低磷条件下不同基因型小麦幼苗对磷的吸收和利用效率及水分的影响

 选用在土壤磷水平为5～7mgP·kg-1土的条件下筛选出来的不同磷效率的4个冬小麦品种,采用盆栽试验研究了有效磷为3．2mgP·kg-1土时的磷效率、磷吸收效率、磷利用效率及土壤水分对这些指标的影响。结果表明：在有效磷很低的土壤上,“磷高效”品种小偃54和81(85)5—3—3—3在幼苗期并未表现出较高的磷效率。尽管这两个品种的磷吸收效率显著地高于NC37和京411,但由于它们的磷利用效率相对低于京411,从而使磷效率并未显著地提高。土壤水分对4个品种的磷吸收效率和利用效率均有显著影响。     

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。     

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.     

菜豆根形态特性的基因型差异与磷效率

应用磷控释砂培以及计算机图象分析技术,研究了磷效率差异显的菜豆（Phaseolus vulgaris L.)亲本及其重组自交系后代的根形态特性及其与磷效率的关系。试验结果表明,供磷状况显影响菜豆根系形态学特性。在低磷胁迫下,菜豆根系总根长变短、根部生物量减少,根直径增大。菜豆根形态特性对低磷有效性的适应性反应具有显的基因型差异。在低磷条件下磷高效率基因型的根系比磷低效率基因型相对根部生物量较大、总根长较长,根表面积较大。异计分析表明,菜豆基根根形态特性在低磷条件下的适应性变化对磷效率的贡献远远大于主根,并且这些适应性变化是可以遗传的,表明通过对菜豆根形态特性进行遗传改良来提高磷效率有一定的可行性。     

小麦不同品种磷效率比较和评价的生化指标研究

对河北省的30个小麦品种的磷效率特征和评价的生化指标进行了研究。结果表明,供试品种在缺磷（-P）条件下的单株干重具有显著差异,供试品种-P下的磷效率可划分为高效、较高效、中效和低效等4种类型。-P处理下,单株干重和单株磷累积量随着供试品种磷效率的增大呈增加趋势;随着磷效率增大,超氧化物歧化酶（SOD）活性和过氧化氢酶（CAT）活性逐渐增加,丙二醛（MDA）含量则逐渐降低。相关分析和回归分析表明,单株干重和单株磷累积量分别与SOD活性和CAT活性呈极显著和显著正相关,与MDA含量呈极显著负相关,表明SOD活性和MDA含量可作为缺磷奈件下评价小麦品种磷效率的生化评价指标。     

低磷胁迫下甘蓝型油菜酸性磷酸酶对磷效率的贡献分析

为探讨低磷胁迫下甘蓝型油菜酸性磷酸酶活性的基因型差异及其与磷效率的关系, 采用土培实验研究了磷高效基因型102和磷低效基因型105对有机磷和无机磷的利用及其根际土壤酸性磷酸酶活性差异; 并采用水培实验研究了甘蓝型油菜根系分泌的酸性磷酸酶及不同叶片酸性磷酸酶的活性差异. 结果表明, 低磷胁迫能诱导根系及根系分泌的酸性磷酸酶活性升高; 土培条件下, 由于酸性磷酸酶的有效性受较多因素影响, 植物的磷营养和磷吸收效率与根系分泌的酸性磷酸酶活性并不直接相关; 缺磷胁迫下重组自交系群体叶片酸性磷酸酶活性与磷利用效率呈显著正相关, 进一步表明低磷诱导的植株叶片酸性磷酸酶活性升高能促进体内磷的再利用, 从而提高磷利用效率.     

