纳米硅生物矿化沉积赋予水稻根边缘细胞及根尖耐铝性的生理机制OA北大核心CSTPCD

【目的】探讨硅对植物铝毒害缓解的生理机制,研究在水稻根边缘细胞和根尖上构筑的纳米硅生物矿化结构对铝胁迫的影响,为南方地区酸性土壤矿化缓解植物铝毒提供理论和实践指导。【方法】以水稻品种日本晴(Oryza.Sativa L.)为试验材料,以水稻的根尖和根边缘细胞为研究对象,在100μmol·L^(-1)铝胁迫处理下,以聚乙烯亚胺诱导纳米二氧化硅在根尖和根边缘细胞表面形成生物矿化结构。试验共有不加硅不加铝(-Si-Al)、不加硅加铝(-Si+Al)、加硅不加铝(+Si-Al)和加硅加铝(+Si+Al)4个处理,研究根边缘细胞在铝胁迫下的细胞存活率、活性氧水平以及活性铝定位,以及根尖在铝胁迫下的相对伸长率、活性氧水平、胼胝质含量以及活性铝定位。【结果】在铝胁迫条件下,通过比较聚乙烯亚胺诱导纳米硅在水稻根边缘细胞细胞壁上沉积与未诱导纳米硅矿化沉积,台盼蓝染色显示根边缘细胞较好的活性状态,其细胞的存活率提高21.04%,活性氧水平降低87.65%,活性铝Morin染色后相对荧光值增加77.09%,有效提高细胞存活率,降低活性氧的产生,从而保护了根边缘细胞并减缓细胞程序性死亡;通过比较聚乙烯亚胺诱导纳米硅在水稻根尖沉积与未诱导纳米硅矿化沉积,水稻根尖相对生长率提高26.95%,活性氧水平降低27.73%,胼胝质含量提高了55.29%,活性铝Morin染色后相对荧光值增加55.45%,苏木精染色也显示根尖的分生区和过渡区沉积更多的铝,这表明铝胁迫下在水稻根尖诱导纳米硅矿化沉积后,能吸附更多铝离子沉积在根尖的表面,阻止铝离子进入根尖内保护植物根尖,进而缓解铝对根尖的毒害作用。【结论】聚乙烯亚胺诱导纳米硅在细胞壁上的沉积赋予水稻根边缘细胞和根尖耐铝性,并减少水稻铝积累,进而保障了食品安全和人类健康。