膜H+-ATPase活性的测定
7.2.15 数据处理与分析
7.3 结果与分析
7.3.1 硼对铝胁迫下枳砧幼苗长势和生长参数的影响
7.3.2 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁不同组分铝含量的影响
7.3.3 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁表面铝含量的影响
7.3.4 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁各组分含量的影响
7.3.5 硼对铝胁迫下枳砧根系不同形态果胶含量及特性的影响
7.3.6 硼对铝胁迫下枳砧根系碱溶性果胶分子形貌的影响
7.3.7 硼对铝胁迫下枳砧根尖细胞间隙、细胞质和液泡铝含量的影响
7.3.8 硼对铝胁迫下枳砧根尖铝吸收与转运相关基因表达量的影响
7.3.9 硼对铝胁迫下枳砧根系H2O2和MDA含量、T-AOC和质膜H+-ATPase活性的影响
7.4 讨论
7.4.1 硼降低枳砧根系细胞壁铝含量缓解铝对植株造成的毒害作用
7.4.2 硼影响果胶含量及特性,特别作用于碱溶性果胶
7.4.3 硼减少根尖对铝的吸收、增加铝向液泡的转运
7.5 小结
8 总结与展望
8.1 主要结论
8.1.1 硼对铝胁迫下枳砧根系代谢产物及代谢通路的影响
8.1.2 硼对铝胁迫下枳砧根系抗氧化防御系统的影响
8.1.3 硼对铝胁迫下枳砧根系果胶及纤维素含量及特性的影响
8.1.4 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁各组分铝分布及根尖铝吸收转运的影响
8.2 主要创新点
8.3 不足之处与展望
参考文献
附录
研究生期间主要成果
致谢
本文编号：3806539
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1.文献综述
1.1 酸性土壤中的铝毒
1.1.1 酸性土壤概况
1.1.2 酸性土壤中铝的形态及其活化
1.1.3 铝毒对植物生长的影响
1.1.4 铝毒对植物氧化应激的影响
1.1.5 铝毒对植物矿质营养代谢的影响
1.1.6 铝毒对植物细胞壁特性的影响
1.1.7 铝毒对植物细胞质膜特性的影响
1.2 植物的耐铝机制
1.2.1 植物耐铝的外部排斥机制
1.2.1.1 促进根细胞分泌有机酸
1.2.1.2 提高根际pH屏障
1.2.1.3 改变细胞壁特性
1.2.1.4 提高植株耐铝性的其它外排机制
1.2.2 植物耐铝的内部耐受机制
1.3 硼的作用
1.3.1 硼对植物生长的重要性
1.3.2 硼对植物细胞壁结构的影响
1.3.3 硼缓解植物铝离子毒害
1.4 柑橘的种植和生长
2 研究目的、内容和技术路线
2.1 研究目的与意义
2.2 研究内容
2.3 技术路线
3 硼对铝胁迫下枳砧根系代谢产物及代谢通路的影响
3.1 前言
3.2 材料与方法
3.2.1 试验材料
3.2.2 试验处理
3.2.3 样品采集
3.2.4 硼铝含量的测定
3.2.5 根系代谢产物浓度分析
3.2.6 数据处理与分析
3.3 结果与分析
3.3.1 硼对铝胁迫下枳砧生长参数及根系硼铝含量的影响
3.3.2 硼对铝胁迫下枳砧根系代谢产物的影响
3.3.3 不同硼铝处理下枳砧根系代谢产物的层级聚类和主成分分析
3.3.4 硼对铝胁迫下枳砧根系代谢通路的影响
3.4 讨论
3.4.1 硼是否对枳砧幼苗铝毒具有缓解作用
3.4.2 硼对铝胁迫下枳砧根系代谢通路的影响
3.5 小结
4 硼对铝胁迫下枳砧根系AsA-GSH循环和AsA合成途径的影响