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。     

氮添加对黄河三角洲滨海湿地芦苇养分再吸收效率的影响

大气氮沉降增加能改变土壤养分可利用性,影响滨海湿地植物的养分再吸收。目前研究多关注氮沉降量对养分再吸收过程的影响,且研究集中于叶片,鲜有研究区分不同形态氮素对植物不同器官养分再吸收过程的影响。通过两年的野外控制实验,研究硝态氮、铵态氮添加对黄河三角洲滨海湿地芦苇(Phragmites australis)叶、茎养分再吸收效率的影响。结果表明：两类氮添加均显著增加叶、茎的氮、磷含量(P<0.001),增幅达32.74%—43.22%(氮)、30.91%—36.51%(磷)。叶片氮的再吸收效率为54.14%—67.66%,茎氮的再吸收效率为50.60%—62.85%。叶片磷的再吸收效率为56.80%—70.38%,茎磷的再吸收效率为77.43%—84.95%。两类氮添加均显著降低氮、磷的再吸收效率(P<0.001),但两类氮添加处理下的养分再吸收效率无差异。叶、茎氮的再吸收效率无差异,但茎磷的再吸收效率明显高于叶(P<0.01)。总之,氮添加降低芦苇对氮、磷的再吸收效率,且茎对养分的再吸收也具有不可忽略的贡献。     

亚热带幼林树木功能性状与叶片氮磷重吸收率的关系

本研究以亚热带29种3年生人工纯林为对象,研究了29个树种功能性状与氮磷重吸收效率的关系。结果表明: 29种幼林平均氮、磷重吸收效率分别为50.5%和57.3%。22种丛枝菌根树种的氮重吸收效率平均为52.7%,显著高于7种外生菌根树种(45.1%)。29个树种的细根组织密度与氮重吸收效率呈显著正相关,7种外生菌根树种细根直径与磷重吸收效率呈显著正相关,22种丛枝菌根树种的功能性状对氮重吸收效率和磷重吸收效率无显著影响。在29个树种中,菌根类型、比叶面积、细根组织密度、叶厚度及叶厚度与菌根类型的相互作用共同解释氮重吸收效率变异的27%,比根长、细根碳含量、细根碳氮比、菌根类型、叶片碳含量及叶片碳含量与菌根类型的相互作用共同解释磷重吸收效率变异的35%。因此,亚热带树种根系功能性状能较好地预测了氮、磷养分重吸收效率,综合多个功能性状可以更好地揭示不同生物因子对养分重吸收的相对重要性。     

不同林龄刺槐叶片养分重吸收特征及其对土壤养分有效性的响应

为揭示丘陵沟壑区刺槐的养分重吸收特征及其驱动因素,研究该区不同林龄刺槐叶片全氮和全磷的浓度,以及土壤有机碳、全氮、全磷、铵态氮、硝态氮和速效磷浓度及其化学计量,分析了叶片氮磷重吸收效率与土壤养分特性之间的关系。结果表明: 植物和土壤的养分随林龄增长发生显著变化,而土壤总磷和速效磷浓度较低。氮重吸收效率随林分生长先增加后降低,范围为48.2%～54.0%,平均为48.5%;磷重吸收效率则显著增加,范围为45.2%～49.4%,平均为46.9%。氮重吸收效率与土壤氮素和氮磷比呈负向响应,而磷重吸收效率与氮磷比呈显著正相关,与土壤速效磷呈负相关。表明土壤养分有效性的变化负向驱动养分重吸收效率。由于该生境中刺槐林的固氮效应及磷限制,叶片养分重吸收策略对土壤氮磷比响应强烈。     

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。     

不同杉木无性系磷素特性的比较

通过土培试验,进行磷素胁迫条件下不同杉木(Cunninghamia lanceolata)无性系磷素特性的比较研究。结果表明:在磷胁迫条件下不同杉木无性系的干物质积累、磷素吸收效率和磷素利用效率均存在显著差异。随着磷胁迫的加剧,不同杉木无性系的干物质积累量和磷素吸收效率下降,而磷素利用效率增强。总体而言,8、9、24、37号无性系的干物质积累量受胁迫影响最小,23号无性系受胁迫影响最大。其中8号无性系的磷素吸收和利用效率均较高,24、37号无性系的磷素吸收效率较高,而9号无性系的磷素利用效率较高,23号无性系的磷素吸收和利用效率均较低。 在磷胁迫条件下,杉木无性系可通过提高磷素吸收效率和利用效率途径来提高杉木对环境磷素的利用。     

