磷高效利用野生大麦基因型筛选及其根际土壤无机磷组分特征

通过土培盆栽试验,研究了16份野生大麦种质资源在相同供磷水平下磷素吸收利用的基因型差异,探讨磷高效野生大麦根际土壤无机磷组分特征.结果表明：拔节期和扬花期磷素干物质生产效率（CV=11.6%、12.4%）、成熟期磷素籽粒生产效率（CV=13.7%）基因型间差异较大.不同生育时期磷高效基因型IS-22-30和IS-22-25生物量、磷积累量和磷素干物质生产效率均显著高于低效基因型IS-07-07,且高效基因型的籽粒产量分别是低效基因型的3.10和3.20倍.不施磷、施磷30 mg·kg^-1条件下,不同磷素利用效率野生大麦根际土壤有效磷和水溶性磷含量均显著低于非根际土壤,且高效基因型较低效基因型根际土壤水溶性磷亏缺量更大.根际与非根际土壤无机磷组分含量为Ca₁₀-P＞O-P＞Fe-P＞Al-P＞Ca₂-P＞Ca₈-P.在拔节期和扬花期,施磷30 mg·kg^-1条件下,磷高效基因型根际土壤Ca₈-P含量显著高于低效基因型,而Ca₂-P含量显著低于低效基因型;不施磷条件下,高效基因型根际土壤Ca₂-P和Ca₈-P含量均显著高于低效基因型,且根际土壤Ca₁₀-P均减少.施磷30 mg·kg^-1条件下,根际土壤Fe-P和O-P含量均表现为高效基因型显著高于低效基因型,Al-P含量则呈现相反的趋势;不施磷条件下,高效基因型根际土壤Al-P、Fe-P和O-P含量均显著低于低效基因型.低磷胁迫下,高效基因型活化吸收Ca₂-P、Al-P的能力强于低效基因型.     

低磷胁迫下磷高效基因型大麦的根系形态特征

在根袋土培盆栽条件下,以磷高效基因型DH110+、DH147和低效基因型DH49大麦为试验材料,利用根系分析系统分析不同施磷(P₂O₅)水平(极低磷25 mg·kg^-1、低磷50 mg·kg^-1和正常磷75 mg·kg^-1)下,磷高效基因型大麦的根系形态特征及其与植株磷素吸收的关系.结果表明： 低磷胁迫显著降低大麦生物量和磷吸收量,其中磷高效基因型的生物量和磷吸收量在各施磷水平下分别为低效基因型的1.24～1.70和1.18～1.83倍;大麦的总根长、总根表面积、平均根系直径、不定根长及其根表面积、侧根长及其根表面积均随施磷水平的降低而显著降低,其中磷高效基因型大麦在各施磷水平下的总根长、总根表面积、比根长、侧根长及根表面积分别为低效基因型的1.46～2.06、1.12～1.51、1.35～1.72、1.69～2.42和1.40～1.78倍,而平均根系直径为低效基因型的70.6%～90.2%;主成分分析表明,平均根系直径、比根表面积和比根长受基因型差异的影响较为明显,是区分两类磷效率基因型大麦根系形态差异的主要指标;偏最小二乘回归分析表明,各施磷水平下,总根长、总根表面积对大麦植株磷素吸收贡献均较大,随施磷水平降低,不定根长、不定根表面积对大麦植株磷素吸收的贡献明显降低,而平均根系直径、比根长、侧根长及其根表面积的贡献明显增加.磷高效基因型大麦可通过维持侧根的生长、根细度和比根长的增加来适应低磷胁迫.     