4.1 前言
4.2 材料与方法
4.2.1 试验材料
4.2.2 试验处理
4.2.3 不同根段铝含量测定
4.2.4 根尖苏木精和Morin染色
4.2.5 不同根段过氧化氢(H2O2)的荧光染色
4.2.6 根系相对伸长率、根系丙二醛、H2O2含量和根系活力的测定
4.2.7 AsA、GSH和GSSG含量的测定
4.2.8 APX、GPX、γ-GCS、GR和DHAR酶活性测定
4.2.9 根系代谢物含量的检测与分析
4.2.10 数据处理与分析
4.3 结果与分析
4.3.1 硼对铝胁迫下枳砧根系硼含量及不同根段铝含量的影响
4.3.2 硼对铝胁迫下枳砧根尖苏木精和Morin染色的影响
4.3.3 硼对铝胁迫下枳砧根系MDA、H2O2、根系活力及根系相对伸长率的影响
4.3.4 硼对铝胁迫下枳砧不同根段H2O2荧光染色的影响
4.3.5 硼对铝胁迫下枳砧根系AsA、GSH和GSSG含量的影响
4.3.6 硼对铝胁迫下枳砧根系APX、DHAR、GR、γ-GCS及GPX活性的影响
4.3.7 硼对铝胁迫下枳砧根系AsA合成途径中各代谢物含量的影响
4.4 讨论
4.4.1 硼对铝胁迫下枳砧根系铝积累情况的影响
4.4.2 铝胁迫下硼如何调控根系抗氧化剂系统清除体内ROS的积累
4.4.3 硼对铝胁迫下枳砧根系AsA合成途径的影响
4.5 小结
5 硼对铝胁迫下枳砧根系抗氧化酶系统及根系组分结构的影响
5.1 前言
5.2 材料与方法
5.2.1 试验材料
5.2.2 试验处理
5.2.3 样品采集与根系相对伸长量测定
5.2.4 根和叶中硼铝含量的测定
5.2.5 根系细胞膜透性的测定
5.2.6 根系丙二醛(MDA)、酶活性(SOD、POD、CAT)测定
5.2.7 根系APX和 PPO活性的测定
5.2.8 根系可溶性蛋白、脯氨酸和抗坏血酸含量的测定
5.2.9 傅里叶红外光谱技术(FTIR)对根系组分结构的分析
5.2.10 数据处理与分析
5.3 结果与分析
5.3.1 硼对铝胁迫下枳砧幼苗生长状况的影响
5.3.2 硼对铝胁迫下枳砧幼苗根系相对伸长量和质膜透性的影响
5.3.3 硼对铝胁迫下枳砧根系和叶片硼铝含量的影响
5.3.4 硼对铝胁迫下枳砧根系抗氧化酶活性及H2O2含量的影响
5.3.5 硼对铝胁迫下枳砧根系可溶性蛋白、脯氨酸、抗坏血酸和MDA含量的影响
5.3.6 硼对铝胁迫下枳砧根系组分结构的影响
5.4 讨论
5.4.1 铝胁迫下硼如何调控抗氧化酶系统消除铝诱导的氧化应激
5.4.2 硼对铝胁迫下枳砧根系组分结构的影响
5.5 小结
6 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁果胶组分及纤维素特性的影响
6.1 前言
6.2 材料与方法
6.2.1 试验材料
6.2.2 试验处理
6.2.3 样品采集与硼、铝含量测定
6.2.4 根系苏木精染色、根尖ROS(H2O2和O2
.-)活性以及细胞活力荧光染色
6.2.5 根系胼胝质含量测定
6.2.6 粗细胞壁的提取
6.2.7 细胞壁果胶的制备
6.2.8 根系细胞壁果胶、KDO含量和甲基酯化度的测定
6.2.9 根尖透射电镜切片的制备
6.2.10 傅里叶红外光谱技术(FTIR)对根系细胞壁组分结构的分析
6.2.11 13C-固体核磁共振技术(13C-NMR)对根系细胞壁有机碳结构分析
6.2.12 X射线衍射(XRD)对根系细胞壁有纤维素结晶度分析
6.2.13 数据处理与分析
6.3 结果与分析
6.3.1 硼对铝胁迫下枳砧长势、株高、根长及各部位干鲜重的影响
6.3.2 硼对铝胁迫下枳砧不同部位、根和叶细胞壁中硼铝含量的影响.
