低P胁迫对马尾松不同种源根系形态和干物质分配的影响

利用不同地区5个典型马尾松种源,布置3种P水平的盆栽实验,研究马尾松应对低P胁迫时根系形态和干物质分配特征的种源差异。结果表明,P素胁迫的加重导致马尾松干物质积累量的下降和一些根系参数的减小,但植株地下部分的干物质分配量和根系形态参数的相对值却显著增加。低P胁迫下,种源间干物质积累量(包括植株各部分和总的积累量)和侧根数等根系参数差异显著。低P下干物质生产能力较强的福建武平种源对磷肥的敏感性较低,广东信宜和浙江淳安种源次之,类似于大田和水培实验结果。遗传相关分析揭示:侧根发达、须根数量多的种源干物质生产能力强,根体积、侧根数、侧根总长、须根总数等可作为筛选马尾松耐低P种源的有效指标。

低磷胁迫下不同磷效率水稻苗期根系的生理适应性研究

以P效率差异显著的IR74(P高效型 )、IR71331(中间型 )及IR71379(P低效型 )等 3个品种为供试材料 ,采用水培法研究了这 3类水稻在低P胁迫下P的吸收、转运及利用效率等P效率差异的原因以及P吸收动力学特征参数、R/S、酸性磷酸酯酶 (acidphosphoesterase ,简称APase)与核糖核酸酶 (ribonuclease,简称RNase)等表现 .结果表明 ,在低P胁迫下 ,P效率的高低是由水稻对P的吸收率、转运率以及利用效率综合作用的结果 ,存在基因型差异 ,P高效基因型IR74和P效率中间型的IR71331具有高的P吸收率 ,而IR71379P的吸收率低 .不同P效率水稻在低P胁迫下 ,其Km、Cmin、Imax、R/S与Apase相对活性等参数表现出基因型的差异 ,小的Km 和Cmin,大的Imax和R/S及高的APase升幅是水稻对P胁迫的生理适应性特征 ,也是植株在低P胁迫下较为敏感生理指标 .其中各类型水稻叶片中RNase活性在低P胁迫下均表现大幅度上升 ,在品种间无显著差异 ,说明该酶是逆境胁迫并非低P胁迫的特征反应 .

持续N沉降对低P下2年生马尾松苗木菌根共生影响

【目的】研究低P胁迫下N沉降持续增加对马尾松菌根化苗木生长和土壤养分的影响,为有效调控以充分发挥菌根潜力提高苗木对土壤P表的吸收、利用效率提供理论依据。【方法】以马尾松优良家系为试材,设置持续2个生长季的N沉降与同质低P(介质表层与底层均缺P)、异质低P(介质表层P丰富、底层缺P)耦合条件下菌根共生的盆栽试验,量化分析不同低P胁迫下持续N沉降对马尾松菌根化苗木生物量积累、根系发育、N和P效率以及菌根土养分等的影响。【结果】1)同质低P下,土壤中N素累积、P素相对严重匮缺,从而显著抑制马尾松苗木的菌根侵染,降低菌根化苗木的生物量积累;异质低P下,土壤原有的N/P改变,从而促进菌根真菌对马尾松苗木的侵染及植株对N和P素的吸收,最终促进苗木生物量的增加。2)同质低P下,植株的N/P显著增加,导致苗木生长受P素的限制,而对N素的增加不敏感,从而抑制菌根化苗木的生长;异质低P下,持续的N输入增加菌根作用的有效性,促进苗木对土壤P素和N素的吸收,植株N/P降低,从而改善苗木的生长状况。3)同质低P下,菌根土养分状况改善,土壤N和P含量均增加,p H值未显著改变,这可能因为菌根对土壤作用的有效性增加;异质低P下,接种菌根菌对土壤养分的抑制程度降低,土壤p H值显著降低。【结论】2种P素环境下,菌根作用的有效性对持续增加的N沉降的响应不同:同质低P下,菌根土养分状况得以改善,但随着土壤有效N的不断累积,导致土壤P素相对严重匮缺,植株N/P显著增加,使苗木生长受P素的限制程度增加,最终抑制苗木的生长;异质低P下,持续N沉降降低菌根菌对土壤养分的抑制程度,改变土壤原有的N/P,增加菌根作用的有效性,最终显著增加苗木的生物量。

不同磷利用效率杉木在低磷胁迫下的形态及养分分配差异

为充分挖掘植物对低磷胁迫的适应潜力,揭示P高效利用植物对低P逆境的响应机制,选育P高效利用基因型以应对森林土壤有效P匮乏。选择前期研究筛选出的P高效利用杉木M1、M4与P利用效率一般的M24为研究对象,解析不同P利用效率杉木在低P胁迫下的形态及养分分配差异。结果表明,P利用效率一般的M24地上部分生长受低P胁迫的影响大于M1与M4,且地下部的根系增生能力也弱于P高效利用杉木。应对低P胁迫,M1与M4的响应策略也存在差异,其中,M1地上部生长量大,M4地下根系增生能力强,以吸收更多培养介质中的P养分,且更多的物质分配到根系。结合根系解剖结构分析发现,低P胁迫条件下M1表现为高维根比和低皮层比,以加快养分在体内的循环。而M4表现为低维根比和高皮层比,其养分运输能力相对较弱,吸收功能较强。通过不同的策略行为,M1与M4体内的P养分分配表现出一致的规律,二者根系中的P含量均呈现随处理时间延长而逐渐增加的趋势。可见,P高效利用杉木比P利用效率一般的杉木对低P的耐受能力更强,且通过不同的策略适应低P胁迫,其中,M1主要通过加快P养分循环利用的途径增加植株地上部正常生长所需P养分,M4则主要通过根系增生,增加对介质中P养分的吸收,以供地上部生长所需。