不同栽培方式对籼、粳稻根表铁膜和根铁、镉含量的影响

在Cd污染土壤中研究淹水、覆膜、覆草和湿润栽培对籼、梗稻不同生育时期根表铁膜Fe、Cd含量和根Cd含量的影响．结果表明,在分蘖期,梗稻根表铁膜Fe含量和根Cd含量在4种栽培方式中平均为6．37和25．49mg．kg^-1。分别比籼稻的4．52和16．37mg·kg^-1增加1．85和9．12mg·kg^-1．在孕穗期,粳稻根表铁膜Fe、Cd含量和根Cd含量在4种栽培方式中平均为1．60、16．35和54．68mg·kg^-1,分别比籼稻的1．06、9．56kg和43．31mg·kg^-1增加0．54、6．79和11．37mg·kg^-1．在灌浆期,梗稻根表铁膜Fe含量覆草和湿润栽培为0．89和1．00mg·kg^-1,分别比籼稻的0．63和0．30mg·kg^-1增加0．26和0．70mg·kg^-1;梗稻根表铁膜Cd和根Cd含量在4种栽培方式中平均为15．23和73．68mg·kg^-1,分别比籼稻的3．46和52．38mg·kg^-1增加11．77和21．30mg·kg^-1收获时。根表铁膜Fe含量淹水栽培的籼稻为1．21mg·g^-1,比梗稻的0．65mg·g^-1增加0．56mg·g^-1,覆草栽培的梗稻为0．94mg·g^-1,比籼稻0．55mg·g^-1增加0．39mg·g^-1;根表铁膜Cd含量湿润栽培的梗稻为7．96mg·kg^-1,比籼稻的5．09mg·kg^-1增加2．87mg·kg^-1;根Cd含量梗稻在4种栽培方式中平均为54．53mg·kg^-1,比籼稻的35．91mg·kg^-1增加18．62mg·kg^-1。     

施硒对水稻土壤硒有效性的影响

硒在华南稻区酸性土壤中极易被固定使其有效性较低.本研究旨在通过盆栽试验,探明施用硒肥对水稻根际和非根际土壤硒有效性的影响.结果表明: 施硒能提高水稻产量,增加籽粒硒含量;水稻根际土壤中水溶态硒、交换态硒、铁锰氧化物结合态硒、有机物-硫化物结合态硒和残渣态硒含量均低于非根际土壤.各施硒处理之间,根际和非根际土壤中硒的迁移系数没有显著差异;施硒对根和叶片之间硒的迁移系数也没有显著影响,但是施硒提高了叶片和籽粒之间硒的迁移系数.施用0.5 mg·kg^-1硒增加了水稻根系有机酸的分泌,而施用1.0、5.0 mg·kg^-1硒则降低了有机酸的分泌.根系有机酸的分泌对根际土壤pH值影响不大,根际土壤pH值反而高于非根际土壤,但施硒显著降低了根际土壤pH值.随着施硒水平的提高,根际土壤黏土矿物(高岭石)的红外吸收光谱不断增强.施入土壤中的硒多转化为水稻难以吸收利用的形态,且不易向根际移动.根系分泌的有机酸也并不是通过影响土壤pH值来提高土壤硒的有效性.     

磷胁迫对不同杉木无性系酸性磷酸酶活性的影响

 缺磷是限制目前农林业产量的一个重要因子,传统的农林业生产主要通过施肥和土壤改良来满足植物对磷的需求,近年来人们开始发掘磷高效利用植物来替代传统方法提高磷的利用效率。杉木(Cunninghamia lanceolata)是我国亚热带地区最重要的造林树种之一,生长快、材质好、产量高,在中国人工林经营中占有重要地位。为揭示磷素胁迫条件下杉木无性系酸性磷酸酶的变化规律和筛选磷高效利用杉木无性系,通过土培试验,设计4种磷素处理水平(正常供磷16 mg•kg－1、轻度磷胁迫8 mg•kg－1、中度磷胁迫4 mg•kg－1、重度磷胁迫0 mg•kg－1),进行磷素胁迫条件下不同杉木无性系酸性磷酸酶(APA)活性的比较研究。结果表明：缺磷条件下1年生杉木叶片和根际的APA活性明显高于正常供磷处理。随缺磷时间的延长、不同杉木无性系酸性磷酸酶的变化规律不同,其中8号、24号、37号无性系叶片和根际的APA活性明显高于正常供磷处理;5号、9号无性系根际APA活性虽然增幅较大,但其叶片酶活性变化较小;3号、23号、34号无性系整体而言对磷胁迫不敏感,缺磷条件不对其叶片APA及根系APA活性造成显著影响。在磷胁迫条件下,杉木无性系可通过叶片及根际酸性磷酸酶活性的增强来适应环境磷缺乏,但不同杉木无性系对磷缺乏的适应性存在明显差异,因此能否将APA活性作为杉木无性系磷效率的评价指标之一仍需作进一步研究。     