小麦磷素利用效率的品种差异

通过土培盆栽试验,研究了小麦不同品种在低磷水平下生物量、磷浓度、磷素干物质生产效率及磷素籽粒生产效率的差异,以筛选磷高效利用小麦品种.结果表明：分蘖期、拔节期、扬花期和成熟期,供试小麦品种单株生物量的变幅分别为0.46～1.09、0.85～2.10、3.00～7.00和3.85～12.88 g,磷浓度变幅分别为2.21～4.26、2.38～4.42、2.44～4.96和1.30～5.09 mg·g^-1.随生育时期的推进,小麦磷素累积量、磷素干物质生产效率对生物量形成的影响程度呈减小趋势.分蘖期（CV=16.3%）、拔节期（CV=15.0%）、扬花期磷素干物质生产效率（CV=13.3%）和成熟期磷素籽粒生产效率（CV=20.5%）的品种差异较大.CD1158-7和省A3宜03-4具有较高的磷素干物质生产效率和磷素籽粒生产效率,而渝02321较低;不同生育时期高效品种磷浓度极显著低于低效品种,而高效品种CD1158-7和省A3宜03-4的籽粒产量分别是低效品种渝02321的1.98和1.78倍.     

长期施磷对玉米-小麦轮作系统作物产量和磷素吸收及土壤磷积累的影响

本研究利用位于河北省保定市的7年田间定位试验,探讨了4个磷水平(不施磷、70%优化施磷、优化施磷、130%优化施磷)对玉米-小麦轮作系统作物产量的影响,分析了作物磷素吸收和磷肥利用效率以及土壤磷盈亏的变化。结果表明: 长期(7年)施磷能够显著提高玉米和小麦产量及磷素吸收量,且玉米和小麦产量与磷素吸收量随着施磷量的增加均呈现先上升后下降的抛物线变化趋势。各施磷水平下玉米季磷肥利用率高于小麦季,小麦季磷肥累积利用率呈现下降趋势,下降速率表现为优化施磷>70%优化施磷>130%优化施磷;玉米季磷肥累积利用率均呈现上升趋势,上升速率表现为优化施磷>70%优化施磷>130%优化施磷。长期不施磷条件下土壤表观磷盈亏量和累积磷盈亏量都表现为亏缺状态,施磷条件下土壤磷表现为盈余,且施磷量越高,累积年限越长,土壤磷盈余量越高。河北潮土在秸秆还田条件下小麦施磷量在105～150 kg·hm^-2,玉米施磷量在63～90 kg·hm^-2时,既能保证作物高产,又能使磷肥利用率保持在较高水平,减少磷素在土壤中的累积,降低环境风险。     

工业园区氮代谢——以江苏宜兴经济开发区为例

以江苏宜兴经济开发区为例,基于物质流分析构建了工业园区的氮代谢网络和分析方法,解析了工业园区中产业系统和污水处理系统的氮代谢途径和通量。研究表明,氮物质流系统的源和汇比磷物质流系统多,流通量大且较为集中;氮肥生产、纺织印染和食品加工行业是宜兴经济开发区的主要氮排放源;企业自备处理设施除氮效果较好,去除率约79%,而污水处理厂由于设计和运行等原因氮去除率较低,约57%;生活污水氮去除率低;直接排入水体的降水造成的水体负荷约28%。由此,建议企业继续完善企业内处理设施,对集中污水处理厂进行脱氮除磷提标改造,同时加强对园区内生活污水、生活垃圾和企业固体排放物的管理。     

高浓度CO2与磷浓度对葛仙米生长和光合作用的耦合效应

在不同CO₂(400和2000 ppm)和磷浓度下(0.088—0.350 mmol/L)培养葛仙米(拟球状念珠藻, Nostoc sphaeroides Kutzing), 研究CO₂和磷对葛仙米相对生长速率、色素含量、光系统Ⅱ光化学活性和光合速率等的影响。结果显示CO₂或磷浓度对葛仙米的相对生长速率、球体粒径和数量、光饱和光合速率、呼吸速率和光合效率均有显著影响, 且两者对球体粒径和数量、叶绿素a含量、呼吸速率和光合效率存在明显交互作用。高CO₂浓度培养明显提高磷对球体粒径和数量和光合效率的效应, 同时降低高磷浓度对叶绿素a合成的抑制作用, 但两者对相对生长速率、藻胆蛋白含量、光饱和光合速率、F_v/F_m和Yield的交互作用均不显著。以上研究结果表明高CO₂浓度或磷浓度增加促进葛仙米生长主要是通过提高光合速率和光合效率来实现; 两者交互作用表明高CO₂浓度可能通过提升磷的利用效率, 降低高磷浓度对叶绿素a合成的抑制, 提高光合效率, 使球体明显增大。     

