目前, 我国土壤酸化面积达2.04×10⁸ hm², 约占全国土地总面积的22.7%, 酸化率从2.6 kmol hm^-2 a^-1增至7.6 kmol hm^-2 a^-1[1]。在酸性条件下, 土壤中的铝以Al³⁺形式释放, 大量Al³⁺的积累会严重损伤植物细胞结构、抑制光合及呼吸作用、干扰信号转导^[2], 其在微摩尔级浓度下就可以抑制植物根系生长^[3], 对植物产生毒害, 表现出植株萎蔫缩小, 叶片黄化卷曲、老化或坏死等形态特征^[4]。我国酸土遍及热带、亚热带16个省区, 该地区水热条件优异, 不仅是经济林果分布区, 还是我国粮食、经济作物的重要种植基地^[5], 具有巨大的农业种植发展潜力, 但由于铝胁迫的存在, 作物无法实现稳定生产, 区域可持续发展能力大大降低。因此, 铝毒是抑制作物正常生长、降低农业产量的主要因素之一^[6]。栝楼(Trichosanthes kirilowii Maxim.)别名瓜蒌, 葫芦科(Cucurbitaceae)栝楼属(Trichosanthes)多年生攀援草本植物, 具有抗炎、抗菌与抗肿瘤等功效^[7], 综合利用价值极高, 且已在南方地区实现大面积、规模化、工业式生产。然而伴随着南方红壤酸化加剧, 铝胁迫严重制约了栝楼的产量和质量, 通过在生产中施加石灰和有机肥以提高土壤pH是改良的主要途径, 但该方法作用单一, 且易造成二次污染^[8]。目前除了选育耐铝品种外, 采用外源化学物质或植株生长调节剂提高植物耐铝性已成为国内外研究的热点^[9]。

硼是高等植物所必需的微量元素, 能增强植物对酸胁迫^[10]、干旱胁迫^[11]、盐胁迫^[12]等非生物胁迫的耐受性。植物缺硼与铝毒的症状十分类似, 主要表现在二者对植物根系伸长的抑制作用, 因此硼添加可能是改善铝胁迫的有效策略^[13]。研究发现, 外源硼能够通过提高相关抗氧化酶活性, 缓解柑橘(Citrus reticulata Blanco)^[14]、油菜(Brassica napus L.)^[15]、水稻(Oryza sativa L.)^[16]体内由铝诱导的氧化损伤。硼还通过增强根际pH, 并交联鼠李半乳糖醛酸聚糖Ⅱ(RG-Ⅱ)以稳定细胞壁, 降低豌豆(Pisum sativum L.)的铝积累程度^[17]。此外, 硼改善了铝胁迫下细胞壁组分的改变, 影响果胶含量及果胶甲基酯化度(Degree of pectin methyl-esterification, DM), 有效减轻铝毒害^[18]。目前, 关于缓解栝楼铝胁迫的探究多集中于植物激素^[19]、有机酸^[20]等方面, 有关硼缓解铝毒对栝楼胁迫则未见报道。基于上述背景, 本研究选用耐铝性差异较大的2个栝楼品种作为实验对象^[20], 探究铝胁迫下硼对栝楼生长、铝积累及其生理生化特征的影响。旨在进一步揭示栝楼的铝毒害机制, 并探明外源调节物质提升植物抗铝性的作用机理, 以期为改善铝毒环境下植株的生长发育提供理论支持。

