不同砧木纽荷尔脐橙叶片黄化差异的硼调控及代谢机制研究

This project stems from the urgent need to address the outstanding problems in the production. There is difference metabolic mechanism of boron on citrange (Poncirus trifoliate（L）Raf.) and citrus aurantium (Poncirus trifoliata（L.）Raf.) rootstock of Newhall navel orange（Citrus sinensis Osbeck 'Newhall'）. It appears serious boron deficiency on citrus aurantium rootstock of Newhall navel orange, while trifoliate orange rootstock Newhall navel orange with no or very light boron deficiency symptoms. Previous studies have shown that Citrus aurantium stock of boron sensitive and boron absorption and utilization of capacity is weaker than the trifoliate orange rootstock, but the intrinsic mechanism of the two boron metabolic differences are not clear. The project select citrus aurantium and trifoliate orange rootstock Newhall navel orange as test material, and focus on exploring the boron absorption, utilization and transfer differences of the internal mechanism. Intends to use the B ion channel inhibitors, 10B isotope tracer, high performance liquid chromatography (HPLC), tissue sections and continuous extraction and other techniques and methods to explore the two boron transmembrane permeability coefficient, activation energy Ea, the different forms of B content. micro-anatomical structure of the differences in the relationship between mobility of boron with the cis or cis-diol structure of carbohydrates, as well as two stock cell wall composition and B, of Ca nutrition on cell wall integrity, focusing on revealing the boron transmembrane the relationship between mechanisms, cell wall characteristics and boron sugar absorption and utilization of boron. Results contribute to the interaction of boron nutrition lay the foundation for the perennial citrus scion, and will further enrich and improve the stock and scion resource utilization of the theoretical system, and provide a scientific basis for the development of the citrus industry.

本项目源于生产中急需解决的突出问题，柑橘产区主栽的枳壳砧木纽荷尔脐橙缺硼叶片黄化现象严重，但枳橙砧木纽荷尔脐橙没有或缺硼症状很轻。前期研究表明枳壳砧木对缺硼反应敏感，且对硼吸收和利用能力比枳橙砧木弱，但二者差异的硼调控及代谢机制尚不清楚。本项目以枳壳砧木和枳橙砧木纽荷尔脐橙为试验材料，拟利用硼离子通道抑制剂、同位素10B示踪、高效液相色谱（HPLC）、气相色谱（GC）、差速离心和切片等技术和方法，探讨二者硼跨膜渗透系数、活化能Ea、硼库不同形态硼含量、质膜组分、硼亚细胞分布、解剖结构等的差异，硼的移动性与顺式或非顺式二元醇糖类的关系，以及两种砧木细胞壁组分和硼、钙营养对细胞壁完整性的影响等，从宏观、微观及细胞水平上等重点揭示硼跨膜机制、细胞壁特性及硼糖关系对吸收利用硼的影响。结果有助于为多年生柑橘砧穗互作硼营养研究奠定基础，并将进一步丰富和完善砧木与接穗的养分资源化利用理论体系。

我国柑橘产区土壤普遍缺硼，近年来，纽荷尔脐橙叶片硼缺乏而黄化现象较为突出。砧木在柑橘的生长方面起着重要作用，开展不同砧木纽荷尔脐橙叶片黄化差异的硼调控及代谢机制研究，有助于为多年生柑橘砧穗互作硼营养研究奠定基础，并对培育优良砧木提供依据。本研究采用营养液试验，利用10B示踪研究了脐橙硼的利用、吸收及移动性方面的砧木效应；利用连续浸提法研究了缺硼脐橙叶片细胞壁组分的变化，借助电镜（SEM和TEM）、能谱（XPS和XRD）和光谱（FTIR）等分析了硼对脐橙叶片表面结构、细胞结构的影响，并用代谢组学（GC-MS）比较了不同缺硼叶片代谢谱的差异。主要结果如下：1. 供硼时枳橙砧木纽荷尔脐橙植株各部位硼含量显著低于枳壳砧木，其植株水平上硼的利用能力更高。分析体内不同形态硼的相对含量，表明枳橙砧木脐橙R值显著高于枳壳砧木，即硼在枳橙砧木脐橙中的跨膜能力更强。2.新吸收的硼优先往新叶转运，且在不同砧木脐橙老叶中的分配模式存在差异，新吸收的硼往枳橙砧木脐橙老叶中的分配远高于往枳壳砧木脐橙，解释了为什么缺硼时枳壳砧木脐橙老叶更易出现症状。3.下部老叶施10B后往新叶中的转运大于往其他老叶中的转运，枳橙与枳壳砧木脐橙中分别有吸收总硼的15.8%和17.6%转运到其他部位，但两种砧木之间硼的移动性无显著差异；叶施硼不能转运到根中，反而降低根硼含量和积累量。因此，提出柑橘园“土施为主、叶施为辅”科学施硼方式。4.硼正常下枳壳叶片及其细胞壁硼含量均高于枳橙，缺硼后枳橙叶片细胞壁硼含量增加而枳壳降低。缺硼使枳橙与枳壳叶片细胞壁中共价态果胶含量都下降，而离子态果胶组分只在枳橙叶片细胞壁中增加，表明枳橙砧木需硼量较枳壳更低，但在缺硼时又具有更强的硼吸收以及细胞壁中分配硼的能力，利于维持细胞壁完整性，从而增强了枳橙砧木对缺硼耐受性。5.采用XPS、FTIR以及XRD等发现缺硼改变细胞壁多糖中α和β糖苷键的构型方式、破坏分子间或分子内氢键结合，并降低纤维素结晶度，进一步阐释了硼在细胞壁结构中的作用机理。6.应用GC-MS探讨了硼胁迫对代谢产物及代谢通路的整体变化。发现不仅是单糖、多糖等碳水化合物，另外还有重要的代谢产物（肌醇、奎尼酸、苹果酸、柠檬酸、谷氨酰胺和甘氨酸等）在应答硼胁迫过程中起重要的作用，提出缺硼抑制了传统三羧酸循环模式而增强可替代性的非循环代谢模式，对硼在柑橘生理代谢中作用有了新的认识。