大豆耐酸铝的研究进展及展望

张爱丽+张秀香

摘 要：本文介绍了大豆耐酸铝的研究，提出了在我国开展耐酸铝大豆品种鉴定研究的必要性，综述了铝毒对大豆危害的症状、作用部位及毒害和耐性机理，并对我国未来在这一领域的工作的进行了初步总结与讨论。

关键词：大豆；大豆；耐酸铝；铝毒机理

铝是土壤中最丰富的金属元素之一，其平均含量约占地壳的7.45%，铝毒是酸性土壤中抑制作物生长的主要限制因子之一。研究表明，在pH值小于5.0的酸性条件下，主要以Al3+离子形态存在，此时Al3+在微摩尔水平可快速抑制根的伸长，并且对土壤及大多数植物产生严重的毒害作用。不同形态的铝经过水解、配合、聚合、结晶或沉淀等反应是可以相互转化的。我国的热带及亚热带地区红黄壤土，总面积超过200万km2，这些土壤资源约占全国土地面积的21%。在发达国家，土壤酸化通常用施石灰来进行土壤改良，然而在发展中国家，还缺少有效而经济的防止或改良土壤酸化的方法。我国南方多为酸性土壤，该地区水热资源极为丰富，但由于铝的大量存在，导致很多作物生长受到抑制，产量下降，严重影响了作物的稳定生产。因此，酸性土壤中的铝毒问题得到了大量的关注。

大豆，古称菽，豆科大豆属一年生草本。作为大豆原产国，我国栽培大豆的历史非常悠久，是我国重要的粮食作物，全中国普遍种植，在东北、华北、陕、川及长江下游地区均有出产，以长江流域及西南栽培较多，以东北大豆质量最优。大豆最常用来做各种豆制品、榨取豆油。中国的大豆曾经享誉世界，但是近年来我国的大豆市场遭遇剧烈波动，进口大豆的数量迅速增加。因此，研究大豆的耐酸铝机制对于进一步在我国发展大豆生产具有十分重要的意义。

一、铝毒对大豆的危害症状及作用部位

1.铝毒危害大豆产生的症状。大豆的铝毒症状是由Al3+在根尖直接作用从而影响大豆对营养元素和水分的吸收。常见的铝毒症状包括根伸长生长的抑制、减少侧根及根毛数量、根尖膨大变褐、根冠脱落、叶片变小、种子萌发率降低、大豆有效荚重减少、植株生长缓慢等。

2.铝在大豆中毒害部位

（1）铝毒害大豆根系产生的表现。植物根尖是响应铝并做出反应的敏感部位，大豆根系对铝毒的胁迫最为敏感，主要积累在根尖表层细胞中，表现为根尖外观形态的变化以及结构的破坏；在铝胁迫下，大豆植株的正常生长受到抑制，根系伸长受到阻碍，根表面积、根系体积降低，因此，把植物根的伸长及根尖铝的含量作为衡量植物受鋁毒害的指标；高浓度的铝处理大豆出现烂根；根据试验结果得出一个结论，即：不同科植物的抗铝毒能力与它们的根边缘细胞抗铝毒的能力是密切相关的。

（2）铝毒害大豆叶片产生的表现。铝毒对大豆叶片的影响较为明显，包括叶面积、比叶重，通过铝处理发现：叶片的正常扩展受到抑制，导致叶片变小，使大豆的光合作用受到相应的影响；在比叶重方面，低浓度铝处理提高大豆叶片的比叶重，相反中浓度铝和高浓度铝抑制叶片的正常生长，使比叶重下降；并且随铝浓度的增加，大豆叶片水势略有下降。

（3）铝毒害大豆种子产生的表现。铝毒对根系及叶片产生毒害作用之外，对种子萌发也是会产生一定影响的，据研究得知高浓度的铝浸种大豆种子会抑制种子萌发，然而用低于1.0mmol/L的铝处理大豆种子会促进种子萌发，还可以维持大豆的正常生长。通过铝毒在细胞膜产生作用，可以改变细胞膜透性。

（4）铝毒害大豆茎产生的表现。铝处理使大豆发现茎增粗减缓，随铝浓度的增加，茎粗的差距也随之变得越来越小。并且高浓度的铝对大豆侧枝的生长影响也较为明显。

二、铝毒对大豆产生的毒害机理和耐性机理

目前，许多学者对植物耐酸铝的机理进行了广泛的研究，并且提出了一些想法，例如：其他元素的过度供应或缺乏对铝会产生什么反应？下面我们就铝毒害机理和耐性机理展开讨论：

1.毒害机理及耐性机理。铝危害大豆首当其冲受到危害的就是根尖，有专家认为外缘阳离子可以通过离子交换的形式结合到细胞壁上，而细胞壁阳离子的交换能力越强，结合到细胞壁上的Al3+就越多，毒害随之增大。；通过铝处理会降低Ca2+的吸收，从而削弱根尖，这已在水稻、玉米以及小麦等很多植物中得到了证实，铝处理条件下，植物Ca2+吸收和转运受到不同程度影响而表现出对铝抗性的差异；干旱胁迫下免耕系统更容易受到铝的毒性影响。利用Ti质粒把柠檬酸合成酶基因转化到烟草细胞中经诱导再生植株，其次用酸铝处理该转基因植株，发现其柠檬酸酶活性高，分泌的柠檬酸多；目前为止关于大豆耐铝毒机理的报道相对而言较少，对其了解仍很有限，值得我们做更多试验研究来开拓该领域。

2.展望。经研究，我们已经确定铝毒是酸性土壤中抑制大豆生长的重要因素之一，但是在解决铝对大豆的毒害及大豆耐酸铝机理的研究方面仍未取得突破性进展，虽说我国是农业大国，但农业仍处于一个起步的阶段，大量的问题有待解决，各方面都有待进一步提升。而且铝的毒害机理远比现在我们所了解的更为复杂，只有将多种因素综合考虑，才能解决大豆耐酸铝的问题。

在了解酸、铝对植物的作用机理的基础上，在耐酸铝性大豆的鉴定方法、指标及选育等方面进行深度研究，也是提高作物耐铝性是一条很有效的方法措施。除此之外为我们今后在大豆耐酸铝上的研究，提出几个想法，简单归纳为以下几个方面：（1）要更加深层次的研究并探讨铝在酸性土壤对大豆产生毒害时的存在形态；（2）借鉴国内外先进技术，创建出更方便、更准确的鉴定耐酸铝性大豆的方法；（3）继续深度研究铝对大豆毒害机理和大豆耐铝毒机理；（4）加强研究更为经济方便的土壤改良机理方法和技术。

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