1 材料与方法 1.1 材料与处理

以耐铝型安国栝楼和铝敏感型浦江栝楼作为材料, 挑选健康饱满的栝楼种子去种皮后放入装有细砂的塑料盆中, 置于温度25℃, 湿度75%, 光照强度125 μmol m^-2 s^-1, 光周期为16 h光照/8 h黑暗的培养箱中培养。选取长势良好且株高在7 cm左右的幼苗移至塑料桶中, 用不含硼的Hoagland营养液(pH=4.5)水培^[21], 适应生长3 d后进行胁迫实验。设置以下4个处理组：(1) 对照组(CK)；(2) T1 (50 μmol/L H₃BO₃)；(3) T2 (300 μmol/L Al³⁺)；(4) T3 (50 μmol/L H₃BO₃+300 μmol/L Al³⁺)。每个处理4桶, 每桶定植2株, 每桶溶液量1.5 L。硼和铝离子的供给分别以H₃BO₃、AlCl₃·6H₂O形式加入营养液中, 各处理组pH均为4.5。每3 d更换1次溶液, 分别在第7、14、21天测定形态学指标, 在第21天测定抗氧化酶活性、硼铝含量及细胞壁组分。实验所用硼铝浓度均由大量预实验所得。

1.2 测定指标与方法 1.2.1 形态学指标测定

从各处理组中随机选取4株幼苗, 蒸馏水洗净后用吸水纸吸干幼苗表面水分, 采用直尺测量主根长度、株高(根茎基部到最高顶部的绝对距离)。将幼苗置于称量瓶中, 电子天平称量得到鲜重, 105℃杀青30 min、70℃烘干至恒重后得到干重, 所测各项指标均重复3次取平均值。

1.2.2 根尖硼、铝含量及桑色素染色

硼含量的测定：取0.2 g根尖样本, 20 mL浓盐酸消解后用20 mL蒸馏水稀释, 4000 r/min条件下离心15 min后取上清液, 采用姜黄素比色法测定硼含量^[22]。铝含量的测定：取0.5 g根尖样本, 用12 mL硝酸-高氯酸(体积比5∶1)溶液进行消解, 冷却后加入0.5 mL硫酸, 蒸馏水定容至50 mL, 采取铬天青比色法测定铝含量^[23]。根尖桑色素染色：取2 mm根尖样本, 洗净后浸于5 mmol/L醋酸铵缓冲液(pH=5.0)中5 min, 用100 μmol/L桑色素染色1 h, 再于醋酸铵缓冲液浸10 min, 使用激光共聚焦显微镜(LSM 980 with Airyscan 2 Zeiss, 德国)以510 nm蓝光激发, 在低倍镜下(5×)观察荧光并拍照^[24]。

1.2.3 抗氧化酶活性

参照Gao等^[25]的方法, 在相同叶位上取栝楼叶片0.2 g于预冷的研钵中, 用1 mL预冷的磷酸缓冲液(50 mmol/L, pH=7.8)将其研磨成匀浆, 在4℃ 9000 r/min条件下离心20 min, 取上清液待测。用愈创木酚法测定POD活性^[26], 氮蓝四唑法测定SOD活性^[26], 紫外吸收法测定CAT活性^[26], 硫代巴比妥酸法测定MDA含量^[27]。

1.2.4 细胞壁多糖含量测定

根尖细胞壁的提取与分离参照Hoson等^[28]的方法进行, 取2 g根尖样本冷冻研磨, 先后用20 mL预冷的磷酸缓冲液(0.5 mol/L, pH=7.8)、30 mL甲醇-氯仿混合液(体积比1∶1)、30 mL苯酚-水-乙酸混合液(体积比2∶1∶1)洗涤, 每次洗涤后均在5000 r/min条件下离心10 min, 并保留沉淀。最后加入α-淀粉酶, 蒸馏水润洗后在60℃下烘干, 得到细胞壁样品。取0.1 g细胞壁样品, 用5 mL 0.5 mol/L咪唑溶液(pH=7.0)震荡浸提24 h, 4500 r/min离心10 min得到上清液(即果胶Ⅰ), 沉淀用蒸馏水清洗, 加入50 mmol/L碳酸钠溶液同上述方法提取果胶Ⅱ, 沉淀用4 mol/L氢氧化钾溶液浸提12 h, 4500 r/min离心10 min得到上清液(即半纤维素), 剩余沉淀用冰乙酸中和, 透析后再用冰乙酸和80%酒精洗涤得到纤维素。分别采用咔唑-硫酸比色法^[29]、间苯三酚显色法^[30]、硫代巴比妥酸比色法^[31]测定细胞壁果胶糖醛酸含量、果胶甲基酯化度(DM)、3-脱氧-D-甘露-2-辛酮糖酸(KDO)含量；采取苯酚硫酸比色法^[29]测定纤维素、半纤维素含量；果胶甲酯酶(PME)提取方法参照Bordenave等^[32]；PME酶活性测定方法参照Richad等^[33]。

