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。     

低磷胁迫下不同种源马尾松的根构型与磷效率

以浙江淳安、福建武平、广西岑溪和广东信宜4个代表性的马尾松种源为试材,设置异质低磷胁迫、同质低磷胁迫等不同磷素处理,研究马尾松种源感知不同类型低磷胁迫的根构型及磷效率变异规律.结果表明:无论在异质低磷还是同质低磷胁迫下,参试种源马尾松的主要生长性状和磷效率指标均存在极显著的种源间变异.异质低磷胁迫下,广东信宜、福建武平种源马尾松表现出较高的磷效率和干物质积累量,根构型发生适应性变化,富磷表层介质中的根系参数显著高于低磷效率的广西岑溪和浙江淳安种源.这是磷高效种源具有较高的磷素吸收效率和磷效率的重要机制.不同种源的表层富磷介质根系参数与其整株干物质积累量相关系数在0.95以上.同质低磷胁迫下,高磷效率种源马尾松的磷吸收率显著高于低磷效率种源,但表层介质中的根系参数和整株根系参数与整株干物质积累量的相关性较低.不同种源马尾松适应同质低磷胁迫和异质低磷胁迫的生物学机制有所差异,应有针对性地选择不同土壤磷素的森林立地并推广磷营养高效的马尾松种源.     

低磷和干旱胁迫对大豆植株干物质积累及磷效率的影响

土壤缺磷和季节性干旱已经成为南方酸性红壤地区大豆生产的主要限制因素之一。选取2个大豆品种巴西10号(磷高效)和本地2号(磷低效),研究其在不同磷素(0,15, 30 mg/kg P)和水分处理(分别在开花期和结荚期进行干旱胁迫)下的反应,从植株生物量、叶绿素含量、磷效率指标等方面研究不同基因型大豆对水磷耦合胁迫的适应机制。研究结果表明,随着土壤磷素水平的增加,两个品种的生物量和叶片叶绿素含量显著增加,根冠比则显著下降。在同一磷素水平处理下,干旱胁迫则导致较高的根冠比,对叶片叶绿素含量影响不大,两个品种表现一致。两个基因型大豆受到干旱胁迫后,其产量均显著低于正常水分处理。中等施磷能显著提高两个大豆品种的产量,但高磷处理对产量的增加幅度有限,甚至高磷处理还造成本地2号减产。巴西10号的产量随土壤中磷素的增加而增加,而本地2号的产量则为中磷>高磷>低磷,不管是磷处理还是水分处理,巴西10号的产量均高于本地2号。无论是花期干旱还是结荚期干旱,巴西10号和本地2号的根磷效率比、磷吸收效率及磷转移效率均随土壤磷浓度的增加而增加,磷利用效率则降低。总体上来讲,巴西10号的磷吸收效率和利用效率高于本地2号,而根磷效率比、磷转移效率则小于本地2号。     

水分和磷素对木荷不同种源苗木生长和磷效率的影响

以用木荷中心产区的浙江龙泉、福建建瓯、尤溪和江西吉安4个代表性优良种源为试验材料,以广西产红荷为对照,设置不同水分处理和磷素水平的盆栽试验,研究水分和磷素对木荷种源苗木生长和生理指标的影响.结果表明：在不同的水分和磷素处理下,4个参试种源的苗木生长、根系形态参数和磷素吸收效率等均存在显著的遗传差异,福建建瓯和浙江龙泉种源苗木生长量大、根系发达、磷素吸收效率高,生长表现明显优于福建尤溪和江西吉安种源,而广西产红荷则保持其原产地速生、抗旱、耐瘠的特性.土壤水分和磷素对木荷种源苗木生长影响显著.适宜水分条件下,种源苗木径生长、干物质量、根系参数和磷素吸收效率较干旱胁迫条件下高18.5%～105.6%,高磷水平下种源苗木上述性状较低磷处理高37.5%～286.2%.但在干旱和低磷胁迫下,木荷将光合产物更多地分配至地下根系,磷素利用效率也较高,这可能是木荷适应干旱和低磷胁迫的重要生理机制.相对于显著的种源、水分和磷素主效应,其间的交互作用则可以忽略.     

