硼對(duì)豌豆根尖細(xì)胞壁組分對(duì)鋁吸附解吸的影響

馮英明，羅功榮，曲 梅，玄祖迎，李學(xué)文，麥靖文，喻 敏*

（1 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院國(guó)際膜生物學(xué)與環(huán)境研究中心 / 食品科學(xué)與工程學(xué)院園藝系，廣東佛山 528200；2 佛山市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東佛山 528000）

酸性土壤占全世界潛在可耕地的50%，而鋁毒被普遍認(rèn)為是酸性土壤上限制作物生產(chǎn)的主要因素之一[1-2]。植物在遭受鋁離子脅迫的情況下會(huì)導(dǎo)致根尖生長(zhǎng)受到抑制，而植物在缺硼條件下也會(huì)產(chǎn)生影響根尖生長(zhǎng)的類似癥狀，如植物根系變短、根尖明顯膨大等[3-4]。細(xì)胞壁是植物防御外界環(huán)境脅迫影響的第一道屏障，研究表明，細(xì)胞壁是鋁的主要結(jié)合部位，鋁進(jìn)入根系后大部分都會(huì)結(jié)合在細(xì)胞壁上[5-7]。植物細(xì)胞壁的組成成分主要是果膠、纖維素以及半纖維素。其中果膠是以D-半乳糖醛酸為主的一類多聚糖混合物，按照提取方法和性質(zhì)不同可分為螯合態(tài)果膠 (果膠1)和堿溶態(tài)果膠 (果膠2)[8]，前者與后者相比具有分子量低、甲酯化程度高等特點(diǎn)[9]。半纖維素是位于纖維素和果膠之間的一類含多種糖基的多聚糖混合物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，起到連接纖維素和果膠的作用。纖維素則是由葡萄糖組成的大分子多糖混合物，具有化學(xué)惰性。研究表明，植物在遭受鋁離子脅迫時(shí)能夠改變植物根尖尤其是伸長(zhǎng)區(qū)細(xì)胞的細(xì)胞壁物質(zhì)組成比例、含量以及細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)[10-11]。

大量研究表明，硼能緩解植物中的鋁毒，但機(jī)制尚需要進(jìn)一步明確[12-15]。基于硼在植物體內(nèi)主要是以硼酸鹽多糖絡(luò)合物的形式與細(xì)胞壁結(jié)合，而細(xì)胞壁是鋁的主要結(jié)合部位，因此細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和組成的改變則成為研究的熱點(diǎn)。Matoh[16]研究表明，植物細(xì)胞壁果膠上2個(gè)鼠李半乳糖醛酸聚糖 (RG-Ⅱ)可以和一個(gè)硼分子交聯(lián)形成硼酸糖二聚體 (RG-Ⅱ-B-RGII或dRG-Ⅱ-B)，由于RG-Ⅱ是共價(jià)地插入到高聚半乳糖醛酸鏈，因此進(jìn)一步導(dǎo)致了相互交叉連接而形成的果膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[17-18]。李梅等[19]研究表明，硼處理后會(huì)影響果膠對(duì)鋁的吸附解吸，推測(cè)低濃度硼處理后，硼與果膠結(jié)合屏蔽了果膠與鋁離子的結(jié)合位點(diǎn)，是硼緩解植物鋁毒的機(jī)制之一；但在相對(duì)較高濃度范圍內(nèi)，隨著硼酸濃度的升高，果膠對(duì)鋁的吸附量降低到一定程度后，反而不斷增加，且最終超過(guò)了不加硼處理的吸附量，因此認(rèn)為硼酸也可以通過(guò)增強(qiáng)果膠吸附鋁離子的能力，將鋁離子固定在細(xì)胞壁上，防止鋁離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)干擾正常的生理生化反應(yīng)。但在植物細(xì)胞壁中，硼對(duì)鋁的吸附解吸究竟起著什么樣的作用？還需要進(jìn)一步明確。