1.3 数据处理

借助Excel 2019数据整理及绘制图表, 数据均用平均值±标准误表示。采用SPSS 19.0进行单因素方差分析和LSD多重比较(显著性水平α=0.05), 栝楼品种、硼处理、铝处理及其交互作用对参数影响的显著性采用三因素方差分析进行检验, 使用Origin 8.5软件绘图。

2 结果与分析 2.1 外源硼对栝楼铝胁迫下生长特性的影响

单独硼处理后, 安国栝楼的根长在处理第7天、第14天以及第21天时, 分别较CK上升14.1%、36.2%和44.5%, 浦江栝楼也呈现出一致变化趋势(表 1)。此外, T1株高、鲜重和干重同样随着周期的延长出现提升, 即在21d时栝楼生长指标变化最明显。与CK相比, 2个栝楼品种T2的生长指标呈下降趋势, 且均在第21天时降幅最大, 安国栝楼根长、株高、鲜重、干重降幅分别为：40.3%、23.4%、33.9%、38.7%, 浦江栝楼分别为：51.1%、35.8%、40.9%、46.9%, 均达到显著水平(P < 0.05)。T3与T2相比, 第21天2个栝楼品种根长、鲜重、干重指标改善程度最大, 安国栝楼分别增加：63.7%、49.0%、54.8%, 浦江栝楼分别增加：46.2%、39.7%、46.9%。

2.2 外源硼对栝楼铝胁迫下根尖硼、铝含量的影响

由表 3数据可得, CK与T2的根尖硼含量极低。施加外源硼后, 安国栝楼T1和T3的硼含量分别较CK增加595.3%、697.9%, 浦江栝楼则增加911.9%、817.1%, 均达到显著水平(P < 0.05), 同时二者的T1、T3硼含量均无显著差异。2个栝楼品种T1的铝含量均处于低水平, T2铝含量较CK均有显著提升(P < 0.05), 其中安国栝楼上升2477.8%, 浦江栝楼则为2251.9%。通过比较2个栝楼品种T2的根尖铝积累量可知, 耐铝型安国栝楼的铝含量低于铝敏感型浦江栝楼, 品种间差异显著。此外, 与T2相比, 安国栝楼、浦江栝楼T3根尖铝含量下降了24.4%、42.7%, 达到显著水平(P < 0.05)。交互作用上, 除了铝处理、硼处理×铝处理在硼含量上无显著差异外, 品种、硼处理、铝处理及其交互作用均对硼含量、铝含量有明显影响。

2.3 外源硼对栝楼铝胁迫下根尖铝离子分布的影响

通过桑色素与铝离子结合生成的绿色荧光络合物, 从而对根系铝离子的分布进行观察(图 1)。在激光共聚焦显微镜下观察根系临时装片, 发现根细胞结构完整, 安国栝楼、浦江栝楼CK和T1中均未发现绿色荧光, 二者T2的荧光强度强于T3, 且根尖为荧光最强部位, 随着位置的上移荧光强度呈现出逐渐减弱的趋势。此外, 分析各实验组的根部直径发现, T3直径小于T2。

2.4 外源硼对栝楼铝胁迫下抗氧化酶活性及MDA含量的影响

分析图 2可知, T1中2个栝楼品种的SOD活性较CK均无显著差异, 而安国栝楼、浦江栝楼T2的SOD活性较CK下降显著(P < 0.05), 降幅分别为13.4%、17.5%。与T2相比, T3中安国栝楼、浦江栝楼的SOD活性显著增加(P < 0.05), 分别上升了50.2%、47.2%。铝胁迫下, 2个栝楼品种的POD活性均呈现下降趋势, 安国栝楼、浦江栝楼分别降至CK的72.9%、45.2%, 达到显著水平(P < 0.05)。施加外源硼后, 安国栝楼、浦江栝楼T3的POD活性分别较T2显著上升36.2%、49.7%(P < 0.05)。此外, 安国栝楼、浦江栝楼CAT活性总体变化趋势与SOD、POD活性相似, 铝胁迫显著削弱栝楼CAT活性, 随着外源硼的施用其活性得到增强。

