植物根毛的发生、发育及养分吸收

根毛是植物吸收养分的重要器官,认识根毛的发生、发育规律及其与养分吸收的关系,可为植物养分吸收效率的遗传改良提供依据.介绍了植物根毛的形态特性、发生和发育过程及其调控机制,并结合本实验室的工作,讨论了根毛对养分吸收的贡献、根毛受养分有效性的调节及其与其他根系形态构型性状间的关系,阐述了根毛中养分转运等植物营养过程及其生理和分子生物学基础.最后提出了关于根毛研究中的一些问题和研究前景.     

植物根毛的发生、发育及养分吸收

根毛是植物吸收养分的重要器官,认识根毛的发生、发育规律及其与养分吸收的关系,可为植物养分吸收效率的遗传改良提供依据。介绍了植物根毛的形态特性、发生和发育过程及其调控机制,并结合本实验室的工作,讨论了根毛对养分吸收的贡献、根毛受养分有效性的调节及其与其他根系形态构型性状间的关系,阐述了根毛中养分转运等植物营养过程及其生理和分子生物学基础。最后提出了关于根毛研究中的一些问题和研究前景。     

增加植物根毛长度可提高作物产量

面对气候变化，让作物更有效率地吸收营养和水从而增加产量显得越发重要。英国科学家揭示了如何增加植物根毛长度，而具较长根毛的植物能更有效地吸收水和养分，从而可能提高作物产量。     

亚热带典型树种根毛特征及其与共生真菌的关系

根毛和共生真菌增加了吸收面积,提高了植物获取磷等土壤资源的能力。由于野外原位观测根表微观结构较为困难,吸收细根、根毛、共生真菌如何相互作用并适应土壤资源供应,缺乏相应的数据和理论。该研究以受磷限制的亚热带森林为对象,选取了21种典型树种,定量了根毛存在情况、属性变异,分析了根毛形态特征与共生真菌侵染率、吸收细根功能属性之间的关系,探讨了根表结构对低磷土壤的响应和适应格局。结果表明:1)在亚热带森林根毛不是普遍存在的, 21个树种中仅发现7个树种存有根毛, 4个为丛枝菌根(AM)树种, 3个为外生菌根(ECM)树种。其中,马尾松(Pinus massoniana)根毛出现率最高,为86%;2)菌根类型是理解根-根毛-共生真菌关系的关键,AM树种根毛密度与共生真菌侵染率正相关,但ECM树种根毛直径与共生真菌侵染率负相关; 3) AM树种根毛长度和根毛直径、ECM树种根毛出现率与土壤有效磷含量呈负相关关系。该研究揭示了不同菌根类型树种根毛-共生真菌-根属性的格局及相互作用,为精细理解养分获取策略奠定了基础。     

拟南芥根毛衰老死亡过程的PCD检测

根毛是植物体吸收养分的重要器官, 自然条件下根毛的寿命很短, 仅能存活2–3周, 随即脱落死亡。以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)根毛为材料, 对根毛死亡的细胞学特征进行了报道。结果发现, 根毛衰老死亡后细胞内的原生质体发生了收缩, 并在胞质中观察到凝集物的出现; 通过原位末端标记(TUNEL)检测, 发现幼根上的根毛细胞核DNA发生了片段化。上述结果表明, 拟南芥根毛的衰老死亡很可能是植物体自主调控的程序性细胞死亡(PCD)。另外, 当根毛衰老死亡后,细胞核大多会迁移到靠近根毛基部的位置, 且正常的长管状根毛发生旋转扭曲。     

根毛的生长发育及其遗传基础

根毛是根系特异化表皮细胞外伸形成的管状凸起物,是植物吸收矿质养分和水分的重要器官。根毛的发育可分为根毛细胞命运决定、根毛起始、根毛顶端生长和根毛成熟等阶段。本文对根毛发育生长过程中的细胞形态及其生理生化变化进行了综述,并从根表皮细胞命运决定分子机理, EXPANSIN、bHLH和MYB等转录因子以及小G蛋白和生长素/乙烯等方面简要说明了根毛生长发育的遗传基础。     