氧化钠胁迫下苯丙烯酸对黄瓜根际细菌DNA分子水平多态性的影响

采用PCR-DGGE技术,研究了NaCl（0、292.5、585 mg·kg^-1土）胁迫下,不同浓度苯丙烯酸（0、25、50、100、200 mg·kg^-1土）对黄瓜根际细菌DNA分子水平多态性的影响.结果表明：在黄瓜幼苗的不同时期,低浓度苯丙烯酸（50 mg·kg^-1土）处理使DGGE图谱中的条带数和条带灰度与对照（CK,0 mg·kg^-1土）相近,多样性指数、均匀度指数和丰富度指数最高;高浓度苯丙烯酸（100、200 mg·kg^-1土）处理使土壤DGGE图谱中的条带数减少,条带灰度变暗,多样性指数、均匀度指数和丰富度指数较低.表明NaCl胁迫下,低浓度苯丙烯酸缓解而高浓度苯丙烯酸加重了盐分对土壤微生物的胁迫.对目的条带的克隆测序结果表明,受影响的主要细菌类群多数为不可培养细菌及α-、γ-和β-变形菌门,有少部分属于厚壁菌门、酸杆菌门和放线菌门.     

涪陵茎瘤芥种植区土壤肥力与产量的关系

采用田间调查研究和室内化学分析方法,研究了涪陵区主要茎瘤芥种植区土壤肥力因子及其与茎瘤芥产量的关系.结果表明: 茎瘤芥种植区土壤有效钙、镁、铁、锰、铜和锌含量较丰富,分别为3034、260、11.2、26.1、1.15和1.50 mg·kg^-1,有效磷适中,为19.3 mg·kg^-1;但有机质、碱解氮、速效钾和有效硫含量较为缺乏,分别为9.05 g·kg^-1、89.2 mg·kg^-1、106 mg·kg^-1和27.0 mg·kg^-1.茎瘤芥产量与土壤pH、有效钙呈极显著正相关,而与有效铁呈极显著负相关关系.土壤肥力因子对茎瘤芥产量的影响为：有效锰>有效铜>pH>有效铁>速效钾>有效钙>有效镁>有效硫>碱解氮>有效锌>有机质>有效磷;通过逐步回归分析剔除不显著变量,建立了土壤有效钙与茎瘤芥产量间的线性方程:Y=31636+3.63X₆.
     

外源铁对铅污染土壤中宽叶香蒲铅积累的影响

采用温室盆栽方法,研究添加外源铁对不同铅浓度(0、100、500和1000 mg·kg^-1)污染土壤中宽叶香蒲铅积累的影响.结果表明： 各铅浓度条件下,与添加100 mg Fe·kg^-1相比,添加500 mg Fe·kg^-1处理的宽叶香蒲地上部和根的铅含量均增高.土壤铅浓度为1000 mg·kg^-1时,添加500 mg Fe·kg^-1处理根的铅含量比100 mg Fe·kg^-1处理增加33.7%,地上部铅含量增加50.5%.添加500 mg Fe·kg^-1处理的根际土壤中可交换态铅比100 mg Fe·kg^-1处理增加77.0%～114.6%.除500 mg·kg^-1铅浓度外,各铅浓度条件下添加500 mg Fe·kg^-1理根干质量均显著低于100 mg Fe·kg^-1处理.在铅污染的湿地环境中添加适量铁可以提高铅的有效性,促进铅积累.     

磷高效基因型小麦对缺磷胁迫的根际适应性反应

采用奶箱分隔栽培试验法,进行了磷高效与磷低效小麦基因型根际土壤ＰＨ与有效磷变化的研究,结果表明：小麦根际土壤ＰＨ和有效磷含量皆明显低于外围土壤,表现出明显的根际效应特征;磷高效基因型小麦的根际ＰＨ和有效磷含量明显低于磷低效基因型,ＰＨ变异范围和磷素亏缺区也表现明显较大。为了进一步验证磷高效小麦基因型这的这一根际特征,同时进行了施用水溶性,枸溶性磷肥的试验研究,结果表明,以水溶性磷肥对根际ＰＨ和有效     