MDA是膜脂过氧化的主要产物, 其含量可反应植株受逆境胁迫的水平。分析可得, 2个栝楼品种T2的MDA含量较CK上升显著(P < 0.05), 安国栝楼增加256.1%, 浦江栝楼则增加278.2%。外源硼缓解后, 安国栝楼、浦江栝楼MDA含量均有显著下降(P < 0.05), T3的MDA含量较T2分别下降了25.5%和43.6%, 说明外源硼可以降低铝胁迫下2个栝楼品种体内MDA含量, 增强栝楼的抗逆性。此外, 2个栝楼品种的SOD、POD、CAT活性及MDA含量在同一处理下品种之间均差异显著(P < 0.05)。交互作用上, 除了品种×硼处理在SOD活性和POD活性上无影响外, 品种、硼处理、铝处理及其交互作用均对上述指标有显著影响。

2.5 外源硼对栝楼铝胁迫下根尖细胞壁纤维素和半纤维素含量的影响

植物细胞的细胞壁主要由纤维素、半纤维素和果胶等多糖物质构成^[34]。由表 4可知, 与CK相比, 安国栝楼、浦江栝楼T2的纤维素含量分别上升57.7%、53.9%, 半纤维素含量分别上升84.8%、39.4%, 均达到显著水平(P < 0.05)。在T3中, 2个栝楼品种的细胞壁多糖含量较T2呈显著回复趋势(P < 0.05), 安国栝楼的纤维素、半纤维素含量分别下调了13.3%、30.7%, 浦江栝楼则下调21.6%、17.3%, 其中, 浦江栝楼的半纤维素含量恢复至CK水平。交互作用上, 除了品种在半纤维素含量上无影响外, 品种、硼处理、铝处理对纤维素含量、半纤维素含量均有极显著影响。

2.6 外源硼对栝楼铝胁迫下根尖细胞壁果胶的影响

果胶按主链长度和溶解性可分为螯合态果胶(果胶Ⅰ)和碱溶性果胶(果胶Ⅱ), 从图 3数据可知, 正常状态下细胞壁中的2类果胶含量相当, 铝处理后果胶Ⅱ的糖醛酸水平变化显著(P < 0.05), T2中2个栝楼品种果胶Ⅱ的糖醛酸含量均较CK上升79.1%, 而果胶Ⅰ的糖醛酸水平不显著, 说明铝胁迫主要诱导根尖细胞生成果胶Ⅱ。

在铝胁迫条件下, 2类果胶的甲基酯化度(DM)均呈显著下降趋势(P < 0.05), T2中安国栝楼、浦江栝楼果胶Ⅰ的DM值比CK下降了29.2%和53.4%, 果胶Ⅱ的DM值则分别下降了40.2%和44.1%。此外, 铝胁迫下, 2个栝楼品种的果胶DM值存在品种间差异。经硼缓解后, T3中2个栝楼品种的DM值较T2均有显著提升(P < 0.05), 但品种之间存在差异：安国栝楼DM值恢复至CK水平的90.9% (果胶Ⅰ)和91.5% (果胶Ⅱ), 与CK无显著差异；而浦江栝楼的恢复效果则较差, 与CK仍存在显著差异。