植物根毛生长发育及分子调控机理

植物根毛是植物吸收营养的主要器官, 了解根毛的发生、发育及遗传规律, 能对植物的养分吸收研究提供有利依据。文章旨在介绍植物根毛形态发生特性、发育生长过程及分子调控机理的研究进展, 利用比较基因组学方法研究农作物根毛形态和功能, 及有目的性的对根生长发育进行调控提供参考。研究发现植物根毛发育有反馈侧向抑制(lateral inhibition with feedback)和位置决定模式(position-dependent pattern of cell differentiation)两种方式。拟南芥根表皮细胞是以位置方式决定毛或非毛细胞发育类型, 已成为研究植物细胞命运和分化的模型。目前, 已经鉴定出控制根毛发育的基因, 包括一些转录因子如MYB家族蛋白TRIPTYCHON(TRY)、CAPRICE(CPC)和basic Helix-Loop-Helix (bHLH)蛋白GLABRA3、ENHANCER OF GLABRA3(EGL3)及WD-repeat蛋白等基因。最后针对根毛研究前景提出展望。     

Relationship between mycorrhizal fungi and functional traits in absorption roots: research progress and synthesis

吸收根(absorption root)一般是指根枝系统末端少数几级具有初生结构、负责物质吸收的根。吸收根功能性状被广泛用于评价和预测植物个体到生态系统水平上的一系列功能和过程。菌根真菌侵染是吸收根的一个关键性状, 它可以深刻影响吸收根的形态、结构, 以及功能性状之间的关系。该文针对与吸收功能密切相关的菌根真菌与根毛和根直径之间的关系进行了研究综述, 提出了真菌侵染、根毛和化学防御之间关系的一个假说; 探讨了温带和热带不同类型的吸收根如何通过菌根真菌影响根的功能性状, 从而适应不同的水热条件、养分状况和能量消耗; 提出一些需要关注的议题和研究方向, 以期为菌根真菌与吸收根功能性状之间关系的研究提供借鉴。     

菌根真菌与吸收根功能性状的关系：研究进展与评述北大核心CSCD

吸收根(absorption root)一般是指根枝系统末端少数几级具有初生结构、负责物质吸收的根。吸收根功能性状被广泛用于评价和预测植物个体到生态系统水平上的一系列功能和过程。菌根真菌侵染是吸收根的一个关键性状,它可以深刻影响吸收根的形态、结构,以及功能性状之间的关系。该文针对与吸收功能密切相关的菌根真菌与根毛和根直径之间的关系进行了研究综述,提出了真菌侵染、根毛和化学防御之间关系的一个假说;探讨了温带和热带不同类型的吸收根如何通过菌根真菌影响根的功能性状,从而适应不同的水热条件、养分状况和能量消耗;提出一些需要关注的议题和研究方向,以期为菌根真菌与吸收根功能性状之间关系的研究提供借鉴。     

为什么根毛区的细胞吸水量活跃?

答:根毛区的细胞之所以吸水最活跃,主要有以下原因:第一,根毛区有根毛,大大增加吸收水分的面积,有利于水分的大量吸收。第二,根毛区的输导组织发生后生木质部的分化,有利于纵向运输水分。第三,根毛区细胞壁的外部由果胶质组成,粘性强,亲水力大,对于水分的吸收有很大的帮助。由此可以看出,根毛区的细胞具有与其吸水功能相适应的结构,所以该处的细胞吸水最活跃。     

根毛分化过程中的细胞生理学变化

根表皮的显著特征是发育出根毛,根毛集中分布在根端以上的根毛区(Farr,1928)。根毛对植物从土壤吸收水份和矿质营养起重要作用。关于根毛发育的形态学研究已有较详尽的报道(Leavitt.1904;Cormack,1949)。在多数根表皮中,由于原表皮细胞的不均等分裂产生短型生毛细胞和长型不形成毛的细胞。     

