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栝楼(Trichosanthes kirilowii Maxim.)作为我国广泛种植的经济作物,由于土壤酸化带来的铝毒导致其产量不断下降,栝楼的推广种植受到阻碍,因此,本文以溶液培养法,研究硼对铝胁迫的缓解作用。研究以耐铝型安国栝楼和铝敏感型的浦江栝楼作为研究材料,在水培条件下对其进行硼及铝处理,测定硼对铝胁迫下栝楼的生长指标、光合作用相关参数的变化,同时分析了根尖铝积累、抗氧化酶系统、细胞壁成分及有机酸代谢相关酶活力的变化,探究硼缓解铝胁迫的具体作用机制。研究结果如下:1.栝楼各类生长指标均在铝处理后下降,其中根长是对铝毒最为敏感,铝对植物的毒害作用与胁迫时长呈正相关,同时两类栝楼的耐铝性差异存在差异,在胁迫处理下铝敏感的浦江栝楼受到的胁迫作用更强。同时铝毒显著降低了栝楼叶片的叶绿素a(Chla),叶绿素b(Chlb)的含量,但叶绿素含量之比不发生明显变化,同时初始荧光(F0)升高,而最大荧光产量(Fm)、光能转化效率(Fv/Fm)和电子传递速率(ETR)显著下降,因此铝胁迫通过抑制叶绿素合成、降低光合作用效率的途径降低栝楼光合作用能力。硼施用后各指生长标均有显著提升,叶绿素含量及荧光参数恢复正常水平,有效缓解铝对栝楼光合作用的不利影响。2.铝处理后Al3+在根尖大量积累,根直径变大,而硼处理有效降低了根尖铝含量,并维持根尖正常的形态。根尖硼铝含量表明,硼对根尖铝积累的抑制作用具有单向性,硼含量并不受铝浓度的调节。铝胁迫条件下过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)酶活降低,阻碍了细胞内清除活性氧的过程,导致植物体地上部分和地下部分氧化胁迫的发生,叶片中丙二醛(MDA)含量上升,根尖伊文思蓝染色结果证实了这一观点。加入硼后各类酶活相比铝处理组上调,同时MDA含量下降,因此硼处理有效缓解了铝毒造成的氧化胁迫,维持了细胞膜结构的完整性。抗氧化酶中超氧化物歧化酶(SOD)活性在胁迫处理下呈现不同的变化趋势,该酶可能是栝楼对抗铝毒的关键酶之一。3.铝处理后栝楼根部细胞壁中的纤维素和半纤维素含量升高,细胞壁的刚性增强,细胞伸长受抑制,该现象在硼加入后有所恢复。铝毒通过以下三种途径改变细胞壁的果胶组分,增强细胞壁的铝积累过程:首先铝胁迫通过特异诱导了栝楼细胞壁内结合Al3+能力更强的果胶II的合成,增强细胞壁的整体阳离子交换能力;其次通过调控果胶甲基酯酶(PME)活性降低两类果胶的酯化度,以水解果胶酯键的形式产生更多游离羧基,有利于Al3+的结合;最后铝毒通过降低鼠李半乳糖醛酸聚糖(RG-II)在总果胶中的比重,在减弱果胶间络合作用的同时通过诱导除其RG-II外其它果胶组分的合成加强细胞壁对铝的积累。而硼施用后上述铝毒表型均受到抑制,因此硼通过调控铝胁迫下细胞壁多糖组分的变化阻止Al3+进入胞内,起到缓解铝毒的作用。4.铝处理后磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)及苹果酸脱氢酶(MDH)的活性显著上升,但硼处理对酶活的影响并不显著,表明硼并不通过调控苹果酸代谢参与栝楼的耐铝过程。铝胁迫下柠檬酸合酶(CS)的活性显著上升,柠檬酸的合成增强,根系分泌物鳌合Al3+的能力提高,硼处理后CS酶活性不升反降,因此硼对铝毒的缓解机制并不是通过加强柠檬酸合成实现的。硼的施用抑制了顺乌头酸酶(ACO)的活性,因此可以推测硼通过降低柠檬酸的转化效率调控柠檬酸代谢过程,导致柠檬酸合成和分解的失衡,使柠檬酸高水平积累于根尖,最终分泌更多柠檬酸缓解铝毒。综上所述,本研究证实硼增强了铝胁迫下栝楼抗氧化酶系统的活性,有效抑制了铝诱导的氧化胁迫的发生。硼也能够通过加强细胞壁多糖组分、有机酸分泌等植物外部耐铝机制阻碍根尖的铝积累,缓解铝对栝楼生长和光合作用的抑制,降低了栝楼的铝毒害表型。