3-脱氧-D-甘露-辛酮糖酸(3-deoxy-D-mannose-octenoic acid, KDO)是果胶中RG-Ⅱ的特征糖基^[35], T1中, 安国栝楼的KDO含量与CK无显著差异, 而浦江栝楼则因果胶种类不同, 表现出不同的变化趋势, 其中果胶Ⅰ的KDO水平较CK下降27.9%, 果胶Ⅱ的KDO水平升高30.0%, 均达到显著水平(P < 0.05)。铝处理后2类果胶KDO含量显著下降(P < 0.05), T2中安国栝楼、浦江栝楼果胶Ⅰ的KDO含量分别降至CK的68.9%和59.1%, 果胶Ⅱ的KDO含量则分别降至CK的54.9%和65.5%。与T2相比, T3中安国栝楼、浦江栝楼果胶Ⅰ的KDO含量增加了15.3%和58.2%, 果胶Ⅱ的KDO含量增加了35.6%和52.0%。此外, 在交互作用上, 硼处理、铝处理及其交互作用对上述指标均有显著影响。

2.7 外源硼对栝楼铝胁迫下根尖PME酶活性的影响

果胶甲酯酶(Pectin methylesterase, PME)能够水解果胶半乳糖醛酸上的甲酯键, 产生大量游离羧基, 其活力高低是铝离子在栝楼根尖积累的关键因素。通过对表 5的结果进行分析发现, 铝胁迫下, 2个栝楼品种的PME酶活性显著升高(P < 0.05), 其中浦江栝楼T2的PME酶活性较CK增加28.9%, 安国栝楼增幅则为51.2%。施加外源硼后, 安国栝楼与浦江栝楼T3的PME酶活性比T2分别下降13.1%和17.3%。在交互作用上, 硼处理、铝处理及其交互作用对PME酶活性有极显著影响。

3 讨论

铝毒已经成为世界上农作物生产的主要限制因素之一, 活性铝作用于细胞壁、细胞膜、细胞骨架等, 其既可以与蛋白质等大分子物质直接结合, 也能抑制根细胞对其他离子的吸收, 干扰正常生理生化过程^[36—37]。本研究中2个栝楼品种在300 μmol/L铝胁迫下均能存活, 但其根长、株高、鲜重和干重均随胁迫时间的延长而不断下降, 表现出植株萎蔫缩小、根系生长抑制, 熊洁等^[38]在油菜中同样发现该现象。本实验中, 安国栝楼、浦江栝楼第21天根长受抑制程度明显高于其它3个指标, 这是由于根作为直接吸收与转运无机物的器官, 最先受到铝毒影响。根尖是铝离子的主要结合部位, 姜娜等^[39]发现随着铝胁迫时间延长紫花苜蓿(Medicago sativa L.)的相对根系伸长率显著降低, 该结果与本实验结果相同, 因而可认为根尖是铝毒害敏感部位^[40]。由根系桑色素染色结果可知, 铝处理组的荧光强度均大于无铝组, 其中根尖荧光强度最高, 且单铝胁迫组根系直径大于共同施加组, 表明活性铝能使植物根形态粗短、水和矿物营养的吸收受阻, 进而抑制植物生长, 因此株高等其它生理指标的改变可被认为是植物受铝胁迫的进一步表现^[41]。施加50 μmol/L硼后, 2个品种的生长指标较单铝胁迫处理均有不同程度改善, 其中安国栝楼的根长增幅最大。因此, 外源硼能够通过维持栝楼根系的生长来确保水分和营养物质的正常供给, 从而增强栝楼耐铝性。

植株细胞壁具有阳离子强吸附能力, 活性铝首先与根系细胞壁相结合降低其稳定性, 随后进入细胞结合脂质等大分子物质, 抑制各类生化反应正常进行, 影响植物的正常代谢活动, 因此根尖铝积累量是衡量铝胁迫程度的重要依据^[42]。本实验中, 2个栝楼品种单硼处理组的硼含量显著高于对照组, 且与共同施加组的硼含量无显著差异, 而共同施加组的铝含量显著低于单铝胁迫组。上述结果反映, 根尖可有效吸收硼元素, 且其吸收效果不受铝毒干扰, 同时外源硼能有效缓解铝在根尖的积累作用, 说明硼对铝毒的抑制作用具有单向性^[43]。根尖桑色素染色同样显示, 大量活性铝在根尖附着, 而硼可有效遏制根尖铝离子的积累。由此可知, 外源硼通过某种途径抑制了铝离子与根尖细胞壁的结合, 并在维持根尖正常生理生化功能方面起了重要作用。此外, 铝胁迫下, 耐铝型安国栝楼的铝含量显著低于铝敏感型浦江栝楼, 验证了二者的耐铝性差异。

