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  • 太阳楊梅教授團隊在桉樹無性系根尖亞細胞結構對鋁毒脅迫的響應研究方面取得重要進展

桉樹人工林的發展是木材市場的重要支撐,中國速生桉木材年産量超過木材總産量的1/3。桉樹人工林主要營造在中國南方熱帶和亞熱帶地區,雖然這些氣候區有利于桉樹的生長,但在酸性土壤中交換性鋁(Al3+)普遍存在,較高濃度的Al3+會産生鋁毒脅迫,抑制根系伸長,導緻植物對水分和養分的吸收不足。不同的桉樹品種對Al3+的反應不同,某些品種表現出較強的耐鋁性。目前,桉樹耐鋁反應的研究主要集中在不同的品種上,但是桉樹已進入無性系管理階段,已經培育了優良的桉樹雜交無性系。在酸性土壤中推廣種植耐鋁品種和無性系是抵禦鋁毒最有效的途徑之一。因此,速生桉雜交無性系的耐鋁調控機制亟待研究。

澳门太阳集团9728网站楊梅教授團隊假設桉樹無性系之間鋁耐能力的差異源自Al3+在根尖的分布及其濃度對根尖形态、根亞細胞組分和大量營養元素含量等的影響。因此,選擇耐鋁無性系(尾巨桉Eucalyptus grandis×E. urophylla廣林9号)和鋁敏感無性系(尾葉桉Eucalyptus urophylla廣林4号)為試驗材料,探索Al3+含量在桉樹幼苗根尖的分布,以及根尖細胞壁多糖含量和細胞程序性死亡特點。結果表明:雖然Al3+在2個供試的桉樹無性系的根尖細胞壁中分布情況相似,但廣林9号無性系對鋁毒性的耐受性更強,廣林4号更容易遭受鋁脅迫的不良影響。造成2個無性系耐鋁性能差異的原因可能是細胞壁多糖含量和果膠甲基酯酶活性較低造成根尖細胞壁中用作鋁結合位點的羧基較少,從而導緻廣林9号中的鋁排斥現象更加明顯;2個桉樹無性系在抵禦“高鋁-低磷”脅迫方面可能存在協同多效的作用,維持根系較高的氮和鉀水平可能是有效緩解鋁毒的重要機制。

Fig.1-2

注:圖1a和1b表示未經鋁處理的鋁敏感G4樣品;圖1c和1d表示經過鋁處理的鋁敏感G4樣品;圖1e和1f表示未經鋁處理的抗鋁G9樣品;圖1g和1h表示經鋁處理的耐鋁G9樣品;圖1i-l表示使用FDA-PI對根尖細胞進行染色,并在熒光顯微鏡下觀察。綠色熒光表示活細胞,紅色熒光表示死細胞。(a、c、e、g、i-l)放大1000倍,(b、d、f、h)放大250倍。

1 G4G924h鋁脅迫下根尖電鏡掃描圖和細胞程序性死亡程度


注:圖中方塊裡的數字1表示完全正相關,-1表示完全負相關,0表示無相關性。CW(細胞壁),PCT(果膠),OGN(細胞器),CTP(細胞質),TS(總糖含量)。

2鋁脅迫下根尖亞細胞組分中Al3+濃度與PME活性、GATS含量以及

NPK含量間的相關性


本研究可以為優良耐鋁無性系的篩選與培育提供理論依據,并為揭示桉樹耐鋁機制做出了貢獻。相關研究結果以“Effects of elevated aluminum concentration and distribution on root damage, cell wall polysaccharides, and nutrient uptake in different tolerantEucalyptusclones”為題發表在《International Journal of Molecular Sciences》上(DOI:https://doi.org/10.3390/ijms232113438)。太阳博士研究生李萬年和博士後Saif Ullah為該論文的共同第一作者,楊梅教授和蔣維昕老師為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金(31070560和31260176),以及廣西自然科學基金重點項目(2021GXNSFDA196003)的共同資助。