根边缘细胞(Root border cells)是从根冠游离并聚集在根尖周围的一群特殊细胞,这群细胞在保护根尖免受不利环境因素的胁迫起重要作用,国内外研究表明铝毒对植物影响最快的地方是根尖,而根边缘细胞在根尖产生并聚集根尖周围,因此推测根边缘细胞在铝毒中起重要作用。硼可以减轻铝毒已经被最近的研究证实,但是具体作用机理不清楚,而细胞骨架-细胞膜-细胞外基质连续体被认为是缺硼和铝毒作用的主要位点,因此研究根边缘细胞对不同水平硼铝的反应可以更直接阐明缺硼和铝毒机理及硼减轻铝毒程度和作用机理。 通过自行设计的根边缘细胞培养装置代替培养基培养,研究不同浓度硼铝对豌豆根及根边缘细胞生长的影响,硼对细胞吸收铝离子的抑制作用,揭示硼减轻铝毒z的边缘细胞学机理:硼能够稳定根边缘细胞数量和提高细胞存活率;硼促进钙与细胞壁的牢固结合,减少细胞壁离子的外渗,抑制铝交换钙,保持细胞壁的稳定性;硼可减少边缘细胞对铝的吸收。具体研究成果分述如下: 1.建立和完善了一整套适用于边缘细胞的研究方法,实现了方法学上的突破,设计制作了根边缘细胞简易超声波自动喷雾培养箱,该设计已经获得了国家专利(专利号:ZL200420043545.2),通过用喷雾培养代替原有的培养皿培养,在培养过程中可向喷雾培养液加入不同浓度硼及铝进行处理,提高实验的可行性和实验结果的可靠性。 2.通过不同硼浓度浸种后测定根长及边缘细胞数量和活性,已经摸索出最佳硼浸种浓度(0.1mmol/L)。证实硼可以提高边缘细胞存活率,而铝则抑制边缘细胞的产生,降低边缘细胞的存活率,而加入硼后可减轻这种作用。同时对根长及细胞数的研究表明铝对边缘细胞的抑制作用大于根尖。 3.通过不同铝浓度处理根边缘细胞,边缘细胞的存活率和数量随着时间的延长明显下降,且铝浓度越高,细胞数量越少,但是在6h后高浓度铝(250、500μmol/L)边缘细胞存活率显著高于对照(0μmol/L);粘胶层相对面积随处理时间延长和铝浓度升高而逐渐增加,铝浓度500和250μmol/L时粘胶层相对面积增加尤为明显。表明铝毒对根边缘细胞具有致死效应,这种致死效应在一定浓度范围符合剂量依数性关系,而高浓度时边缘细胞存活率反而升高,这与根边缘细胞对铝毒作出的适应性响应—粘胶层的增厚和细胞降解增强有关。 4 通过不同硼铝浓度处理豌豆根边缘细胞活性和数量的变化,证实加入外源硼(不同硼水平