铝毒是酸性土壤植物生长的重要限制因子。铝毒破坏根尖的结构与功能,从而影响了根系对水分和养分的吸收,最终导致植物减产、减收,严重情况下,绝产、绝收。铝对阳离子吸收的影响早有报道,但对所有营养元素吸收的影响的研究并不多见,且结果不尽一致；此外,以往的研究中,通常将在根系累积的元素作为其吸收的元素总量,但根系真正吸收的元素其实应该是进入细胞内的元素,有部分(对有些元素是大部分)元素仅是固持在质外体。为此,本研究基于我们实验室前期研究中的发现,采用在铝胁迫下可以诱导根尖分泌柠檬酸的豆科作物—饭豆为实验材料,在摸索出一个有效的分离出根尖细胞汁液的方法的基础上,深入研究了铝胁迫对营养元素吸收进入细胞内的影响,并以铁和磷为代表,初步研究了细胞质上的转运蛋白基因在铝胁迫下的响应。主要结果如下：a)建立了一个适合于饭豆根尖细胞汁液分离的提取方法,通过摸索不同离心力下胞质标志酶苹果酸脱氢酶(MDH)的检出情况,确定以下为分离饭豆根尖细胞汁液的最佳条件：取根尖于超滤离心管中3000×g离心10min以去除质外体部分,将根尖剩余物置于-80℃过夜冷冻处理。次日于室温条件(28℃)下融化后20600×g离心10min,滤液即细胞汁液,将细胞残留物用70%乙醇洗3遍纯化得到细胞壁。b)发现铝胁迫影响营养元素的吸收,但对不同元素的影响方式和程度不同。0-50μM铝处理24h,细胞内Ca、Mg、K等含量随铝处理降低,而Fe、S、P等随着铝处理反而升高,Zn、Mn、Cu、Mo等其他元素含量或者基本不受铝处理影响,或者含量过低至结果不准确而没有进一步分析。随着铝处理浓度的提高,特别是超过10μM后,Ca、Mg、K三种元素的含量下降趋势逐渐减缓,甚至维持在一个相对稳定的水平,说明植物在铝胁迫到达一定程度后,可能存在一种主动调节机制来维持其对营养元素的最基本需求。铝胁迫引起Fe吸收的增加与铝毒导致的氧化胁迫现象直接相关。而硫元素含量的升高,暗示其可能通过体内GSH的合成而参与铝毒的响应。c)相关Fe和P转运蛋白的表达受铝胁迫调控,调控方向与铝处理浓度有关。我们从本实验室已建立的饭豆基因文库中得到编码参与铁元素吸收的转运蛋白基因VuIRT1,以及编码参与磷元素吸收的转运蛋白基因VuPHT。对这两个基因荧光定量PCR分析表明,VuPHT表达受铝毒诱导显著上调,而VuIRT1较高浓度铝(>10μM)处理时,其表达受铝毒诱导显著上调。两者都与细胞内相应元素含量一致。但在较低浓度铝处理(<10μM)时,VuIRT1的表达随着铝处理浓度的增加,其表达反而显著下调。此外,由于饭豆全基因测序尚未完成,我们尝试从其他已报道的植物相应元素转运蛋白找到同源序列,以此比对设计简并引物,希望能克隆到相应转运蛋白的基因片段进行基因表达分析,并对其进行了初步的功能与结构分析。