低pH条件下纳米硅矿化沉积对豌豆根尖和根边缘细胞耐铝性的影响

摘要

为探究不同pH铝环境条件下纳米硅矿化对豌豆根尖及根边缘细胞保护机制的影响，通过聚乙烯亚胺（polyethyleneimine, PEI）诱导硅静电吸附形成纳米硅壳进行仿生矿化的方式，解析不同pH(pH 3.5、4.5、5.5)条件下纳米硅对豌豆根尖及根边缘细胞缓解铝毒的生理调控机制。结果显示，各pH的铝处理都降低了根边缘细胞活性，而加硅处理后细胞应对铝毒环境的细胞活性显著提高，加硅处理细胞内的铝含量和活性氧（reactive oxygen species,ROS）含量低于缺硅处理且加硅后细胞线粒体膜电位上升；铝毒抑制了豌豆根尖伸长，在pH 3.5铝处理条件下加硅缓解根尖抑制作用的效果不明显，但pH 4.5、5.5条件下根尖伸长量显著增加；随着铝处理pH值升高，根尖铝含量降低，且加硅处理后根尖的铝含量都高于缺硅处理；硅使得细胞壁上更多带负电的官能团参与抗铝胁迫，降低了细胞壁各组分（包括果胶、纤维素、半纤维素、蛋白质等）的吸收峰值；pH 4.5和5.5铝环境条件下细胞表面形成纳米硅壳，硅铝在细胞壁上沉积形成铝硅酸盐。结果表明，低pH条件下纳米硅在细胞上的矿化沉积能够缓解铝离子毒害作用。

关键词

豌豆 / 铝毒 / 纳米硅 / 生物硅化 / 根边缘细胞