铝毒害是酸性土壤中植物生长发育最重要的限制因子,会抑制植物根系生长,限制其对于水分和养分的吸收。为响应铝毒害,植物存在胞外排斥和胞内忍受两种机理:前者主要通过分泌有机酸螯合胞外铝,后者主要将进入胞内的铝螯合并区域化入液泡。磷是植物生长发育和各项代谢活动所必需的大量营养元素之一,有研究表明铝胁迫会降低植物体对磷的吸收,影响磷营养稳态。那么植物在铝胁迫下又导致的低磷胁迫的适应机理是怎样的呢?目前,低磷响应相关基因调控植物铝毒害响应方面的研究尚未见报道。PHR1是植物MYB-CC家族的低磷应答关键转录因子,已被报道调节磷饥饿诱导相关基因的表达。本课题表型筛选实验发现PHR1基因的突变体phr1在铝胁迫下具有敏感生长表型。因此我们以模式植物拟南芥为研究材料,利用植物分子生物学、分子遗传学、植物组织化学和分析化学等方法,探讨低磷胁迫响应转录因子PHR1在植物响应铝毒害中发挥着怎样的作用,主要研究内容和结果如下:1.PHR1缺失降低植物耐铝性。前期研究表明,拟南芥在铝胁迫处理后有多个低磷响应基因表达量有所变化尤其是PHR1出现显著性上调表达。于是进一步通过q-PCR及GUS染色实验验证显示,在铝胁迫处理后PHR1表达量有显著升高。因此为重点探讨PHR1是否与植物响应铝胁迫有一定的相关性,我们利用其T-DNA插入突变体phr1与WT进行生长表型分析实验,发现phr1在铝胁迫处理条件下表现出根长变短的生长敏感表型。结合阴离子选择性实验,进一步确认该表型是由铝离子特异性引起的。2.PHR1缺失导致铝在植物细胞内的积累增多及地上部磷含量降低。为分析phr1与WT的铝含量情况,我们使用苏木精染色方法进行根细胞壁的铝含量染色,使用Morin染色和LMG染色方法进行根胞质的铝含量染色。结果发现,苏木精染色显示,相比WT,phr1细胞壁铝含量略高但并不显著;Morin染色和LMG染色显示,phr1根的染色强度强于WT,其细胞质的铝含量要高于WT。据此我们推测,在植物遭受铝毒害后,PHR1可以减少铝在细胞内的积累。考虑到PHR1是植物低磷响应的关键基因,所以我们分析了phr1和WT的低磷响应基因表达量的变化及其磷含量测定。基因表达量测定结果显示,与WT相比,phr1的磷吸收正调控转录因子基因WRKY45和低磷环境中对于减少植株主根生长发挥重要作用的多铜氧化酶基因LPR1表达量极显著上升。据此我们推测,铝胁迫处理后,phr1相比WT处于磷缺乏的状态。分别测定WT和phr1地上部和地下部的磷含量,实验结果显示,WT在铝胁迫处理前后地上部和地下部的磷含量无差异,phr1地上部无机磷含量则极显著低于WT,地下部的磷含量在铝胁迫前后未检测到差异,推测铝胁迫下PHR1可能影响到磷向地上部的转运及积累。3.未检测到PHT1;1及ALMT1与PHR1在植物铝毒害响应上的相关性。既然铝胁迫处理后phr1相比WT处于低磷状态,因此我们利用定位于细胞质膜上承担着植物Pi吸收重要功能的PHT1;1基因的T-DNA插入突变体pht1;1进行铝胁迫生长表型实验,以探究PHR1的下游PHT1;1是否有可能在拟南芥响应铝毒害的过程中发挥一定的作用。结果发现,pht1;1与WT的生长表现情况尤其是根系生长情况基本一致,根长、鲜重等数据统计并无显著差异。ALMT1编码定位于细胞质膜上的苹果酸外排转运体,对于植物响应铝毒害非常关键。同时,ALMT1也在植物低磷响应中对于抑制主根生长以进行根结构重塑发挥着重要作用。在铝胁迫和低磷胁迫的情况下,其表达都会被诱导上调。本研究通过q-PCR进行基因表达量测定发现,与WT相比较,铝胁迫处理后phr1的ALMT1基因的表达量下降了50%。因此,为进一步探究ALMT1与PHR1之间在铝胁迫响应方面是否有可能会存在基因间相互作用,我们构建了almt1phr1双突变体材料并进行了生长表型观察实验。结果发现,在铝胁迫处理下,almt1phr1、almt1、phr1均出现生长敏感表型,但将三者之间的敏感性进行比较未发现显著差异。4.胞质Pi含量升高时植物耐铝性增强;未检测到PHR1及ALMT1与VPT1在植物铝毒害响应上的相关性。定位于液泡膜上的液泡Pi转运体VPT（也称为PHT5）家族成员行使着将Pi从胞质转运进液泡储存的功能,对于将胞质Pi往液泡内的转运起最关键作用的是VPT1,VPT3对于其具有“补偿”效应,同时它们还影响着Pi的木质部装载及长距离运输。因此,我们利用其突变体进行铝胁迫表型实验观察。发现vpt1、vpt2、vpt3无铝胁迫生长表型,但其双突变体vpt1/3呈铝胁迫耐受表型。为进一步探究PHR1、VPT1之间在响应铝毒害方面是否存在一定的基因间相互作用或上下游关系,对VPT1-GUS/phr1进行GUS染色,结果显示,有无铝胁迫处理的VPT1-GUS/phr1的染色情况与VPT1-GUS表现一致,均未有明显染色情况变化。此外,为进一步探究拟南芥ALMT1分泌苹果酸响应铝毒害的过程与胞内Pi含量之间在铝胁迫响应方面是否可能存在一定的相关性,我们构建了almt1vpt1-2双突变体材料。进行生长表型观察实验发现,almt1vpt1-2铝胁迫表型与almt1基本一致。综上,本论文发现拟南芥在铝胁迫处理后磷响应因子PHR1表达量显著上升。当PHR1基因缺失后,植物耐铝性降低,表现出生长敏感表型,还伴随着根细胞内铝含量的积累和地上部磷含量的降低。为进一步研究背后的机理,利用质膜定位（磷吸收转运体PHT1;1和苹果酸外排转运体ALMT1）和液泡膜定位（液泡磷吸收VPTs）的转运体材料进行相关探究实验,发现胞质较高的磷含量有利于植物耐铝性的增强。本论文探讨植物铝毒害响应和磷响应的相互作用有关的生理机制,以期为分子培育更多耐铝及磷高效作物提供基因储备和理论指导。