因此，為了探究細(xì)胞壁組分對(duì)鋁的吸附解吸特征及硼的影響，基于硼酸和3-硝基苯硼酸 (3-NBA)可以與相鄰的兩個(gè)碳上同側(cè)分別連接著一個(gè)羥基的多羥基化合物發(fā)生絡(luò)合 (酯化)反應(yīng)形成絡(luò)合物[20]，本研究在低硼水平下培養(yǎng)豌豆6天，提取豌豆根尖1 cm細(xì)胞壁并分離組分，對(duì)細(xì)胞壁的果膠1、果膠2、纖維素、半纖維素進(jìn)行鋁的吸附解吸試驗(yàn)，分析各組分對(duì)鋁吸附解吸能力的差異。同時(shí)，分別在pH 3.5和pH 4.5條件下，進(jìn)行不加硼、加硼酸及3-NBA處理，比較細(xì)胞壁各組分對(duì)鋁離子吸附解吸能力的差異，進(jìn)一步探究硼緩解植物鋁毒的機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試豌豆 (Pisum sativum)種子材料為中豌6號(hào)種子，通過(guò)7.5%的次氯酸鈉浸泡30 min后，再用無(wú)菌的超純水清洗5～6次，挑除膨脹、漂浮、軟化等不良種子。之后用0.5 mmol/L CaCl2溶液在24℃的黑暗條件下浸泡10 h后轉(zhuǎn)入霧培箱，再用0.5 mmol/L CaCl2霧培40 h (每5 min噴霧30 s)。挑選根長(zhǎng)2～3 cm的豌豆在硼 (H3BO3)濃度為 0.6 μmol/L的Hoagland培養(yǎng)液中培養(yǎng)，此時(shí)溶液中的含硼濃度既不嚴(yán)重抑制豌豆根的正常生長(zhǎng)，又能將細(xì)胞壁特別是細(xì)胞壁果膠中的硼含量維持在較低水平。水培6天后切取根尖1 cm根段，并放入冰乙醇中進(jìn)行低溫保存。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 根尖細(xì)胞壁提取和各組分的分離提純 參考Heim 等[21]、Hoson 等[22]、Brigham 等[23]的方法 (略作修改)，提取根尖細(xì)胞壁。每個(gè)離心管收集約2 g根尖，用液氮研磨至均勻狀態(tài)后，再用冰乙醇沖洗2次 (冰乙醇每次的用量為每g根鮮重10 mL)。先用20 mL預(yù)冷 (4℃)磷酸緩沖液 (0.5 mol/L，pH 7.0)淋洗，之后再離心15 min (4500×g)，并重復(fù)3次后除去上清液。沉淀用20 mL緩沖溶液進(jìn)行淋洗2次，用20 mL無(wú)菌超純水淋洗1次 (試劑用量每次均為10 mL/g)后離心。在沉淀中加進(jìn)20 mL預(yù)冷 (-20℃)丙酮，室溫條件下進(jìn)行振蕩浸提30 min，離心10 min (4500×g)，從而除去脂肪以及葉綠素等物質(zhì)，淋洗要重復(fù)2次。再將沉淀加入20 mL 15 g/L SDS (十二烷基磺酸鈉，pH 6.5)在室溫下進(jìn)行振蕩浸提30 min，離心10 min (4500×g)，從而除去酚類以及蛋白質(zhì)等物質(zhì)，淋洗要重復(fù)2次。之后用30 mL α-淀粉酶(10 mg/L)去除淀粉多糖 (37℃，3 h)后，并用20 mL的蒸餾水淋洗殘余的物質(zhì)，淋洗要重復(fù)2次，沉淀物即是提取的細(xì)胞壁，在真空冷凍干燥機(jī)中將細(xì)胞壁凍干備用。

