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铝(Al)是地壳中含量最丰富的金属元素，其含量约占地壳的8%。世界约40%、中国约21%的耕作土壤中作物受到铝毒害影响。铝毒是酸性土壤(pH≤5)中限制作物生长和生产的重要因素，植物遭受铝毒的最初症状是抑制根系生长，进而抑制植株根系对水分和养分的吸收，降低作物产量。
硼(B)是高等植物生长发育必需的微量元素之一，缺硼症状首先出现于根系，与铝毒症状相似，且细胞壁被认为是缺硼和铝毒作用的主要位点。近年来，关于硼对植株铝毒的缓解机制广有报道，但其多针对于一年生作物，而对多年生植株，尤其是柑橘中铝毒害的研究相对较少。柑橘是我国重要的水果作物，其主要种植在南方酸性土壤中，硼缺乏和铝毒害并存问题在柑橘园很常见。
枳壳砧木(枳砧)[Poncirustrifoliata(L.)Raf.]作为我国柑橘的主栽砧木，属硼敏感型品种，因此，本研究以枳砧幼苗为试验材料，采用营养液培养方式，利用荧光染料活体染色、傅里叶红外光谱(FTIR)、13C固体核磁共振(13C-NMR)、X射线衍射(XRD)、非靶标代谢(GC-TOF-MS)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描/透射电镜X射线能谱仪(SEM/TEM-EDS)及原子力显微镜(AFM)等现代技术与传统技术相结合，分析硼铝处理下根系代谢产物含量及代谢通路变化、抗氧化剂和抗氧化酶防御系统响应、细胞壁物质组分及结构变化、细胞壁各组分铝含量分布及根尖铝吸收转运的响应差异，主要研究结果归纳如下：
1硼对铝胁迫下枳砧根系代谢产物及代谢通路的影响
不同硼铝处理下根系代谢产物含量存在明显差异，本研究共鉴定和分析了60种匹配度大于70%的代谢产物，包括20种氨基酸、17种糖类、12种有机酸、5种脂肪酸、2种芳香族化合物及4种其它物质。铝胁迫下，17种主要氨基酸和8种糖类含量明显增加，而3种氨基酸(天冬氨酸、异亮氨酸、谷氨酸)和6种糖含量显著下降。铝胁迫下9种有机酸：特别是三羧酸循环(TCA)中丙酮酸、L-苹果酸、柠檬酸、琥珀酸和延胡索酸代谢物明显降低，分别减少了50%、98.2%、93.6%、60.4%和78.6%。铝胁迫下，加硼降低了天冬酰胺、环亮氨酸、瓜氨酸和组氨酸等10种氨基酸及肌醇、棉子糖、半乳糖和3，6-脱水-d-半乳糖等6种糖类含量。有意思的是，硼对铝诱导的有机酸含量变化无明显的影响。以上结果得出，铝胁迫影响根系氨基酸和碳水化合物代谢，抑制TCA循环。硼并不能调节有机酸代谢模式，但可调节根中氨基酸和碳水化合物的生物合成和代谢降低铝毒。
2硼对铝胁迫下枳砧根系抗氧化剂和抗氧化酶防御系统的影响
铝胁迫下明显增加根系铝和活性氧(ROS)含量，抑制植物生长相关参数。另外，铝胁迫下增加合成抗坏血酸(AsA)的肌醇及L-半乳糖途径中相关代谢物含量，促进AsA的积累。铝胁迫下，硼降低了根系铝的积累，抑制抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环中抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、谷胱甘肽还原酶(GR)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)而诱导γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)活性，且降低了合成AsA的L-半乳糖途径中相关代谢物(D-甘露糖-1-磷酸、L-半乳糖-1-磷酸、L-半乳糖和L-半乳糖-1，4内酯)含量，降低AsA和氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量而增加GSH含量。同时，铝胁迫下加硼提高了超氧化物歧化酶(SOD)而降低了过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和多酚氧化酶(PPO)活性。最终降低了根H2O2的积累，同时表现出较低的H2O2荧光染色强度，提高了植株生物量、根系活力和根系相对伸长量。我们的结果表明，硼可通过调控合成AsA的L-半乳糖途径中的代谢物产量、AsA-GSH循环及抗氧化酶防御系统，降低根系铝及ROS的积累，缓解铝诱导的氧化应激。
3硼对铝胁迫下枳砧根系果胶及纤维素含量及特性的影响
