Aluminum-induced cell death was investigated in root-tip cells of barley (Hordeum vulgare). The growth of roots in 0.1-50 mM Al treatments was inhibited after 8 h treatments, and could not be recovered after 24 h recovery culture without Al. Viable detection with fluorescein diacetate-propidium iodide (FDA-PI) staining shows that most of the root-tip cells have lost viability. These results suggest that the irreversible inhibition of root growth after 8 h Al treatments or 24 h recovery culture is mainly caused by cell death. DNA ladders occurred in root tips only after 8 h Al treatments (0.1-1.0 mM), but no apoptotic bodies in root tips were observed. Thus, the cell death caused by Al stress is likely to be Al-induced programmed cell death (PCD). The reactive oxygen species (ROS) in root-tip cells measured by ultraweak luminescence indicated that the oxidation status in root-tip cells basically ceased after exposure to 10-50 mM Al for 24 h, but was very violent in the root-tip cells treated with 0.1-1.0 mM for 24 h. Exposure to 0.1-1.0 mM Al for 3-12 h led to ROS burst. Therefore, our results suggest that 0.1-1.0 mM Al treatments for 8 h induce cell death (Al-induced PCD) possibly via a ROS-activated signal transduction pathway, whereas 10-50 mM Al treatments may cause necrosis in the root-tip cells. These results have an important role for further studies on the mechanism of Al toxicity in plants.

中文翻译：

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铝诱导大麦根尖细胞死亡

在大麦（Hordeum vulgare）的根尖细胞中研究了铝诱导的细胞死亡。0.1-50 mM Al处理8 h后根系生长受到抑制，无Al恢复培养24 h后无法恢复。用荧光素二乙酸酯-碘化丙啶 (FDA-PI) 染色进行的可行检测表明，大多数根尖细胞已经丧失了活力。这些结果表明，铝处理 8 小时或恢复培养 24 小时后根系生长的不可逆抑制主要是由细胞死亡引起的。仅在铝处理 8 小时 (0.1-1.0 mM) 后，根尖中才出现 DNA 阶梯，但在根尖中未观察到凋亡小体。因此，由铝应力引起的细胞死亡很可能是铝诱导的程序性细胞死亡（PCD）。超弱发光法测得的根尖细胞中的活性氧（ROS）表明，暴露于10-50 mM Al 24 h后，根尖细胞的氧化状态基本停止，但根尖细胞的氧化状态非常剧烈。用 0.1-1.0 mM 处理 24 小时。暴露于 0.1-1.0 mM Al 3-12 小时导致 ROS 爆发。因此，我们的结果表明，0.1-1.0 mM Al 处理 8 小时可能通过 ROS 激活的信号转导途径诱导细胞死亡（Al 诱导的 PCD），而 10-50 mM Al 处理可能导致根尖细胞坏死. 这些结果对进一步研究铝在植物中的毒性机制具有重要作用。0 mM Al 3-12 小时导致 ROS 爆发。因此，我们的结果表明，0.1-1.0 mM Al 处理 8 小时可能通过 ROS 激活的信号转导途径诱导细胞死亡（Al 诱导的 PCD），而 10-50 mM Al 处理可能导致根尖细胞坏死. 这些结果对进一步研究铝在植物中的毒性机制具有重要作用。0 mM Al 3-12 小时导致 ROS 爆发。因此，我们的结果表明，0.1-1.0 mM Al 处理 8 小时可能通过 ROS 激活的信号转导途径诱导细胞死亡（Al 诱导的 PCD），而 10-50 mM Al 处理可能导致根尖细胞坏死. 这些结果对进一步研究铝在植物中的毒性机制具有重要作用。