磷胁迫对烤烟高亲和磷转运蛋白基因表达及磷素吸收利用的影响

为探明缺磷胁迫对烤烟磷吸收的影响机理,以烤烟品种‘豫烟10号’为材料,采用盆栽试验设置不施磷(-P)和正常供磷(+P)2个处理,分析了烟草生育后期根系和叶片中高亲和磷转运蛋白基因NtPht1;1、NtPht1;2(简称PT1、PT2)的表达差异性及其表达量与烟草磷含量、磷积累量的关系。结果表明:(1)随生育期的推进,烤烟根系和叶片的PT1基因相对表达量、PT2基因相对表达量、干物质重和磷素积累量逐渐增加,烟叶的磷含量逐渐降低,根系磷含量无明显的变化规律。(2)磷胁迫促使PT1、PT2基因的表达量上调,其中叶片PT1基因的相对表达量高于根系,叶片PT2基因的相对表达量显著低于根系。(3)磷胁迫限制了烤烟对干物质和磷素的积累,在移栽后90d,-P处理烤烟根系和叶片的干物质重、磷素积累量不到+P处理的一半,处理间差异极显著。研究认为,在缺磷环境下,烟草高亲和磷转运蛋白基因PT1和PT2表达量的增加,是由磷胁迫下烟草体内磷积累量降低所引起的系统性调控。     

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.     

协青早B//协青早B/东乡野生稻BC1F9群体低磷耐性鉴定及其生理机制

通过水培法对协青早B∥协青早B/东乡野生稻BC1F9群体221个株系低磷耐性进行了鉴定,测定了株高、叶龄、黄叶数、地上部干物质量等形态指标及丙二醛(MDA)、可溶性糖和地上部磷含量等生理指标,计算了磷效率,并对各指标间相关性进行了分析.结果表明:221个株系的7个指标均显示出差异性,耐性株系在低磷胁迫下表现为相对叶龄、相对株高、相对地上部干物质量和相对可溶性糖含量较高,相对黄叶数和相对MDA含量较低,相对地上部磷含量差异不明显;磷效率与磷利用效率和磷吸收效率均呈正相关,其中磷利用效率与磷效率达到极显著水平(P＜0.01),表明东乡野生稻回交重组自交系中耐性株系低磷耐性原因主要是具有高磷利用效率,即其单位吸磷量干物质合成力较高.     

协青早B//协青早B/东乡野生稻BC1F9群体低磷耐性鉴定及其生理机制

通过水培法对协青早B//协青早B/东乡野生稻BC₁F₉群体221个株系低磷耐性进行了鉴定,测定了株高、叶龄、黄叶数、地上部干物质量等形态指标及丙二醛（MDA）、可溶性糖和地上部磷含量等生理指标,计算了磷效率,并对各指标间相关性进行了分析.结果表明：221个株系的7个指标均显示出差异性,耐性株系在低磷胁迫下表现为相对叶龄、相对株高、相对地上部干物质量和相对可溶性糖含量较高,相对黄叶数和相对MDA含量较低,相对地上部磷含量差异不明显;磷效率与磷利用效率和磷吸收效率均呈正相关,其中磷利用效率与磷效率达到极显著水平（P<0.01）,表明东乡野生稻回交重组自交系中耐性株系低磷耐性原因主要是具有高磷利用效率,即其单位吸磷量干物质合成力较高.     

异质养分环境下邻株竞争对3个木荷种源干物质积累及氮磷效率的影响

为了探究不同木荷种源混交林和纯林生产力差异原因,采用盆栽试验,模拟异质和同质性森林土壤环境,并设计木荷单植、双株纯植和与杉木混植3种栽植模式,重点研究了异质养分环境下邻株竞争对3个木荷种源(福建建瓯、江西信丰和浙江龙泉种源)干物质积累及氮磷效率的影响。结果表明:与同质养分环境相比,木荷种源在异质养分环境中具有干物质量大,氮、磷吸收效率高的特点,尤以福建建瓯种源优势最大。邻株竞争对木荷种源的干物质量和氮、磷吸收效率影响显著。在异质养分环境中,与杉木邻株竞争时,木荷福建建瓯种源干物质积累量优于单植和双株纯植模式。这与其根冠比和生理可塑性较强有关,混植时,其根冠比明显降低,将更多的干物质分配至叶片,增强了光合能力;同时氮、磷吸收效率也显著提高,进而积累了较高的干物质量,提高了竞争力。相反,混植时江西信丰和浙江龙泉种源氮和磷吸收效率却不同程度地低于其单植或与之相近,根冠比较高,结果影响了干物质积累。同种邻株竞争虽促进了浙江龙泉和江西信丰种源的氮、磷吸收,但抑制了两元素的利用效率,而福建建瓯种源氮、磷效率受影响较小,且明显高于其他种源,从而形成较高的干物质量。以上研究结果表明,福建建瓯种源较高的生物量分配和生理可塑性是其生产力高和生长竞争优势明显主要原因。     