根尖細(xì)胞壁各組分的分離提純參考Heim等[21]、Hoson等[22]的方法并略作修改。稱取60℃下烘干的細(xì)胞壁0.1 g，用瑪瑙研缽研碎，放入10 mL離心管中，先加入10 mL咪唑溶液 (0.5 mol/L，pH 7.0)，25℃的條件下振蕩提取24 h后，再離心10 min(10000×g)，收集上清液并重復(fù)3次，之后合并上清液并量取體積，得到果膠1 (螯合態(tài)果膠)。然后向沉淀中加入10 mL Na2CO3溶液 [50 mmol/L，含20 mmol/L 反式-1,2-環(huán)已二胺四乙酸 (CDTA)]，提取果膠2 (堿溶性果膠)，方法與提取果膠1同。去果膠后的細(xì)胞壁，在25℃的條件下向沉淀中加入10 mL KOH溶液 (4 mol/L，含0.1% NaBH4)浸提2次 (每次12 h)，離心 (10000×g)后的上清液即為半纖維素，用冰乙酸中和至pH 5.0，用分子量為1000 的透析袋進(jìn)行透析并量取體積。沉淀物繼續(xù)用8 mL 0.03 mol/L冰乙酸和酒精淋洗，60℃下烘干至恒重，即為纖維素。

1.2.2 細(xì)胞壁各組分性質(zhì)的測(cè)定 細(xì)胞壁各組分的總糖含量用苯酚硫酸法[24-25]測(cè)定。果膠提取液在3 mol/L H2SO4作用下，沸水浴中水解1 h (果膠1提取液0.2 mL，加入2 mL 3 mol/L H2SO4水解；果膠2提取液1 mL，加入2 mL 3 mol/L H2SO4水解，吸取1mL水解液進(jìn)行測(cè)定)；半纖維素提取液置于沸水浴中水解1 h (樣品水解后吸0.2 mL提取液進(jìn)行測(cè)定)，纖維素用72% (w/w)的H2SO4(樣品0.1～1 mg/mL) 5℃下消化1 h，用去離子水稀釋到10倍體積 (或樣品水解后吸0.2 mL提取液進(jìn)行測(cè)定)。將各組分提取液置于25 mL比色管中，加水至2 mL，加入苯酚溶液1 mL，濃H2SO410 mL，沸水浴中放置2 min后冷卻至室溫，測(cè)定吸光度 (485 nm)。以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)物，制備標(biāo)準(zhǔn)曲線。

采用苯二酚比色法測(cè)定果膠的糖醛酸含量[26]，并參考Heim等[21]、Hoson等[22]的方法略作修改。取0.2 mL果膠待測(cè)液，加入1.2 mL濃H2SO4(含12.5 mmol/L Na2B4O7)，迅速放在冰水中。用旋渦混勻器進(jìn)行混勻，經(jīng)沸水浴5 min后放入冰水中冷卻。然后加入20 μL 0.15%鄰苯二酚溶液 (0.5% NaOH溶解)，用旋渦混勻器混勻后，放置黑暗處準(zhǔn)確反應(yīng)30 min，測(cè)定吸光度 (520 nm)。以D-半乳糖醛酸 (分子量為212.16)為標(biāo)準(zhǔn)物，制備標(biāo)準(zhǔn)曲線。

3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸 (KDO)采用硫代巴比妥酸比色法測(cè)定[27]。吸取0.2 mL果膠待測(cè)液，加入0.1 mL H2SO4(2.1 mol/L)，在100℃條件下水解30 min，冷卻后離心 (4800×g)，吸取0.5 mL上清液放于4 mL的離心管，加入0.25 mL 的高碘酸溶液 (0.04 mol/L)，漩渦震蕩后，室溫下于黑暗處反應(yīng)20 min，然后加入含2% Na2SO3的0.5 mol/L 鹽酸溶液，漩渦震蕩后，顯棕色，室溫下繼續(xù)加至棕色消失。然后加入0.5 mL 0.6% 硫代巴比妥酸 (TBA)混勻，100℃水浴15 min后，立即加入1 mL的二甲基亞砜 (DMSO)，混勻后在室溫下冷卻，測(cè)定吸光度 (548 nm)。以KDO (分子量為255.22)為標(biāo)準(zhǔn)物，制備標(biāo)準(zhǔn)曲線。