马尾松不同种源P素吸收动力学特征

通过水培试验研究田间试验下对P肥反应存在显著差异的5个马尾松种源在3种P水平(水培试验中为0、5、20μmol·L-1)下根系P素吸收总量、离子动力学参数(Imax、Km和Cmin)等特征。研究表明,随着溶液P素浓度的升高,马尾松各参试种源的苗高生长、P素吸收总量均有不同程度的增加,但其变化因种源而异。福建武平和广东信宜两种源对P素增加的反应敏感性(高生长和P素吸收增长率)远低于其他3个参试种源,与大田P肥试验结果一致。对1年生和半年生水培幼苗离子动力学参数测定结果揭示,随着培养溶液P素浓度的升高,各参试种源的Imax下降,Km和Cmin增加。比较分析发现,低P水平下广东信宜和福建武平两种源具有相对较小的Km和Cmin,相对较大的Imax,对分布于武夷山脉南端的福建武平种源尤其如此。

不同N、P、K营养水平下“川麦42”苗期生物学特性初步分析

以CIMMYT人工合成小麦与四川小麦杂交选育而成的小麦新品种川麦42为材料,采用小容器水培法,分别设立了11个不同的N、P、K浓度梯度,鉴定了川麦42的苗期生物学特性。通过对地上部生物学特性(地上部生物量、苗高、叶面积)、根系形态学特性(主根长度、分枝根长度、根系总长度和根系干重)的分析,初步结果为:川麦42具有耐低P胁迫能力。通过比较根系形态变化(主根长度、分枝根长度、根系总长度)上的差异,得出了N、P在川麦42初生根系分枝根建成上起主导作用,K在主根建成上起主导作用的结论。同时指出,在以地上部生物学特性为指标筛选耐低N、K、P胁迫小麦时,需要在较低水平下设定N、P、K浓度梯度,而在以根系形态学特性(根系长度、根系干重)为筛选指标时,K的浓度应大于根系发育所需的最低K量,可提高筛选的效率。

不同低磷水平对山白兰幼苗养分含量和叶绿素荧光特性的影响

为探究不同低磷(P)水平对山白兰(Paramichelia baillonii)幼苗养分吸收和叶片叶绿素荧光特性的影响,以2年生山白兰幼苗为试验材料,设置31、10、5、1和0 mg/L 5个P水平,其中31 mg/L为正常P水平,采用沙培试验处理150天后,测定山白兰幼苗根、茎和叶中的大、中及微量元素含量和叶片叶绿素荧光参数。结果表明,山白兰幼苗苗高与地径增长率均随P水平降低而降低。不同低P水平下,山白兰各器官的氮(N)、P和钾(K)含量受到显著影响,随P水平降低均呈下降趋势;各器官的钙(Ca)、镁(Mg)和铁(Fe)含量受到的影响较小,其中根中Mg含量在P水平低于5 mg/L时,随P水平降低显著降低。低P水平不同程度地降低叶绿素荧光参数Fm、Fv/Fm和Y(Ⅱ),提高Fo和qN,其中5 mg/L处理是叶片光合能力受到胁迫的临界点。低P水平显著影响山白兰植株中的大量元素积累,对中微量元素积累影响较小。当P水平低于5 mg/L时,叶片光合能力受到破坏,通过提高光能耗散保护光合机构,维持植株正常生长。

黄花苜蓿与蒺藜苜蓿对土壤低磷胁迫适应策略的比较研究

土壤有效磷(P)含量低是限制植物生长的主要因素之一。根形态变化和根系大量分泌以柠檬酸为主的有机酸是植物适应土壤P素缺乏的重要机制。以广泛分布于我国北方的重要豆科牧草黄花苜蓿(Medicago falcata)和豆科模式植物蒺藜苜蓿(M.truncatula)为材料,采用砂培方法,研究了低P胁迫对其植株生长、根系形态和柠檬酸分泌的影响,对比了两种苜蓿适应低P胁迫的不同策略。结果表明:1)低P处理显著抑制了蒺藜苜蓿与黄花苜蓿的地上部生长,而对地下部生长影响较小,从而导致根冠比增加。2)低P胁迫显著降低黄花苜蓿的总根长和侧根长,而对蒺藜苜蓿的上述根系形态指标没有显著影响。3)低P胁迫促进两种苜蓿根系的柠檬酸分泌,无论是在正常供P还是低P胁迫条件下,黄花苜蓿根系分泌柠檬酸量显著高于蒺藜苜蓿根系。上述结果表明,黄花苜蓿和蒺藜苜蓿对低P胁迫的适应策略不同,低P胁迫下,黄花苜蓿主要通过根系大量分泌柠檬酸,活化根际难溶态P来提高对P的吸收,而蒺藜苜蓿维持较大的根系是其适应低P胁迫的主要策略。

