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研 究 背 景
近日，华中农业大学微量元素研究中心养分调控与资源高效利用团队发表了题为“Boron modulates cell wall structure that alleviate aluminum toxicity-induced root growth defects in citrus”的学术论文，揭示了硼（B）缓解柑橘铝（Al）毒的机制。
我国是世界第一大柑橘生产国和出口国，其产量和品质的提高有助于农民增收。然而，有研究表明，柑橘产区果园土壤pH仍呈逐年下降趋势。同时，土壤酸化活化了土壤中的重金属离子，尤其是Al3+，这进一步限制了酸性土壤中的作物生长。枳壳砧木（Poncirus trifoliate (L) Raf.）是我国南方常见的柑橘砧木类型，对缺B十分敏感。然而，我国南方特殊的温润气候导致土壤有效B的严重匮乏。综上所述，缺B和Al毒已经成为我国南方柑橘产地的主要限制因子。基于B和Al3+在植物细胞中具有共同的作用位点——即细胞壁，我们推测，B具有缓解枳壳砧木Al毒的能力。因此，研究B如何作用于细胞壁并缓解Al毒是十分必要的。
研 究 内 容
该团队以我国重要经济作物柑橘枳壳砧木为试验材料，通过营养液方式培养，共设置CK (B: 10 μM, Al: 0 μM), +B (B: 50 μM, Al: 0 μM), +Al (B: 10μM, Al: 300 μM) 和+Al +B (B: 50 μM, Al: 300 μM)四个处理，以探讨B在缓解枳壳砧木Al毒方面的功能。结果表明，Al处理下根中吸收的Al主要在积累根部尤其是根尖中。Morin染色结果显示，与+Al处理（B: 10μM）相比，外源B（B: 50 μM）的施用降低了根中Al的含量。
硼对铝毒下枳壳砧木生长的影响
Morin染色与植株根系铝含量
进一步对细胞壁（CW）及细胞壁组分中的Al含量进行测定，以期探究细胞壁组分对Al毒的响应。50 μM B的施用降低了根CW（主要是果胶和半纤维素1（HC1））中的Al含量，其中HC1中Al含量的降低更为显著。通过对细胞壁重构有关酶含量的测定，我们发现B抑制了果胶甲基酯化酶（PME）的活性从而降低了果胶含量。同时，Al毒下硼的添加增加木葡聚糖内转葡糖基酶（XET）和木葡聚糖内转葡糖基酶水解酶（XEH）活性，从而降低了HC1含量，最终减少了Al在细胞壁中（果胶和HC1）的结合位点，因此，施B降低了CW中的Al含量。综上，我们的结果表明，B对Al毒的缓解作用归因于其诱导的细胞壁重构酶活性的改变进而降低细胞壁中Al的结合位点最终降低其在CW中的积累。
硼缓解柑橘铝毒的机制图
该文章发表在园艺科学TOP期刊《Sci. Hortic.》上，华中农业大学微量元素研究中心已出站博士后闫磊（现为青岛大学特聘教授）和我校博士生程锦为共同第一作者，姜存仓教授为通讯作者。仲恺农业工程学院副教授Muhammad Riaz和我校硕士生肖思赟参与了该研究。此前，本团队关于硼缓解柑橘铝毒的相关研究已陆续发表在《Crit. Rrv. Env. Sci. Tec.》、《J. Hazard. Mater.》和《Environ. Exp. Bot.》等20余篇国内外知名期刊上。
本研究得到国家自然科学基金(42167042)，国家重点研发计划项目(2023YFD1700204)和国家重点研发计划 (2023YFD1900904)资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scienta.2024.113240
精 彩 回 顾
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