果膠甲基酯化度測(cè)定：取100 μL的果膠待測(cè)液或100 μL的提取液 (不加樣品作空白對(duì)照)，加入50 μL NaOH (1.5 mol/L)，25℃ 恒溫處理 30 min 后，加入 55 μL H2SO4(0.75 mol/L)。依次加入 200 μL Tris-HCl (200 mmol/L，pH 7.5)，80 μL MBTH (3 mg/mL，用水溶解)，20 μL 醇氧化酶 (0.01 units/μL，AO)，混合物在30℃條件下培養(yǎng)20 min，之后加入400 μL硫酸鐵銨和氨基磺酸的混合溶液 (5 mg/mL)。20 min后，在室溫條件下加水到2 mL測(cè)定吸光度(620 nm)。以甲醛為標(biāo)準(zhǔn)物，制備標(biāo)準(zhǔn)曲線。果膠甲基酯化度 (the degree of methylation，DM)為甲醛濃度與糖醛酸濃度的比值。

1.2.3 pH 3.5與pH 4.5條件下根尖細(xì)胞壁各組分對(duì)鋁的吸附解吸測(cè)定 分別吸取5 mL果膠1、果膠2、半纖維素、纖維素溶液 (經(jīng)測(cè)定，4種成分濃度依次為0.475、1.612、4.296、7.556 g/L)于透析袋中，在250 mL 0.5 mmol/L CaCl2溶液中 (pH 3.5/4.5)平衡24 h。

吸附試驗(yàn)：取出透析袋并清洗后，分別浸泡在含有0.5 mmol/L CaCl2，pH 3.5、pH 4.5的200 μmol/L AlCl3溶液中 (250 mL)吸附24 h。取出透析袋，并測(cè)定底液鋁含量，以計(jì)算鋁吸附量。

解吸試驗(yàn)：將吸附試驗(yàn)后的透析袋再放入250 mL的0.5 mmol/L CaCl2(pH 3.5/4.5)溶液中，25℃條件下解吸24 h，取出透析袋，測(cè)定解吸液的鋁濃度，并計(jì)算鋁的解吸量。

鋁含量的測(cè)定采用鄰苯二酚紫比色法[28]，并稍作修改，控制待測(cè)液的最終pH在6.1～6.2，并使溶液中Ca2+等的濃度小于0.2 mmol/L，否則將對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生影響。最終測(cè)定步驟如下：取2 mL待測(cè)液于10 mL離心管中，加入200 μL 0.0375%鄰苯二酚紫顯色液后，再加入1.8 mL咪唑緩沖液 (pH 6.2)，搖勻，室溫條件下顯色20 min，測(cè)定吸光度 (584 nm)。

1.2.4 pH 3.5條件下不同硼處理對(duì)根尖細(xì)胞壁各組分對(duì)鋁的吸附解吸測(cè)定 在含0.5 mmol/L CaCl2的吸附解析溶液 (pH 3.5)中，設(shè)計(jì)無(wú)硼、50 μmol/L H3BO3和50 μmol/L 3-NBA 3個(gè)處理，分別吸取5 mL果膠1、果膠2、半纖維素和纖維素提取液于透析袋中，加入250 mL上述處理溶液，浸泡 24 h。參照1.2.3中的鋁吸附解吸方法進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定豌豆根尖細(xì)胞壁各組分在不同硼處理下對(duì)鋁的吸附量及解吸量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)結(jié)果均為3次獨(dú)立試驗(yàn)的平均值，所得數(shù)據(jù)用Excel 2020和SAS 9.1進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 細(xì)胞壁各組分性質(zhì)的測(cè)定

通過(guò)提取和測(cè)定豌豆根尖1 cm根段細(xì)胞壁各組分的含量發(fā)現(xiàn)，豌豆根尖細(xì)胞壁中纖維素含量＞半纖維素含量＞果膠2含量＞果膠1含量。其中，纖維素含量占細(xì)胞壁的51%，為主要成分；果膠1含量最少，約占4%；果膠2和半纖維素含量分別為細(xì)胞壁的 11.5% 和 28.5% (表1)。

表1 細(xì)胞壁各組分含量及其在細(xì)胞壁中的占比Table 1 The content and percentage of cell wall components

在硼 (H3BO30.6 μmol/L)水培條件下，根尖提取細(xì)胞壁的果膠中，果膠2的糖醛酸和3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸 (KDO)含量均比果膠1高，前者高3.39倍，KDO含量高6.6倍，但果膠2和果膠1的甲基脂化度數(shù)值差異較小 (表2)。