酸性土壤上缺磷和铝毒对大豆生长的交互作用

以7个磷效率不同的大豆基因型为材料,通过土壤盆栽试验进行石灰和磷肥处理,研究酸性土壤上缺磷和铝毒对大豆生长的交互影响及其基因型差异.结果表明：缺磷和铝毒是酸性土壤上同时存在的影响大豆生长的主要障碍因子,其中铝毒对大豆生长的限制更为严重;缺磷和铝毒对酸性土壤上大豆生长的影响具有显著的交互作用.同时施用石灰（降低铝毒）和磷肥（提高磷有效性）比单施石灰或单施磷肥处理对大豆生长的促进效果更显著;缺磷和铝毒对大豆磷吸收的影响远大于对氮、钾吸收的影响.合理种植大豆对酸性土壤具有较好的改良作用.同时施用石灰［1.103 g Ca(OH)₂·kg^-1土］和磷肥（2.018 g KH₂PO₄·kg^-1土）可使酸性土壤pH值平均提高38.4%,交换性铝含量降低96.3%,有效磷含量提高3223.8％.种植磷高效大豆基因型比磷低效大豆基因型对酸性土壤的改良效果更好.     

低磷胁迫对雷公藤幼苗叶片生理生化特性的影响

为研究雷公藤的耐磷胁迫性,对雷公藤（Tripterygium wilfordii Hook.f.）一年生和三年生同一无性系扦插苗采用土培的方法进行了控制条件下的低磷胁迫实验,以KH2PO4为磷源,土壤中P2O5浓度为0、5、10、15、20、25（CK）mg/kg,低磷胁迫3个月和6个月后取叶片测定其丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）含量以及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性和酸性磷酸酶（APA）活性的变化。实验结果表明：低磷胁迫下一年生和三年生雷公藤叶片SOD、APA活性升高,MDA、Pro含量增加,并呈现随低磷胁迫加重和胁迫时间延长而上升趋势,低磷胁迫下各处理的一年生和三年生雷公藤叶片CAT、POD活性普遍低于对照,并随着低磷胁迫程度的加重而呈下降趋势。低磷胁迫下雷公藤幼苗叶片的几种保护酶活性、MDA、Pro含量以及APA活性响应都较为灵敏,保护酶系统在15、20 mg/kg处理下能够起到较好保护作用,表明雷公藤能通过自身生理调节来适应中度和轻度缺磷环境;综合各项生理指标,三年生雷公藤相对于一年生雷公藤显示了较强的抗氧化能力和渗透调节能力,具有较强的耐低磷能力,对磷较为缺乏的林地下套种雷公藤的苗龄选择有参考价值。     

稻、麦根系H~ 的分泌与介质磷水平的关系

水稻、小麦根系H~ 的分泌量随供磷水平的降低而增加,并存在明显的昼夜变化。在自然光照下H~ 分泌量随光强度增加而增多,同时强光比黑暗时H~ 分泌对磷供应水平更为敏感。磷供应不足还诱导水稻根系柠檬酸分泌量增加,而苹果酸则差异不明显。难溶性磷的溶解率与根系H~ 和柠檬酸分泌所导致的根际pH下降有密切联系。因此,在有效磷不足的条件下可明显提高稻、麦根际土壤中难溶性磷的利用率,其中丰产型小麦和粳稻品种对土壤中磷利用的根际效应更为显著。     

落叶松根际土壤磷的有效性研究

野外用剥落法采集落叶松(Larixgmelini)根际土与非根际土,分析P浓度的变化,结果表明,落叶松根际土与非根际土全P浓度无明显差异,但根际土有效P却明显高于非根际土.12年生时根际土有效P增加12.6%,40年生时增加23.4%,表明落叶松根际对土壤中的P具有活化作用.落叶松根际土无机P各组分与非根际土亦有差异,表现出根际土OP低于非根际土,AlP、FeP、CaP和NH4ClP则高于非根际土的趋势.落叶松根际土的pH低于非根际土,但落叶松根际并未发生明显酸化.落叶松根际有效P与pH变化相关不显著.     