不同磷效率小麦品种的磷吸收特性

在丰磷、缺磷条件下,对不同磷效率小麦品种的磷吸收特性进行研究。缺磷条件下,不同磷效率品种成熟期的植株全磷量和生育中后期（挑旗-成熟期）植株磷累积量均以磷高效品种最高,中效品种次之,低效品种最低。不同磷效率品种拔节期、挑旗期和成熟期的磷利用效率差异较小。表明磷高效小麦品种在缺磷条件下子粒产量形成能力的提高。与生育中后期植株具有相对较强的磷素吸收能力有关。缺磷条件下,不同磷效率品种在生育中后期的根系TTC还原力和可溶蛋白含量也以高效品种最高,中效次之,低效最低。表明磷高效小麦品种植株生育中后期根系具有较强的生理功能,是其在缺磷务件下吸磷量增加、产量相对明显提高的重要生理基础。研究表明,不同磷效率小麦品种在磷胁迫条件下的根系酸性磷酸化酶（APase）活性存在显著差异,并在小麦磷吸收效率的调控中具有重要作用。     

不同代数杉木林养分积累和分布的比较研究

在全国杉木中心产区,选择不同栽植代数(1、2、3代)、不同年龄阶段(5、10、15、20年)、不同立地(14、16、18地位指数)的杉木人工林,进行不同栽植代数杉木林养分积累和分布的比较研究.结果表明,栽植代数对杉木林养分积累和分布有较大影响.随栽植代数增加,杉木林乔木层养分积累及养分利用效率均呈逐代递减趋势,表现为3代<2代<1代,而林下植被养分积累呈逐代增加趋势,2、3代杉木林乔木层养分积累分别比1代下降17.62%和36.28%,3代比2代下降22.65%,同时多代连栽杉木林养分利用效率下降,生产单位干物质所需养分增加,增加了杉木生长对林地肥力的压力,不利于林地肥力的维持,但有利于其林下植被的养分积累.     

Phosphorus nutrition of jarrah (Eucalyptus marginata) seedlings

Summary Effects of calcium phosphate supply on plant dry matter and phosphorus concentrations of parts of jarrah (Eucalyptus marginata) seedlings grown in a lateritic topsoil from the jarrah forest were examined in two glasshouse trials. Phosphorus deficiency depressed root and shoot dry weights and severely deficient leaves were smal and purple with prominent red major veins. Phosphorus deficiency severely reduced stem phosphorus levels (0.5% to 0.02%, experiment 1). Phosphorus concentrations were higher in bark than wood and the amount of phosphorus in the bark was sensitive to stem age and phosphate supply. Phosphorus adequate plants had bark phosphorus concentrations in the range 0.2–0.9% compared to <0.1% in deficient plants (experiment 2). Jarrah leaves accumulated dry matter up to 80 days after expansion and some leaves exported phosphorus during this period. Bark analysis may therefore be preferable to leaf analysis for detecting phosphorus deficiency in this species.     

植物高效利用磷机制的研究进展

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。本文综述了国内外有关植物高效利用磷的形态学、生理学及遗传学作用机制,植物高效利用磷的机制主要包括：(1)磷高效利用植物能通过根系形态变化(包括根伸长、根轴变细、根毛数量和密度增大、侧根幼根数量增加及形成排根等)和根冠问的物质分配改变等形态学机制来适应磷胁迫;(2)在缺磷环境下磷高效利用植物能通过根系分泌物增加、菌根侵染、根系吸收动力学特征变化及植物磷素内循环加强等生理学机制来适应磷胁迫;(3)在磷亏缺的长期选择压力下,植物可通过某些“沉默”基因的诱导表达或DNA序列的特定形成相对稳定的磷营养遗传性状,由此通过遗传学机制来增加对土壤难溶态性磷的利用,使植物表现出较高的磷素利用效率。     

蔗糖添加对杉木低磷胁迫响应和蔗糖代谢的影响

为了揭示低磷胁迫下蔗糖对杉木低磷胁迫响应和蔗糖代谢的影响,选用两种不同磷效率杉木家系M32和M28进行低磷胁迫下的蔗糖添加试验,分析蔗糖添加对低磷胁迫下杉木形态特征、生理特性和低磷诱导相关基因表达的影响。结果表明：蔗糖添加促进了低磷胁迫下杉木苗高、根长、根表面积、根平均直径、根体积、根叶组织蔗糖含量和根叶组织无机磷含量的增加,但仍明显低于正常供磷处理下添加蔗糖处理的杉木增量。低磷促进杉木叶中花青素的积累,而正常供磷和低磷胁迫下的蔗糖添加处理都显著促进了叶片花青素含量的增加。随着胁迫时间的延长,M28与M32在根、叶组织的蔗糖含量存在显著差异,且M28根叶组织中的蔗糖合成酶活性和蔗糖磷酸合成酶活性都高于M32。蔗糖合成酶ClSuSy在M28和M32根系中受低磷胁迫诱导下调表达,但蔗糖添加处理明显诱导ClSuSy表达量升高,M28在正常供磷并添加蔗糖处理下的ClSuSy表达量显著高于其它处理。蔗糖转运蛋白SUT4、磷转运蛋白ClPht1;4、紫色酸性磷酸酶PAP1和PAP11在M28和M32根系中总体上受低磷胁迫诱导上调表达,且受蔗糖添加处理诱导下调表达。低磷胁迫下,添加或不添加蔗糖处理的M32根系SUT4的表达量均在15d时显著升高,并在45d时回落到正常水平。ClPht1;4和PAP1在低磷胁迫15d的表达量显著高于45d时的表达量,且ClPht1;4在M32根系中的表达量远高于M28。本研究表明,蔗糖对杉木低磷胁迫响应和糖代谢有重要的影响作用,低磷胁迫下添加蔗糖处理能够在一定程度上缓解杉木低磷胁迫响应。     