表2 低硼培養(yǎng)6天的豌豆根系中提取的果膠性質(zhì)Table 2 Properties of pectin extracted from pea after 6 days of low B treatment

2.2 pH 3.5與pH 4.5條件下根尖細(xì)胞壁各組分對(duì)鋁的吸附解吸

從表3可知，在pH 3.5和pH 4.5條件下，細(xì)胞壁各組分對(duì)鋁的吸附量大小為：果膠2＞果膠1＞半纖維素＞纖維素，各組分間的吸附量差異均達(dá)到顯著水平。果膠尤其是果膠2對(duì)鋁的吸附起主要作用，表明果膠為細(xì)胞壁上鋁的吸附位點(diǎn)。

在pH 3.5和pH 4.5條件下，細(xì)胞壁組分對(duì)鋁的解吸率差異顯著，以果膠1最高，果膠2最低。pH 4.5條件下，果膠1和果膠2對(duì)鋁的解吸量與其它組分差異顯著，但半纖維素與纖維素對(duì)鋁的解吸量差異不顯著。pH 3.5條件下，不同細(xì)胞壁組分對(duì)鋁的解吸量均呈現(xiàn)顯著差異。在pH 3.5條件下，細(xì)胞壁各組分單位質(zhì)量鋁吸附量的差異均顯著。pH 4.5條件下，果膠1和果膠2與其它組分對(duì)鋁的單位質(zhì)量吸附量差異顯著，但半纖維素與纖維素之間沒有達(dá)到顯著差異。pH 3.5和pH 4.5條件下，果膠1和果膠2與其它組分對(duì)鋁的單位質(zhì)量解吸量的差異均達(dá)到顯著，但半纖維素與纖維素之間沒有達(dá)到顯著差異。對(duì)鋁的單位質(zhì)量解吸量表現(xiàn)為：果膠1＞果膠2＞半纖維素和纖維素。

在pH 3.5條件下，解吸率由高到低依次為：果膠1＞半纖維素＞纖維素＞果膠2；而pH 4.5時(shí)，解吸率由高到低依次為：果膠1＞纖維素＞半纖維素＞果膠2。不同細(xì)胞壁組分對(duì)鋁的吸附解吸存在明顯差異(表3)。

表3 pH 3.5和pH 4.5條件下細(xì)胞壁組分對(duì)鋁的吸附解吸量Table 3 The adsorption and desorption of aluminum by cell wall components under different pH

2.3 pH 3.5條件下硼處理根尖細(xì)胞壁各組分對(duì)鋁的吸附解吸

在加硼酸和加3-硝基苯硼酸 (3-NBA)處理下，單位質(zhì)量鋁吸附量最高的均為果膠2，且顯著高于吸附量排在其次的果膠1，加硼酸處理中果膠2的單位質(zhì)量鋁吸附量高達(dá)99.92 μg/mg，半纖維素和纖維素吸附量很少；果膠1的單位質(zhì)量鋁吸附量也顯著高于半纖維素和纖維素，且加硼酸處理最高。

在CK和3-NBA處理?xiàng)l件下，鋁解吸率最高均為果膠1，且與其它細(xì)胞壁組分的差異顯著。加硼組處理鋁解吸率最高的是纖維素，但與果膠1和半纖維素間的差異均未達(dá)到顯著。3組處理中果膠2的解吸率均顯著低于其他3種細(xì)胞壁組分 (表4)。

表4 不同處理下細(xì)胞壁組分對(duì)鋁的吸附解吸Table 4 Adsorption and desorption of aluminum by cell wall component under different boron treatments

如圖1所示，與對(duì)照相比，硼酸和3-NBA處理能顯著提高果膠1對(duì)鋁的單位質(zhì)量吸附量。硼酸能顯著提高果膠2對(duì)鋁的單位質(zhì)量吸附量。硼酸處理使果膠1對(duì)鋁的單位質(zhì)量吸附量提高了22.6%，使果膠2對(duì)鋁的單位質(zhì)量吸附量提高了34.7%。3-NBA處理使果膠1對(duì)鋁的吸附量提高了17.4%，果膠2對(duì)鋁的吸附量提高了4.5%。硼酸比3-NBA處理更能顯著提高果膠對(duì)鋁的單位質(zhì)量吸附量。硼酸處理后果膠2相比果膠1鋁的吸附能力增強(qiáng)明顯。