铝胁迫严重抑制根系生长，并导致过量的ROS(H2O2和O2.-)积累，细胞壁明显加厚，且改变了细胞壁中果胶和纤维素含量及特性。有意思的是，铝胁迫下，硼供应降低了碱溶性果胶含量而增加了碱溶性果胶甲基酯化度，进而减少碱溶性果胶去甲基水解成游离羧基。硼还增加了两种形态果胶中3-脱氧-D-甘露-2-辛酮糖酸(KDO)含量。傅里叶红外光谱(FTIR)和13C固体核磁共振(13C-NMR)分析结果证实，铝胁迫下，硼供应可以降低果胶、果胶羧基基团和纤维素含量，X射线衍射(XRD)分析表明加硼增加了纤维素的结晶度。此外，加硼明显降低根系胼胝质、ROS和铝的积累，细胞壁厚度明显降低。研究结果表明，硼可以通过降低果胶中羧基基团及屏蔽果胶中铝结合位点，降低铝在细胞壁中的积累。同时，铝胁迫下加硼可以降低纤维素含量及增加其结晶度，增加细胞壁刚性和延展性，利于细胞壁的延伸，进而促进根系的伸长。
4硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁各组分铝分布及根尖铝吸收转运的影响
铝胁迫明显增加根及根细胞壁中铝含量，且细胞壁中铝含量占根系总铝含量的绝大比例，约79.60-87.33%。对根系细胞壁不同组分中铝含量测定发现，细胞壁中铝大部分结合在半纤维素1中，半纤维素2和果胶中铝含量分别次之，纤维素中铝含量最低。铝胁迫下，加硼降低了细胞壁中铝含量，且X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜X射线能谱仪(SEM-EDS)分析也进一步验证，硼明显降低细胞壁中铝元素原子百分比。铝胁迫下加硼主要降低果胶(特别是碱溶性果胶)中铝含量，与之对应的，硼主要作用于碱溶性果胶含量及特性，随着硼浓度的增加，碱溶性果胶含量及果胶甲酯酶(PME)活性呈梯度性降低趋势，而碱溶性果胶甲基酯化度逐渐升高，从而减少果胶中的铝结合位点(羧基基团)。原子力显微镜(AFM)图像观察到，加硼后碱溶性果胶分子紧密排列，成网状结构，说明碱溶性果胶更好的交联结合，形成稳定的细胞壁网络结构，进一步降低细胞壁中铝的固定。另外，硼处理抑制了NRAT1(负责将细胞间隙铝离子转运到细胞质)的表达，同时增加了ALS1(负责将细胞质铝离子转运到液泡)的表达，透射电镜X射线能谱仪(TEM-EDS)分析发现，铝胁迫下，加硼处理后细胞间隙和液泡中铝含量比例明显增加，而细胞质中铝含量比例降低。综上，我们的结果表明硼可以调节碱溶性果胶含量及特性，进而减少果胶的去甲基化，降低铝在细胞壁的富集。另外，硼抑制根尖对铝的吸收及促进细胞质内液泡对铝的区室化，最终缓解铝对植株的毒害作用。
硼(B)是高等植物生长发育必需的微量元素之一，缺硼症状首先出现于根系，与铝毒症状相似，且细胞壁被认为是缺硼和铝毒作用的主要位点。近年来，关于硼对植株铝毒的缓解机制广有报道，但其多针对于一年生作物，而对多年生植株，尤其是柑橘中铝毒害的研究相对较少。柑橘是我国重要的水果作物，其主要种植在南方酸性土壤中，硼缺乏和铝毒害并存问题在柑橘园很常见。
枳壳砧木(枳砧)[Poncirustrifoliata(L.)Raf.]作为我国柑橘的主栽砧木，属硼敏感型品种，因此，本研究以枳砧幼苗为试验材料，采用营养液培养方式，利用荧光染料活体染色、傅里叶红外光谱(FTIR)、13C固体核磁共振(13C-NMR)、X射线衍射(XRD)、非靶标代谢(GC-TOF-MS)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描/透射电镜X射线能谱仪(SEM/TEM-EDS)及原子力显微镜(AFM)等现代技术与传统技术相结合，分析硼铝处理下根系代谢产物含量及代谢通路变化、抗氧化剂和抗氧化酶防御系统响应、细胞壁物质组分及结构变化、细胞壁各组分铝含量分布及根尖铝吸收转运的响应差异，主要研究结果归纳如下：
1硼对铝胁迫下枳砧根系代谢产物及代谢通路的影响
不同硼铝处理下根系代谢产物含量存在明显差异，本研究共鉴定和分析了60种匹配度大于70%的代谢产物，包括20种氨基酸、17种糖类、12种有机酸、5种脂肪酸、2种芳香族化合物及4种其它物质。铝胁迫下，17种主要氨基酸和8种糖类含量明显增加，而3种氨基酸(天冬氨酸、异亮氨酸、谷氨酸)和6种糖含量显著下降。铝胁迫下9种有机酸：特别是三羧酸循环(TCA)中丙酮酸、L-苹果酸、柠檬酸、琥珀酸和延胡索酸代谢物明显降低，分别减少了50%、98.2%、93.6%、60.4%和78.6%。铝胁迫下，加硼降低了天冬酰胺、环亮氨酸、瓜氨酸和组氨酸等10种氨基酸及肌醇、棉子糖、半乳糖和3，6-脱水-d-半乳糖等6种糖类含量。有意思的是，硼对铝诱导的有机酸含量变化无明显的影响。以上结果得出，铝胁迫影响根系氨基酸和碳水化合物代谢，抑制TCA循环。硼并不能调节有机酸代谢模式，但可调节根中氨基酸和碳水化合物的生物合成和代谢降低铝毒。