落叶松根限土壤磷的有效性研究

野外用剥落法采集落叶松（Larix gmelini）根际土与非根际土,分析P浓度的变化,结果表明,落叶松根际土与非根际土全P浓度无明显差异,但根际土有效P却明显高于非根际土,12年生时根限土有效P增加12.6％,40年生时增加23.4%,表明落叶松根限对土壤中的P具有活化作用,落叶松根限土无机P各组分与非根际土亦有差异,表现出根际土O－P低于非要际土,Al-P,Fe-P,Ca-P和NH4Cl-P则高于非根际土的趋势,落叶松根限土的pH低于非根际土,但落叶松根限并未发生明显酸化,落叶松要际有效P与pH变化相关不显著。     

Soil acidification and adaptations of plants and microorganisms in Bornean tropical forests

In tropical forest ecosystems, a paradoxical relationship is commonly observed between massive biomass production and low soil fertility (low pH). The loss and deficiency of soil phosphorus (P) and bases generally constrain biomass production; however, high productivity on nutrient-deficient soils of Bornean tropical forests is hypothesized to be maintained by plant and microorganism adaptation to an acidic soil environment. Proton budgets in the plant–soil system indicated that plants and microorganisms promote acidification to acquire bases, even in highly acidic tropical soils. The nitric and organic acids they produce contribute to the mobilization of basic cations and their uptake by plants. In response to soil P deficiency and the recalcitrance of lignin-rich organic matter, specific trees and fungi can release organic acids and enzymes for nutrient acquisition. Organic acids exuded by roots and rhizosphere microorganisms can promote the solubilization of P bonded to aluminum and iron oxides and its uptake by plants from P-poor soils. Lignin degradation, a rate-limiting step in organic matter decomposition, is specifically enhanced in acidic organic layers by lignin peroxidase, produced by white-rot fungi, which may solubilize recalcitrant lignin and release soluble aromatic substances into the soil solution. This dissolved organic matter functions in the transport of nitrogen, P, and basic cations in acidic soils without increasing leaching loss. In Bornean tropical forests, soil acidification is promoted by plants and microorganisms as a nutrient acquisition strategy, while plant roots and fungi can develop rhizosphere and enzymatic processes that promote tolerance of low pH.     

拟南芥SPL1基因参与调节低磷条件下的根际酸化反应

根际酸化是植物适应低磷胁迫的重要策略, 但植物是如何感知和转导低磷信号, 进而促进根际酸化的分子机制至今还不十分清楚。利用pH指示剂(溴甲酚紫)显色法从拟南芥(Arabidopsis thaliana) T-DNA插入突变体库中分离得到了1株低磷诱导根际酸化缺失突变体spl1。在含溴甲酚紫的低磷培养基上培养8小时, 野生型拟南芥根际培养基的颜色变为黄色, 而突变体spl1根际培养基的颜色没有明显变化, 表明spl1的低磷根际酸化反应能力降低。当低磷胁迫处理延长20天, spl1叶片的花青素积累明显高于野生型。同时也出现, 即使在磷营养正常条件下, spl1突变体也表现出根毛数量与长度增加的特征。进一步的研究表明, 在低磷条件下, spl1突变体根部的磷含量略高于野生型, 与磷转运相关基因的表达量明显高于野生型。分子遗传学分析结果表明, SPL1基因受低磷胁迫诱导, 主要在拟南芥的叶片和花等组织中表达, 其编码的蛋白广泛分布在细胞的各个部位。以上结果表明, SPL1参与介导低磷诱导的拟南芥根际酸化反应, 调节多种低磷胁迫反应及低磷条件下磷饥饿诱导基因的表达。     

Citric acid excretion and precipitation of calcium citrate in the rhizosphere of white lupin (Lupinus albus L.)

Abstract. White lupin ( Lupinus albus L.) was grown for 13 weeks in a phosphorus (P) deficient calcareous soil (20% CaCO₃, pH(H₂O)7.5) which had been sterilized prior to planting and fertilized with nitrate as source of nitrogen. In response to P deficiency, proteoid roots developed which accounted for about 50% of the root dry weight. In the rhizosphere soil of the proteoid root zones, the pH dropped to 4.8 and abundant white precipitates became visible. X-ray spectroscopy and chemical analysis showed that these precipitates consisted of calcium citrate. The amount of citrate released as root exudate by 13-week-old plants was about 1 g plant⁻¹, representing about 23% of the total plant dry weight at harvest. In the rhizosphere soil of the proteoid root zones the concentrations of available P decreased and of available Fe, Mn and Zn increased. The strong acidification of the rhizosphere and the cation/anion uptake ratio of the plants strongly suggests that proteoid roots of white lupin excrete citric acid, rather than citrate, into the rhizosphere leading to intensive chemical extraction of a limited soil volume. In a calcareous soil, citric acid excretion leads to dissolution of CaCO₃ and precipitation of calcium citrate in the zone of proteoid roots.