圖1 不同硼處理下果膠的鋁單位質(zhì)量吸附量Fig.1 Aluminum adsorption per unit of pectin under different B treatments

如圖2所示，與對(duì)照相比，硼酸和3-NBA處理均能顯著降低果膠1的解吸率；對(duì)果膠2的解吸率則無(wú)顯著影響；硼酸能顯著提高半纖維素解吸率，3-NBA則無(wú)顯著影響；硼酸和3-NBA對(duì)纖維素的解吸率幾乎沒有影響。

圖2 不同硼處理下細(xì)胞壁各組分對(duì)鋁的解吸率Fig.2 Aluminum desorption rate of each cell wall component under different B treatments

3 討論

3.1 細(xì)胞壁各組分對(duì)鋁吸附解吸的差異

從以上吸附和解吸試驗(yàn)結(jié)果可以看出，細(xì)胞壁各組分均能在一定程度上吸附鋁，但細(xì)胞壁組分中果膠吸附鋁的含量遠(yuǎn)高于半纖維素和纖維素，并且果膠2吸附鋁的含量高于果膠1。植物細(xì)胞壁吸附鋁的能力不僅取決于細(xì)胞壁果膠水平，還與細(xì)胞壁纖維素和半纖維素的多糖含量有著密切的關(guān)系[29]。果膠2的解吸率低于其他3種組分，與其他3種組分的差異均達(dá)到顯著。綜合對(duì)鋁的吸附量和對(duì)鋁的解吸率表明，鋁主要積累在細(xì)胞壁的果膠上，特別是累積在果膠2上。這與其他學(xué)者發(fā)現(xiàn)的鋁與細(xì)胞壁的結(jié)合是植物根系對(duì)鋁毒脅迫響應(yīng)的重要原因[30-31]相一致，本試驗(yàn)也進(jìn)一步表明鋁主要是與細(xì)胞壁果膠2結(jié)合。

3.2 不同pH條件下細(xì)胞壁各組分對(duì)鋁的吸附解吸

pH 3.5條件下比pH 4.5條件下吸附鋁的總量更多，高出52.6%，可能與不同pH下不同組分吸附鋁的能力差異有關(guān)，pH 3.5較pH 4.5溶液中H+濃度高，可能促使部分與果膠結(jié)合較弱的陽(yáng)離子解析，使果膠對(duì)鋁的吸附增強(qiáng)，尤其是果膠2占細(xì)胞壁對(duì)鋁吸附量的絕大部分。根系細(xì)胞壁對(duì)鋁的吸附能力，主要取決于果膠中帶負(fù)電荷的游離羧基的多少,這不僅與果膠含量相關(guān)，還與果膠的甲基酯化程度相關(guān)，當(dāng)果膠甲基酯化程度較低時(shí)常含有較多的游離羧基[32]。

3.3 不同硼處理?xiàng)l件下細(xì)胞壁各組分對(duì)鋁的吸附解吸量

不同硼處理均能提高果膠1和果膠2對(duì)鋁的吸附量和單位質(zhì)量吸附量。果膠2對(duì)鋁單位質(zhì)量吸附量的增加量大于果膠1的，而解吸率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于果膠1，這與果膠3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸 (KDO)值有關(guān)。鼠李半乳糖醛酸聚糖-II (RG-II)是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的果膠多糖，普遍存在于高等植物初生細(xì)胞壁中,是由12種不同的糖基以不同的糖苷鍵連接形成[33]。一般每條單鏈RG-II中含有1個(gè)KDO和2個(gè)芹菜糖殘基，其中芹菜糖被認(rèn)為是硼與RG-II的結(jié)合位點(diǎn)，一般認(rèn)為硼與果膠的結(jié)合量與果膠KDO的含量呈正相關(guān)。通過(guò)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，果膠2的KDO值顯著高于果膠1，因此在相同果膠質(zhì)量條件下，硼與果膠2的結(jié)合量高于果膠1。由于硼與果膠結(jié)合使果膠中負(fù)電荷增加，鋁容易結(jié)合在這些基團(tuán)所帶的負(fù)電荷上[34]，從而使果膠的吸附量增加。硼處理后導(dǎo)致果膠1和果膠2的解吸量下降，可能由于硼處理后果膠1和果膠2吸附鋁的能力更強(qiáng)，使Al3+不易從果膠上解離出來(lái)。