抗氧化酶系统能有效抵抗逆境下由活性氧自由基所造成的伤害, 与植物抗逆性密切相关。本文通过测定不同处理组栝楼叶片的抗氧化酶活性, 发现安国栝楼与浦江栝楼的SOD、POD、CAT活性均呈现出一致的变化趋势, 即单铝胁迫下三种抗氧化酶活性降低, 施加硼后其活性恢复至一定水平, 且对安国栝楼的缓解作用强于浦江栝楼。表明在21 d较长时间的毒害积累下, 300 μmol/L的铝浓度能诱导栝楼抗氧化酶活性降低, 使细胞内外活性氧的积累与清除失衡, 致使膜结构受损, 而外源硼可有效恢复抗氧化酶活性, 在维持细胞氧代谢平衡中发挥着重要作用, 但不同栝楼之间的改善效果存在差异。逆境环境中植株体内生成大量MDA, 其含量高低可反映细胞膜脂过氧化程度^[44]。本文研究结果显示, 铝胁迫下2个栝楼品种MDA含量呈上升趋势, 说明二者在铝胁迫期间其细胞膜系统遭受氧化胁迫, 但安国栝楼的膜损伤程度比浦江栝楼轻, 证明安国栝楼具有更强的抗氧化能力。经硼缓解后, 2个栝楼品种的MDA含量均有所回落, 这与李亚林^[45]在研究硼对豌豆铝毒缓解效应的结果相似。综上所述, 外源硼能通过提高抗氧化酶活性, 有效降低铝胁迫下由活性氧自由基大量积累所造成的细胞膜脂过氧化程度, 保护叶片细胞免遭破坏, 进而增强植株抗逆性。

细胞壁因与外界直接接触, 成为了植物抗铝毒的第一道防线^[46]。渠心静^[47]通过将油茶(Camellia oleifera Abel.)根系进行苏木精染色, 并测定根尖铝含量后发现80%以上的铝积累在根尖细胞壁中, 证明细胞壁是铝积累的主要位点。许多研究表明, 活性铝能够通过调控细胞壁各类组分的比例影响其结构与功能^[48]。Yan等^[49]通过分析铝胁迫下枳壳砧木(Poncirus trifoliate (L.) Raf.)的细胞壁成分, 发现铝诱导原生质体分泌大量多糖物质, 提高细胞壁内纤维素和半纤维素含量, 并在原生质体和细胞壁之间沉积淀粉粒, 经硼处理后细胞壁多糖含量有所恢复, 细胞壁变薄。本实验得出相同结果, 铝处理下栝楼根尖细胞壁中的纤维素和半纤维素含量显著上升, 硼缓解后呈下降趋势, 幼苗的生长得到改善。其原因在于铝通过诱导细胞合成多糖以提高细胞壁刚性, 使根尖细胞难以生长、分裂, 从而抑制植株根系发育, 而硼能够减轻铝毒害, 降低由铝信号引发的细胞内反应, 保持细胞壁的延展性, 有助于维持栝楼根系的形态发育和正常伸长。