6.3.3 硼对铝胁迫下枳砧根系活性氧和胼胝质含量、苏木精染色、细胞活力的影响
6.3.4 硼对铝胁迫下枳砧根系果胶、KDO含量及甲基酯化度的影响
6.3.5 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁厚度和细胞壁提取率的影响
6.3.6 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁纤维素结构的影响
6.3.7 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁组分和结构的影响
6.3.8 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁有机碳结构的影响
6.4 讨论
6.4.1 铝胁迫下硼降低细胞壁铝、ROS积累促进幼苗根系生长
6.4.2 铝胁迫下硼改变细胞壁果胶含量及特性缓解铝毒
6.4.3 铝胁迫下硼改变细胞壁纤维素含量及结晶度解铝毒
6.5 小结
7 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁各组分铝分布及根尖铝吸收转运的影响
7.1 前言
7.2 材料与方法
7.2.1 试验材料
7.2.2 试验处理
7.2.3 样品采集与根系硼、铝含量的测定
7.2.4 细胞壁提取与分离
7.2.5 细胞壁各组分铝含量测定
7.2.6 不同形态果胶、半纤维素1、半纤维素2含量测定
7.2.7 根尖钌红染色及透射电镜分析
7.2.8 不同形态果胶PME及甲基酯化度(DM)的测定
7.2.9 碱溶性果胶结构的原子力显微镜(AFM)图像分析
7.2.10 傅里叶红外光谱技术(FTIR)对根系细胞壁组分结构的分析
7.2.11 X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜X射线能谱仪(SEM-EDS)分析细胞壁表面铝含量
7.2.12 透射电镜X射线能谱仪(TEM-EDS)分析细胞间隙、细胞质和液泡中铝的含量
7.2.13 根尖实时定量PCR(qRT-PCR)
7.2.14 根MDA和 H2O2含量、总抗氧化能力(T-AOC)和质膜H+-ATPase活性的测定
7.2.15 数据处理与分析
7.3 结果与分析
7.3.1 硼对铝胁迫下枳砧幼苗长势和生长参数的影响
7.3.2 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁不同组分铝含量的影响
7.3.3 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁表面铝含量的影响
7.3.4 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁各组分含量的影响
7.3.5 硼对铝胁迫下枳砧根系不同形态果胶含量及特性的影响
7.3.6 硼对铝胁迫下枳砧根系碱溶性果胶分子形貌的影响
7.3.7 硼对铝胁迫下枳砧根尖细胞间隙、细胞质和液泡铝含量的影响
7.3.8 硼对铝胁迫下枳砧根尖铝吸收与转运相关基因表达量的影响
7.3.9 硼对铝胁迫下枳砧根系H2O2和MDA含量、T-AOC和质膜H+-ATPase活性的影响
7.4 讨论
7.4.1 硼降低枳砧根系细胞壁铝含量缓解铝对植株造成的毒害作用
7.4.2 硼影响果胶含量及特性,特别作用于碱溶性果胶
7.4.3 硼减少根尖对铝的吸收、增加铝向液泡的转运
7.5 小结
8 总结与展望
8.1 主要结论
8.1.1 硼对铝胁迫下枳砧根系代谢产物及代谢通路的影响
8.1.2 硼对铝胁迫下枳砧根系抗氧化防御系统的影响
8.1.3 硼对铝胁迫下枳砧根系果胶及纤维素含量及特性的影响
8.1.4 硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁各组分铝分布及根尖铝吸收转运的影响
8.2 主要创新点
8.3 不足之处与展望
参考文献
附录
研究生期间主要成果
致谢
本文编号：3806539
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