华中农业大学资源与环境学院教授姜存仓课题组在Journal of Hazardous Materials杂志发表题为“Boron reduces aluminum deposition in alkali-soluble pectin and cytoplasm to release aluminum toxicity” 的研究论文，相关研究揭示了硼降低铝在枳壳砧木根系细胞壁碱溶性果胶和细胞质中铝的积累，最终减轻铝对植株的毒害作用机理。
铝（Al）是地壳中含量最丰富的金属元素。铝毒是酸性土壤（pH≤5）中限制作物生长的重要因素。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。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。2017年该课题组在Environmental Pollution报道了硼可改变枳壳砧木根系果胶组分及纤维素特性而缓解铝毒，但是更深入的缓解机制还有待探索。
本研究中发现，铝胁迫下根系79.60-87.33%的铝积累在细胞壁上，加硼降低根系细胞壁铝含量，X射线光电子能谱结合扫描电镜X射线能谱仪技术验证了此结论。进一步探究发现，铝胁迫下加硼主要降低果胶（尤其是碱溶性果胶中）铝含量。原因是铝胁迫下加硼抑制果胶，尤其是碱溶性果胶合成及其PME活性，同时，加硼增加质膜H+-ATPase活性，促进H+外排，降低质外体pH而进一步降低PME活性，增加果胶甲基酯化度，从而抑制果胶水解出更多的羧基基团；原子力显微镜观察发现硼促进碱溶性果胶交联，形成稳定的细胞壁网状结构，减小细胞壁的孔径，二者共同作用降低铝在细胞壁中的积累。另外，透射电镜X射线能谱仪技术探究细胞间隙、细胞质和液泡中铝含量及对NRAT1（负责将Al3+从细胞间隙转运到细胞质）和ALS1（调控铝离子从细胞质转运到液泡）表达量的测定，得出胁迫下加硼抑制根尖对铝的吸收，及加速细胞质铝的液泡区室化，最终减轻铝对植株的毒害作用。本次研究有助于酸性土壤中柑橘产业的发展，更为酸性红壤中硼肥施用措施提供科学的理论依据。
该研究由国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项基金资助，博士研究生闫磊为本文的第一作者，教授姜存仓为通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123388
日期：2020-10-13
