硼促进缺铁条件下拟南芥根系细胞壁铁的再利用

• 作者: 吴启 朱晓芳 沈仁芳
• 来源期刊: 植物营养与肥料学报
• 关键词: 硼 半纤维素 铁转运蛋白 一氧化氮 再利用
• 年，卷（期）: 2019,（2）
• 页码范围: 264-273
• 页数: 10页
• 字数: 8001字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11674/zwyf.18021

摘要

[目的]为了探讨在缺铁条件下外源施加硼对植株表型以及体内铁含量的影响,揭示拟南芥在缺铁状态下体内铁的再分配机理,为缓解植株缺铁症状提供一个新的策略.[方法]以模式作物拟南芥(野生型)为供试材料进行了水培试验.供试营养液以正常铁浓度为加铁(+Fe)处理,不含铁营养液为缺铁(-Fe)处理,在两种铁营养液中分别加入H3BO3100、1000 μmol/L,共形成6个处理.拟南芥幼苗在全营养液中培养3周后,在处理溶液中培养7d,收集根系和地上部,分别测定植株全铁、有效铁以及细胞壁吸附的铁含量;剪下根尖部位检测内源NO含量,提取根系RNA检测铁运输相关基因的表达量.[结果]在缺铁条件下,外源添加硼(1000μmol/L H3BO3)后植株根系和地上部有效铁含量分别是不加硼时的1.56倍和2.65倍,拟南芥新叶缺铁黄化的症状受到显著缓解.细胞壁组分含量分析结果表明,与不加硼相比,添加1000 μmol/LH3BO3后植株根系细胞壁铁含量、半纤维铁含量以及半纤维素含量分别降低了60％、52％和53％,同时与100μmol/L H3BO3相比也分别降低了41％、41％和43％,说明随着外源添加硼浓度的增加,细胞壁以及细胞壁铁的解析作用也愈加明显.通过对植株不同部位总铁含量以及铁运输相关基因表达量分析后发现,只有在添加1000 μmol/L H3BO3时缺铁胁迫下铁运输相关的3个基因才能受到显著诱导,具体表现为:与不加硼相比,1000 μmol/L H3BO3处理后AtFRD3、AtYSL2和AtNAS13个基因的表达量分别上调了1.44、1.15和0.75倍,并且伴随着植株体内总铁含量的升高;而100 μ mol/L H3BO3浓度处理对铁相关基因的表达以及总铁含量的积累影响不大.最后,通过对根系内源NO含量的检测分析显示,硼可以影响内源NO的代谢,且外源施加硼后根系NO含量是不施加硼时的1.5倍,暗示信号分子NO可能参与这一过程.[结论]硼主要是通过改变细胞壁中的半纤维素含量和半纤维素上结合的铁含量来增加拟南芥根系细胞壁铁的释放,进而提高植株体内有效铁的含量,促进植株在缺铁的条件下正常生长.在缺铁的条件下,外源添加硼(1000 μmol/L H3BO3)可以通过促进拟南芥植株体内铁的再利用机制来缓解植物缺铁症状,而添加100μmol/L H3BO3则对植株体内铁的再分配过程影响不大.