细胞壁果胶上的羧基存在着大量活性铝结合位点^[50], 一般情况下由羧基所形成的甲酯键能够阻止铝离子与果胶发生结合, 保护植株免受伤害。本研究通过比较2类果胶成分及其甲基酯化度(DM)的变化, 发现果胶Ⅰ与果胶Ⅱ的初始含量较为接近, 但在DM值方面存在差异, 其中果胶Ⅱ的DM值较低, 说明在2类果胶含量相当的情况下, 果胶Ⅱ比果胶Ⅰ具有更多的铝离子结合位点。铝处理后, 果胶Ⅱ水平显著上升, 且在外源硼作用后下调, 而果胶Ⅰ的含量变化幅度整体较小, 但实验过程中2类果胶的DM值均呈现铝抑制、硼促进的现象, 该结果与刘亚林等^[51]探究得出硼能减少果胶羧基, 使DM值升高的结论相似。此外, 铝胁迫下安国栝楼果胶的DM值对硼信号诱导更为敏感, 显示出品种间的差异性。由此可见, 活性铝通过特异性诱导根尖合成铝离子结合能力更强的果胶Ⅱ, 以作为构成细胞壁的主要成分, 并同时降低2类果胶的DM值, 增强根部区域的整体阳离子交换能力；而硼则能提升果胶DM值, 减少细胞壁铝离子的结合位点以减轻铝毒, 并且对安国栝楼的缓解作用更佳。PME酶活性与果胶DM值密切相关^[52], 本实验结果表明PME酶在铝诱导下活性增强, 而在硼处理后活性降低, 这与DM变化趋势呈负相关, 因此推测铝和硼通过改变PME酶的活性, 进而影响果胶DM值。活性铝以一种正反馈调节方式, 诱导PME酶活性升高, 促进游离羧基的产生, 使细胞壁结合更多活性铝, 放大铝胁迫对植物的危害。硼通过与铝离子竞争结合位点, 使PME酶活性降低、果胶甲基酯化程度处于较高水平, 细胞壁阳离子交换能力减弱, 从而间接缓解铝胁迫。RG-Ⅱ是硼在高等植物细胞壁中专一的结合位点, 硼可通过硼酸酯键与RG-Ⅱ上的2个KDO结合形成RG-Ⅱ-B-RG-Ⅱ二聚体, 因此KDO含量可有效反映硼结合位点的数量。刘佩佩等^[53]提出RG-Ⅱ-B-RG-Ⅱ能够缩小细胞壁孔径, 将游离羧基封闭在复杂的网格结构内部, 达到屏蔽部分铝离子结合位点的效果。与此结果一致, 本实验结果表明, 铝胁迫下根尖KDO含量降低, 而总果胶含量上升, 因此推测活性铝降低了RG-Ⅱ在总果胶中的比例, 增强其他果胶组分合成以维持自身在细胞壁中的积累, 最终削弱RG-Ⅱ之间的络合作用, 使细胞壁网格结构疏松。而在施加外源硼后KDO含量上升, 表明硼能够抑制由铝毒所引起的细胞壁成分紊乱, 使细胞壁果胶各组分趋向正常。因此, 硼与RG-Ⅱ聚合形成的二聚体结构在缩小细胞壁网格孔径、屏蔽铝离子结合位点的同时, 也起到稳定细胞壁组分与整体结构的作用。

4 结论

铝胁迫下2个栝楼品种生长受限, 毒害表型以根长最为明显, 活性铝提高纤维素和半纤维素含量导致根硬化, 通过多种途径诱导细胞壁果胶组分与甲基酯化程度改变, 增强根尖铝积累效应, 包括诱导合成与活性铝结合能力更强的果胶Ⅱ、调控PME酶活性降低果胶的酯化度、降低RG-Ⅱ在总果胶中的比例等, 并产生大量活性氧自由基损害细胞结构。其中, 安国栝楼主要通过维持较高的抗氧化酶活性, 表现出更强的耐铝性。硼能够促使栝楼对逆境胁迫的响应, 通过平衡细胞壁多糖成分、降低PME酶活、提高RG-Ⅱ水平, 来维持果胶DM值并稳定细胞壁结构, 减少栝楼根尖对铝的积累, 有效维持根尖正常形态, 同时提高抗氧化酶活性以维护细胞膜系统的正常生理状态, 最终缓解铝胁迫对栝楼幼苗生长的抑制与铝积累进程。此外, 在铝胁迫下, 硼主要通过促进安国栝楼保持较高的果胶甲基酯化度, 在一定程度上增强其耐铝能力, 因此外源硼对安国栝楼的缓解作用更佳。