兰科植物与真菌

许多养花人都知道兰花非常难于人工繁殖,但多数人不知道这是为什么。其实,这主要是因为兰花的种子非常细小,其自身无法贮存养分,所以兰花种子在自然条件下,其萌发阶段要完全依靠菌根真菌为其提供养分。而兰花的成年植株,由于其根部没有根毛,也必需依靠共生真菌来帮助吸收矿物质和水分。天麻是兰科植物中非常重要的药材,     

菌根菌的作用

相当多的植物的根系可与某些真菌共生,形成菌根。菌根植物比非菌根植物有几个显著优势:①菌根菌可代替根毛的作用,但菌丝体的扩展范围比根毛大得多,用放射性磷进行试验,证明菌根菌吸收磷的范围在根周围直径可达8-20厘米。因而扩大了吸收各种元素的范围;②促进了各种矿物质的吸收,特别是土壤中难     

葡萄试管苗根形态学和解剖学研究

葡萄试管苗不定根形态解剖观察表明,试管苗根的形态结构与正常根有明显差异:无根冠和根毛;侧根少,以不定根为主要吸收面积;外皮层细胞形大,壁薄,质浓,代替了根毛的吸收功能;内皮层具有初生特征;维管束发育延迟等。为此,本文讨论了试管苗根解剖学特点与移栽成活率的关系。     

花生結实时的营养状况

花生的果实是生长在土壤的,花生开花授粉以后,子房受到刺激作用,除了它本身膨大以后,子房的下部延长成子房柄,子房柄逐渐伸长便把子房带进土壤中去,子房柄这时执行轴器官的作用,它具有类似茎的构造,可从地上部运输养分供应给子房所发育起的荚果,使荚果和种子得到成熟。可是花生果实本身和子房柄还可直接从土壤中吸收养分的,因为子房柄和荚果外果皮都生出表皮毛,这些表皮毛好象根毛一样能直接从邻近的土壤中吸收水分和养分。如果花生果实着生区域的土壤中缺乏钙时,容易引起花生的空荚现象,此外     

生长素和乙烯互作调控硝酸铵诱导的根毛分叉

以野生型拟南芥(WT)及其生长素和乙烯不敏感型突变体(aux1-7、axr1-3、etr1-1和etr1-3)为实验材料,采用固体培养法研究了高浓度硝酸铵对根毛发育的影响,以揭示其调控根毛发育的机制。结果表明:(1)随着外源硝酸铵浓度的逐渐增加,拟南芥根毛伸长受阻,产生大量的分叉根毛。(2)高浓度硝酸铵条件下,外源活性氧或活性氧产生抑制剂二苯基氯化碘(DPI)的添加能抑制高浓度硝酸铵诱导的分叉根毛产生。(3)高浓度硝酸铵条件下,外源生长素或乙烯合成前体物质1-氨基-环丙烷-1-羧酸(ACC)处理能恢复根毛的正常生长,解除高浓度硝酸铵诱导根毛分叉现象。(4)高浓度硝酸铵条件下,外源生长素处理乙烯不敏感型突变体或ACC处理生长素不敏感型突变体均能抑制突变体分叉根毛的形成。研究表明,活性氧、生长素和乙烯都参与了高浓度硝酸铵对根毛发育的过程调控;在硝酸铵诱导的根毛分叉中生长素和乙烯存在相互作用,在缺乏生长素信号通路时,乙烯能够发挥补充作用抑制分叉根毛的产生;在缺乏乙烯信号通路时,生长素也可以弥补缺失乙烯的作用抑制根毛的分叉,但是需要更高浓度的生长素才能充分抑制分叉根毛的产生。     

松树的菌根及其造林意义

松树是北半球分布非常广泛的树种,南半球现在也广泛引种栽培.全世界大约有80-100多种.由于松树生长迅速、材质优良、适应性强、用途广泛,所以在世界各国林木引种和绿化造林中都占特殊地位.然而,大部分松树的根毛较少,菌根则是它们吸收水分和养分的一个主要器官.因此,有无菌根是松树成活与良     