Root developmental responses to phosphorus nutrition

Phosphorus is an essential macronutrient for plant growth and development. Root system architecture (RSA) affects a plant's ability to obtain phosphate, the major form of phosphorus that plants uptake. In this review, I first consider the relationship between RSA and plant phosphorus-acquisition efficiency, describe how external phosphorus conditions both induce and impose changes in the RSA of major crops and of the model plant Arabidopsis, and discuss whether shoot phosphorus status affects RSA and whether there is a universal root developmental response across all plant species. I then summarize the current understanding of the molecular mechanisms governing root developmental responses to phosphorus deficiency. I also explore the possible reasons for the inconsistent results reported by different research groups and comment on the relevance of some studies performed under laboratory conditions to what occurs in natural environments.     

一株高效聚磷解淀粉芽孢杆菌的分离鉴定及其除磷条件优化

【背景】磷是引起水体富营养化的主要营养物质。生物除磷具有成本低、效率高且适用范围广等特点,成为近年来水处理研究领域的热点。目前虽然有一些聚磷菌被筛选获得,但它们的除磷效率不高,其除磷条件尚需优化。聚磷菌的固定化及回收利用也亟待研究。【目的】分离筛选并鉴定高效聚磷菌株,优化除磷环境条件,研究吸附材料对所筛菌株除磷的影响,为聚磷菌的开发利用提供理论依据。【方法】采用常规细菌分离筛选方法获得高效菌株,通过形态特征观察、生理生化实验和16S rRNA基因序列分析对菌株进行鉴定;结合单因素试验、Box-BehnkenDesign和响应面分析优化除磷条件;通过测定海绵、无纺布和聚氨酯泡沫对聚磷菌的吸附作用评估该材料的固定化效果。【结果】从连云港市某磷矿厂废水中分离筛选出一株高效聚磷细菌P49,经鉴定为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens);优化后的最佳除磷条件为pH 6.8、温度31℃、装液量30.2%,在此条件下P49除磷率可达80.43%;应用聚氨酯泡沫的吸附效果优于海绵和无纺布。【结论】解淀粉芽孢杆菌P49具有良好的除磷效果,可为生物除磷提供微生物资源,用聚氨酯泡沫吸附可实现对该菌株的固定化和回收利用。     

小麦亲缘种属添加系耐低磷胁迫性状鉴定与基因染色体定位

采用苗期缺磷和全营养对照处理,以70个中国春—野生亲缘种属二体添加系及中国春为材料,根据苗期表观遗传性状、磷吸收率和利用率相对生物量对其进行耐低磷胁迫能力筛选鉴定和基因染色体定位。结果表明:大麦4H和长穗偃麦草7E染色体上携带有耐低磷胁迫的优异基因;长穗偃麦草6E、黑麦1R和6R、卵穗山羊草4Ug和6Mg、易变山羊草4Sv染色体携带促进小麦根系生长发育的基因;拟斯比尔托山羊草5S和簇毛麦4V染色体分别携带高磷吸收率和磷利用率的基因。通过染色体工程技术,可以将携带耐低磷胁迫基因的外源染色体片段导入普通小麦,为小麦耐低磷胁迫育种和了解植物耐低磷胁迫的分子机理奠定基础。     

云南地方稻核心种质氮磷高效性

采用盆栽试验以红壤设置不施磷（有效磷0．02mg&#183;kg^-1）和施磷（有效磷69．76mg&#183;kg^-1）、不施氮（有效氮156．7mg&#183;kg^-1）和施氮（232．18mg&#183;kg^-1）4种处理,以16个形态性状的相对指标用SPSS软件分析了来自云南省16个州548份云南稻核心种质氮磷高效的地带性特征,结果表明：低有效磷胁迫下云南稻核心种质形态性状生态差异磷效应明显高于氮效应;提出了茎蘖数、秆重、生物产量、根重、全株重和穗重共6个相对指标既可作为云南稻核心种质磷高效和氮高效基因型筛选的理想指标,又能反映州市间核心种质氮磷高效的地带性特征。聚类分析显示云南16个州市稻核心种质氮高效和磷高效特性划分为3个地带性区域,并与山脉水系、土壤肥力、生态因子和遗传多样性有关。