硼處理會(huì)降低半纖維素對(duì)鋁的吸附量而提高其對(duì)鋁的解吸量，表明硼酸可能與半纖維素發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)[35]。由于半纖維素的成分復(fù)雜，可能也存在能與硼酸發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)的糖基，且猜測(cè)硼處理使半纖維素對(duì)鋁的吸附量降低而對(duì)鋁的解吸量上升的原因，是類似于較低濃度硼酸處理果膠時(shí)，硼酸與果膠絡(luò)合，屏蔽了與Al3+的結(jié)合位點(diǎn)，硼酸與半纖維素的結(jié)合也可能由于屏蔽了半纖維化與Al3+的結(jié)合位點(diǎn)，使半纖維素對(duì)鋁的吸附量降低及對(duì)鋁的解吸量上升[19]。

硼處理后纖維素對(duì)鋁的吸附量及對(duì)鋁的解吸量與對(duì)照沒有顯著差異，是因?yàn)槔w維素不存在相連的兩個(gè)碳原子上各連著一個(gè)羥基的結(jié)構(gòu)，所以不能與硼酸發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)。

3.4 硼酸與3-硝基苯硼酸 (3-NBA)處理對(duì)果膠鋁吸附解吸影響的差異

相比3-NBA，硼酸能更有效的提高果膠1和果膠2對(duì)鋁的吸附量和單位質(zhì)量吸附量，更有效的降低果膠1和果膠2對(duì)鋁的解吸量和單位質(zhì)量解吸量，這表明硼酸在緩解植物鋁毒方面比3-NBA更有效。

硼處理?xiàng)l件下，果膠1、果膠2和半纖維素對(duì)鋁的吸附量和解吸量有顯著影響，尤其硼處理后果膠2對(duì)鋁吸附量的增加量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于果膠1和半纖維素，這表明果膠2是硼處理后使細(xì)胞壁對(duì)鋁的吸附量和解吸量產(chǎn)生顯著差異的主要原因。

在硼處理后，與對(duì)照比果膠2顯著提高對(duì)鋁的吸附量并降低對(duì)鋁的解吸量，把鋁固定在細(xì)胞壁的果膠2上，是硼酸緩解鋁毒的重要機(jī)制之一。也可能存在其他的耐鋁毒機(jī)制，有待繼續(xù)研究。

4 結(jié)論

豌豆根尖細(xì)胞壁果膠2是根尖細(xì)胞壁主要的鋁結(jié)合位點(diǎn)，硼與果膠2的結(jié)合可能是硼緩解鋁毒的重要機(jī)制之一。具體表現(xiàn)為：1)豌豆根尖細(xì)胞壁各組分含量為：纖維素＞半纖維素＞果膠2＞果膠1；2)硼能夠與果膠1和果膠2發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，與半纖維素也可能發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，從而影響果膠1、果膠2和半纖維素對(duì)鋁的吸附解吸；3)在鋁脅迫下，根尖細(xì)胞壁中的果膠是主要的鋁結(jié)合位點(diǎn)，尤其是果膠2結(jié)合最多；4)硼處理后顯著影響并提高果膠2對(duì)鋁的吸附量，但解吸量變化不顯著，因此將鋁固定在細(xì)胞壁的果膠2內(nèi)，可能是硼酸緩解鋁毒的重要機(jī)制之一；5) pH 3.5條件下，硼酸與3-硝基苯硼酸 (3-NBA)處理相比，更能有效地影響果膠對(duì)鋁的吸附解吸。