玉米与白羽扇豆和蚕豆根系适应低磷胁迫的形态和生理变化差异

发布时间：2016-10-02 07:01

尽管在现在的研究中,一些植物对缺磷的适应性反应和难溶性磷源的利用情况有了定论,但玉米根系对缺磷的适应性反应仍缺乏确切性结论。如前所述,在低磷胁迫条件下,根系形态变化显著,但其根系生理响应例如质子分泌是否増加,有机酸分泌情况到底如何变化,酸性磷酸酶活性是否增加均没有定论,那么玉米根系适应低磷胁迫的生理机制到底是什么?目前已有很多研究报道了在营养液培养试验中利用硝酸供氮来研究缺磷胁迫下玉米的适应机制,但针对硝较供应条件下研究玉米缺磷胁迫的适应机制较少。另外,现阶段玉米根际过程变化情况以及对土壤中磷组分的影响缺乏系统研究。本文针对以上问题,通过在两种供氮形态下的不同磷水平处理的营养液培养试验,以低磷胁迫下研究较为透彻的磷高效植物白羽扇豆和蚕豆作为参照,明确玉米根系适应低磷胁迫的机制;运用根箱结合原位抽提及其它原位技术进一步证实玉米的根际过趕以及对土壤中不同磷组分的影响;利用不同磷源的石英砂培试验验证玉米对不同磷源的利用能力,明确玉米根系吸收土壤不同形态磷的机制,对生产中合理施用磷肥,充分挖掘利用玉米根系吸收磷的生物学潜为,提高玉米产量和縣肥利用率具有重要意义。

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第二章研究思路与研究内容

2.1研究思路

本研究玉米为主要材料,磷高效植物白羽扇豆和蚕豆为参照植物,在营养液培养条件下,提供两种供氮形态,研究玉米根系形态和生理在低磷胁迫下的变化;采用根箱原位技术,以蚕豆为参照,研究缺磷条件下玉米根系分泌的根际过程以及此过程对磷土壤不同磷组分产生的影响，，石英妙为介质,白羽扇豆和蚕豆为参照,研究玉米对不同难溶性磷源的利用能力,明确玉米根系适应低稱胁迫的主要机制。

2.2研究内容

本论文的研究内容包括:1)玉米、白羽扇豆和蚕豆根系形态和生理对低稱胁迫的响应差异;2)低磷胁迫对玉米和蚕豆根际过程及王壤磷组分的影响;3)玉米、白羽扇豆和蚕豆利用不同难溶性磷源的差异。

第三章玉米、白羽扇豆和蚕豆根系形态和生理对低磷胁迫的响应差异.....20

3.1材料和方法.....20
3.2结果与分析.....23
3.3讨论.....38
3.4小结.....40
第四章低磷胁迫对玉米和蚕豆根际过程和土壤磷组分的影响.....41
4.1材料和方法.....41
4.2结果与分析.....46
4.3讨论.....56
4.4小结.....58

第五章玉米、白羽扇豆和蚕豆利用不同难溶性磷源差异比较.....59

5.1材料和方法.....59
5.2结果与分析.....61
5.3讨论.....73
5.4小结........75

第五章玉米、白羽扇豆和蚕豆利用不同难溶性磷源差异比较

5.1材料和方法

白羽扇豆和蚕豆根际有机酸分泌总量高于玉米,白羽扇豆主要分泌苹果酸和磷酸,蚕豆主要分泌苹果酸、磷酸和富马酸,玉米主要分泌苹果酸、磷酸和反乌头酸(表5-1)。25天收样时,白羽扇豆LP处理有机酸分泌显著高于其它磷处理,难溶性磷源供应下主要分泌磷,且显著高于LP和K-P处理磷酸分泌量;蚕豆L-P和其它难溶性磷源处理下总有机酸和磷酸分泌量显著高于K-P处理,其中苹果酸占总有机酸比例最大;玉米各处理间有机酸分泌总量无显著差异。白羽扇豆LP分泌有机酸总量最大;蚕豆LP与Caio-P处理有机酸分泌总量最大,其次是A1-P和Fe-P处理,K-P有机酸分泌总最少,Fe-P处理下磷酸分泌量最大;玉米K-P和A1-P处理有机酸分泌量显著高于其它磷处理,并且A1-P处理下磷酸的分泌高于其它磷处理。

5.2结果与分析

本研究中,玉米从A1-P吸收利用磷的效率高于其它难溶性磷源,表现为A1-P处理下玉米的生物量和吸磷量均显著高于其它难溶性磷源处理(图5-2),这与禾本科植物小麦比白羽扇豆更能有效利用A1-P的结果相似,小麦和玉米有效利用A1-P的机制仍不清楚。在本研究中,我们测定的玉米盆栽抽提液中pH值均显著高于对照并且pH>7.0(图5-9),不能使A1从环境中游离出来,因此大量研究表明铅毒的存在可以上调玉米体内磷酸转运蛋白从而显著刺激玉米根系磷酸的分泌抗铅毒在本研究中解释不通。同时,许多在小麦中的研究也发现尽管小麦根际分泌有机酸量较少,但它也能有效利用铅磷,因此有机酸是否真的能够活化铅磷供小麦吸收利用并不清楚并且需要进一步研究,玉米上同样需要进一步研究。因此我们推测玉米能够有效利用Al-P可能存在以下几方面的解释。

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第六章综合讨论、结论与展望

本研究结合营养液培养、主培根箱和石英砂培试验,结合根系形态和生理及止壤縣组分组分变化情况,利用原位及其他测定技术,揭示了根系形态学变化对玉米适应低稱胁迫的重要性。主要结论如下:(1)低磷胁迫下玉米的根系生长和根冠比均显著增加,根系表面不存在根际,根系有机酸分泌和根表酸性磷酸酶活性未増加。磷较供氮会影响玉米根表质子流向,但并未从基础上变玉米根系适应低磷胁迫的形态和生理响应。说明低磷胁迫下玉米主要通过增加根系形态变化响应低磷胁迫,良好的根系构型对于提高玉米养分吸收具有重要意义。(2)低磷胁迫下玉米根系生长増加,但根际/根表质子、有机酸分泌和酸性磷酸酶活性并未增加,因此玉米根系生理分泌机制不能将土壤中的有机无机磷活化出来供其吸收利用,玉米生长对磷的吸收利用导致根际磷存在显著的耗竭。蚕豆根表质子、酸性磷酸酶和有机酸分泌显著活化了根际土壤中无机有机磷源,增加了无机磷组分和水溶性磷浓度。说明根际过程会显著影响土壤磷沮分比例。(3)A1P04(A1-P)会向介质中释放无机磷(Pi),玉米总根系和细根比例大化进了植株对这部分有效磷的吸收利用能力。

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参考文献（略）

本文编号：128504