2硼对铝胁迫下枳砧根系抗氧化剂和抗氧化酶防御系统的影响
铝胁迫下明显增加根系铝和活性氧(ROS)含量，抑制植物生长相关参数。另外，铝胁迫下增加合成抗坏血酸(AsA)的肌醇及L-半乳糖途径中相关代谢物含量，促进AsA的积累。铝胁迫下，硼降低了根系铝的积累，抑制抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环中抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、谷胱甘肽还原酶(GR)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)而诱导γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)活性，且降低了合成AsA的L-半乳糖途径中相关代谢物(D-甘露糖-1-磷酸、L-半乳糖-1-磷酸、L-半乳糖和L-半乳糖-1，4内酯)含量，降低AsA和氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量而增加GSH含量。同时，铝胁迫下加硼提高了超氧化物歧化酶(SOD)而降低了过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和多酚氧化酶(PPO)活性。最终降低了根H2O2的积累，同时表现出较低的H2O2荧光染色强度，提高了植株生物量、根系活力和根系相对伸长量。我们的结果表明，硼可通过调控合成AsA的L-半乳糖途径中的代谢物产量、AsA-GSH循环及抗氧化酶防御系统，降低根系铝及ROS的积累，缓解铝诱导的氧化应激。
3硼对铝胁迫下枳砧根系果胶及纤维素含量及特性的影响
铝胁迫严重抑制根系生长，并导致过量的ROS(H2O2和O2.-)积累，细胞壁明显加厚，且改变了细胞壁中果胶和纤维素含量及特性。有意思的是，铝胁迫下，硼供应降低了碱溶性果胶含量而增加了碱溶性果胶甲基酯化度，进而减少碱溶性果胶去甲基水解成游离羧基。硼还增加了两种形态果胶中3-脱氧-D-甘露-2-辛酮糖酸(KDO)含量。傅里叶红外光谱(FTIR)和13C固体核磁共振(13C-NMR)分析结果证实，铝胁迫下，硼供应可以降低果胶、果胶羧基基团和纤维素含量，X射线衍射(XRD)分析表明加硼增加了纤维素的结晶度。此外，加硼明显降低根系胼胝质、ROS和铝的积累，细胞壁厚度明显降低。研究结果表明，硼可以通过降低果胶中羧基基团及屏蔽果胶中铝结合位点，降低铝在细胞壁中的积累。同时，铝胁迫下加硼可以降低纤维素含量及增加其结晶度，增加细胞壁刚性和延展性，利于细胞壁的延伸，进而促进根系的伸长。
4硼对铝胁迫下枳砧根系细胞壁各组分铝分布及根尖铝吸收转运的影响
铝胁迫明显增加根及根细胞壁中铝含量，且细胞壁中铝含量占根系总铝含量的绝大比例，约79.60-87.33%。对根系细胞壁不同组分中铝含量测定发现，细胞壁中铝大部分结合在半纤维素1中，半纤维素2和果胶中铝含量分别次之，纤维素中铝含量最低。铝胁迫下，加硼降低了细胞壁中铝含量，且X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜X射线能谱仪(SEM-EDS)分析也进一步验证，硼明显降低细胞壁中铝元素原子百分比。铝胁迫下加硼主要降低果胶(特别是碱溶性果胶)中铝含量，与之对应的，硼主要作用于碱溶性果胶含量及特性，随着硼浓度的增加，碱溶性果胶含量及果胶甲酯酶(PME)活性呈梯度性降低趋势，而碱溶性果胶甲基酯化度逐渐升高，从而减少果胶中的铝结合位点(羧基基团)。原子力显微镜(AFM)图像观察到，加硼后碱溶性果胶分子紧密排列，成网状结构，说明碱溶性果胶更好的交联结合，形成稳定的细胞壁网络结构，进一步降低细胞壁中铝的固定。另外，硼处理抑制了NRAT1(负责将细胞间隙铝离子转运到细胞质)的表达，同时增加了ALS1(负责将细胞质铝离子转运到液泡)的表达，透射电镜X射线能谱仪(TEM-EDS)分析发现，铝胁迫下，加硼处理后细胞间隙和液泡中铝含量比例明显增加，而细胞质中铝含量比例降低。综上，我们的结果表明硼可以调节碱溶性果胶含量及特性，进而减少果胶的去甲基化，降低铝在细胞壁的富集。另外，硼抑制根尖对铝的吸收及促进细胞质内液泡对铝的区室化，最终缓解铝对植株的毒害作用。