模拟氮沉降对低磷胁迫下马尾松生长和磷效率的影响

近年来大气N沉降日趋严重,导致森林土壤有效N含量增加,N/P发生改变,将会影响低P胁迫下林木的生长发育和P效率.本文以马尾松家系为研究对象,设置模拟N沉降与同质低P(介质表层与深层均缺P)、异质低P(介质表层P丰富、深层缺P)耦合的盆栽试验,研究N沉降对马尾松生长性状以及P吸收和利用效率的影响.结果表明:同质低P下,模拟N沉降对马尾松生长性状和P效率影响较小,但存在显著的N×家系互作效应,家系40×44和71×20在N沉降后生物量增加,家系36×29和73×23生物量降低;异质低P下,模拟N沉降显著增加了马尾松苗高、生物量以及P吸收效率等,其原因是促进了根系生长和表层土壤中根系分布比例的增加.不同P环境下模拟N沉降对马尾松生长的影响,还与植株N/P有关.同质低P环境下,马尾松植株N/P为13.8,植株对N敏感性低,酸性磷酸酶活性增加,但未改善马尾松生长状况.在异质低P环境中,植株N/P为9.7,模拟N沉降显著增加了苗木生物量和P吸收效率,但未显著改变酸性磷酸酶活性.

模拟氮沉降对低磷胁迫下马尾松不同家系根系分泌和磷效率的影响

近年来大气氮(N)沉降的增加,导致森林土壤中有效N含量增加、N:P发生改变,研究N沉降对低磷(P)胁迫下林木根系分泌和P效率的影响具有重要意义。该文以马尾松(Pinus massoniana)家系作为试验材料,设置模拟N沉降与同质低P(介质表层与深层均缺P)、异质低P(介质表层P丰富、深层缺P)耦合的二年生盆栽实验,系统研究了模拟N沉降对低P胁迫下马尾松根系分泌性酸性磷酸酶(APase)活性、有机酸分泌以及P效率的影响。结果表明:(1)同质低P和异质低P下,模拟N沉降均显著提高了植株N:P化学计量比、增加了P素的相对匮乏程度,从而诱导根系增加了APase和有机酸的分泌,而同质低P比异质低P下增加幅度更大,其中有机酸分泌均与马尾松生长呈正相关关系,而APase活性与P效率相关性较小;(2)同质低P下,N沉降虽然增加了根系分泌,但未提高马尾松P素吸收和生长量,其原因在于,同质低P下植株N:P过高,因而植株对N沉降敏感性低;在异质低P下,植株表现为N、P共同限制,因而对N敏感性较高,N沉降增加了根系分泌,同时提高了N和P吸收效率、增加了生物量;(3)马尾松根系分泌对模拟N沉降的响应存在较大的家系差异。同质低P下,家系71×20的有机酸分泌和生物量对N沉降的响应幅度较大;异质低P下,家系36×29、71×20和73×23对N沉降的响应幅度较大。

三种南方主要造林树种苗木生长响应模拟N沉降的种间差异

我国南方土壤缺P严重,加之近年来大气N沉降增加明显,导致森林土壤有效N含量增加和N/P发生改变,从而对林木的生长发育和生产力产生影响。本文选择马尾松、杉木和木荷等3种南方具有不同生长和生物学特性的主要针阔叶造林树种,设置低P胁迫下的模拟N沉降盆栽试验,研究N素增加下3种苗木生长发育及适应低P胁迫机制的种间差异。结果表明:1)模拟N沉降增加了马尾松和木荷生物量向地上部分的分配,增加了地上部分的生长量和生物量,但根系的生物量降低,2种幼苗的整株生物量变化均不显著。N素的增加严重抑制了杉木幼苗地上部分和根系的生长,整株生物量显著降低;2)模拟N沉降加剧了3种幼苗遭受低P胁迫的程度,其根系分泌性酸性磷酸酶(APase)活性及有机酸总量均增加。马尾松和木荷较杉木根系分泌物总量增加幅度大;3)模拟N沉降增加了3种幼苗叶N含量,降低了叶P含量,增加了叶N/P。杉木叶N/P增加幅度最大,马尾松叶最小。杉木叶N/P急剧增加,导致其叶P含量的相对匮缺,叶N、P素营养失衡,最终影响杉木叶光合作用。马尾松和木荷叶片N/P增加幅度较小,N素的增加促进了2种幼苗净光合速率的提高;4)N沉降下,马尾松、木荷表层土壤酸化程度较杉木大。杉木和马尾松土壤水解N含量增加幅度较木荷更大,这归因于木荷对土壤表层N的吸收和淋溶作用均较大,马尾松表层土壤N的淋溶作用较杉木强。3树种盆栽土壤有效P含量均降低,而表层土壤有效P含量均较底层高。