植物根毛发育调控机制的研究进展

根毛是植物根表皮细胞的管状延伸结构,在植物固着土壤、吸收水分和无机盐,以及协助植物根部和外界进行信息交流等过程中起到十分重要的作用。植物根毛的发育过程具有很强的可塑性,多种植物激素和环境因素都可以影响植物根毛的发育过程。得益于根毛结构和功能的特点,其也常被作为研究植物细胞顶端生长和命运分化的模式对象。因而,根毛的发育调控机制一直是植物学研究领域的热点。该文梳理了近20年来植物根毛发育调控领域的研究进展。     

丛枝菌根真菌与氮添加对不同根形态基因型水稻氮吸收的影响

植物主要依赖自身根系从土壤中获取矿质养分; 具有不同根形态的植物对于养分的吸收能力存在差异。丛枝菌根真菌(AMF)能与陆地植物根系形成共生关系, 帮助植物吸收矿质养分。但是, AMF对于植物根系养分吸收的促进效应是否会受根形态的影响还鲜有研究。该研究选取4种不同根形态基因型水稻(根毛缺陷突变体rhl1、侧根缺陷突变体iaa11、不定根缺失突变体arl1和野生型Kas)为研究对象, 设置2种施氮水平处理(低氮: 20 mg·kg^-1氨氮; 高氮: 100 mg·kg^-1氨氮), 利用稳定同位素¹⁵N示踪标记技术, 探究AMF和氮添加对不同根形态植物氮吸收的影响。研究结果发现, 相比低氮处理, 高氮处理下, rhl1、Kas、iaa11与arl1的茎叶¹⁵N浓度分别提高了60%、72%、128%与118%, 说明氮添加显著促进了水稻氮吸收, 且iaa11与arl1对氮添加的响应更强烈。在低氮水平下, AMF对rhl1、Kas、iaa11与arl1氮吸收的平均效应值分别为17%、31%、42%、51%, 表明AMF对于植物氮吸收的促进效应受根形态影响, iaa11与arl1对AMF的响应明显高于Kas与rhl1; 相较于低氮水平, 高氮水平下AMF对于不同根形态水稻氮吸收的促进效应都会显著降低, 表明氮添加削弱了AMF对植物氮吸收的促进效应。该研究阐明了4种不同根形态基因型水稻氮养分吸收存在显著差异, 其中氮吸收能力较弱的基因型水稻对AMF的响应更强, 该结果补充了植物与AMF在养分吸收上存在功能互补的控制实验证据。     

不同氮水平下作物养分吸收与利用对玉米马铃薯间作产量优势的贡

玉米与马铃薯间作是重要的间作种植模式,具有较突出的资源利用和产量优势,但养分吸收和利用对作物产量优势的贡献及这种贡献对施氮量的响应机制尚不清楚.本研究采用玉米单作、马铃薯单作和玉米与马铃薯间作3种种植模式,分别设置N_0(0 kg·hm~(-2))、N_1(125 kg·hm~(-2))、N_2(250 kg·hm~(-2))和N_3(375 kg·hm~(-2))4个氮水平,通过2年田间小区试验,研究不同氮水平下间作产量优势的营养基础.结果表明:随着施氮量的增加,氮、磷、钾的单作加权平均吸收量逐渐增加,间作则先增加后减少.间作在N_1水平时具最高的养分吸收优势,分别较单作加权平均值增加氮吸收14.9%、磷吸收38.6%、钾吸收27.8%;间作在N0和N3时具有更高的养分利用效率,较单作可提高氮利用效率3.5%~14.3%、磷利用效率3.5%~18.5%、钾利用效率10.6%~31.6%.N_0和N_1时玉米与马铃薯间作具有显著产量优势,其营养基础在N0时主要是提高了作物养分利用效率,而N_1时则是促进养分吸收的结果.充分发挥间作促进养分吸收对玉米与马铃薯间作产量优势的贡献,需要合理控制氮肥的投入.