杉木不同家系对异质养分环境的适应性反应差异

 构建异质和同质两种养分环境,选择3个杉木(Cunninghamia lanceolata)优良家系作试验材料,并以马尾松(Pinus massoniana)为参照,通过 量化分析不同养分环境中植株生长量、干物质积累和分配、根系形态、养分吸收和利用效率等,研究杉木家系对异质养分环境的适应性反应差 异。结果表明,3个杉木参试家系对不同养分环境的生长反应差异显著,‘锦屏45’家系在异质养分环境中苗高生长量大、干物质积累量多、根 系发达,而‘龙15’和‘靖398’两个家系则在同质养分环境中表现较好。 杉木不同家系的根系均主要在异质养分环境之贫养斑块中大量增生 ,根系形态可塑性与觅养精确性较低。作为参照的马尾松,对异质养分环境反应敏感,根系广布性大、觅养精确性高。在3个参试杉木家系中, ‘龙15’和‘靖398’对异质养分环境的生长反应敏感度低,根系生理可塑性一般,而‘锦屏45’对异质养分环境的生长反应敏感度较高,根系 生理可塑性较高。试验观测到不同杉木家系在异质养分环境中根系N、P、K吸收效率通常低于同质养分环境。在富养斑块中的根系养分吸收效率 明显低于贫养斑块,这与马尾松在富养斑块中根系养分吸收效率较高有很大的差异。然而杉木家系在富养斑块中根系的养分含量却不同程度地 高于贫养斑块或与之相 近。‘锦屏45’家系在异质环境中生长表现显著地优于同质养分环境,除因其具有较高的根系生理可塑性外,还与较多 比例的干物质和营养元素分配至地上部分、根冠比较少有关。     

黄芩干物质累积和氮磷钾吸收、分配规律研究

为了探讨黄芩干物质累积和氮、磷、钾吸收与分配的特点及两者间的相互关系,通过田间试验和采样分析,研究了黄芩不同生育期植株的干物质和氮、磷、钾累积量.结果表明,黄芩干物质的累积量随生育进程不断地增加,出苗后52～85 d干物质累积量占总累积量的61.62％.在整个生育期,黄芩对K2O的吸收累积量最大,N次之,P2O5最小,N、P2O5、K2O吸收比例约为2.8∶1.0∶2.9,并且黄芩地上部氮磷钾的累积量大于根部,不同生育期,根部N、P2O5、K2O的累积比例呈现增加—降低—增加的趋势.黄芩对氮磷钾的积累量与干物质积累量呈极显著正相关关系.在供试的土壤和施肥条件下,每生产100 kg的黄芩根需要从土壤和肥料中吸收6.34 kg的N,2.60 kg的P2O5,7.02 kg的K2O.     

不同栽植代数杉木林养分吸收、积累和利用效率的比较

利用第一代以及与第一代连栽的第二代杉木林的40多年定位连续测定的生物量和养分数据,分析了第一和第二代杉木林在养分吸收、积累、利用效率的差异。结果表明:同一生育阶段第二代杉木体内N、P、K、Ca、Mg浓度分别比第一代高2.85—3.48,0.16—0.25,1.86—2.72,2.10—2.50,0.77—1.31 g/kg;第一代7、20、25年生时的养分积累量分别比第二代多9.14%,2.01%,0.22%,而11、16年生时则分别比第二代少6.72%,3.44%,杉木连栽不一定导致第二代林乔木层养分积累减少;第一代1—7年生的年均吸收养分量比第二代多7.94%,8—11,12—16,17—18、21—25生分别比第二代少13.04%,2.52%,7.93%和14.58%;1—7,8—11,12—16,17—20,21—25年生时,每生产1 t干物质所需养分,第二代比第一代分别多1.28、3.19、4.28、4.09、4.09 kg;杉木连栽可导致第二代林的养分吸收量增多,养分利用效率降低。