植物根系识别的研究

作者针对近年来植物间相互作用这一热点研究领域,分别对同种植物间和异种植物间存在的植物根系识别现象进行了综述。多数研究表明,植株的根系在生长过程中具有辨识自我或非自我(包括亲缘或非亲缘)、同种或非同种的能力,并可以通过调控自身根系生长发育去对邻近其他根系做出不同反应。当植株个体与自我根系相邻时,其根系发育将不受影响。当植株个体与非亲缘关系或者其他物种个体的根系相邻时,其根系发育将得到促进,根生物量或者长度显著增加。这种植株个体针对自我/非自我、同种/非同种的不同邻间关系做出的响应差异可能与根系分泌物中的成分、菌根真菌的功能以及化学信号的传递等有密切关系。

作物根系原位观测识别新方法综述

根系是植物从土壤中获取养分和水分并支撑植物体的重要器官,由于根系的复杂形态及土壤的不透明属性使得对其观测困难,缺乏有效的原位根系观测方法已成为深入研究植物根系的技术瓶颈。文章从根系观测技术和根系识别算法两方面分别进行了综述。在观测技术方面,主要对微根管观测法(二维根系观测法)和计算机层析成像法(根系三维构型观测方法)及其优缺点进行了综述。在根系识别算法方面,对根系二位形态识别算法和三维构型识别算法进行了分析,指出了算法的优点和局限。最后,在对两类观测识别技术深入分析的基础上梳理出自然土壤介质下根系三维构型原位观测识别技术(计算机层析成像法)是根系定量化研究未来的发展趋势。

基于^(13)C标记的低磷胁迫杉木根系亲缘识别分析

为了探究低磷(P)胁迫下不同亲缘关系邻株对杉木生长的影响规律,验证杉木根系是否具有亲缘识别行为,采用室内盆栽控制试验,选择2个杉木半同胞家系(No.32、No.28)为试验材料,利用^(13)C同位素标记方法,分别在不同供P水平条件下(1.0 mmol/L KH_(2)PO_(4),P1和0 mmol/L KH_(2)PO_(4),P0),构建亲缘组(No.32+No.32^(*),^(*)为进行^(13)C同位素标记的植株)、非亲缘组(No.28+No.32^(*))2种亲缘邻株栽植模式,以杉木单株栽植(No.32^(*))为对照处理(CK),分别对不同处理中No.32杉木幼苗的地上部进行^(13)C同位素标记,测定不同亲缘邻株下的杉木根长、根表面积、根体积、根平均直径等生长指标,以及邻株参试苗木叶、茎、根的^(13)C丰度的差异性。No.32^(*)的邻株植物在未标记^(13)C的情况下检测出^(13)C丰度发生显著变化。在不供P处理下发现非亲缘组No.28的全株总^(13)C丰度显著高于亲缘组No.32,表明低P胁迫促进杉木与非亲缘邻株的C交流。不供P处理下非亲缘组No.32^(*)杉木全株生物量比亲缘组No.32^(*)低了31.3%,供P水平显著改变了杉木与邻株的相处生长模式,与非亲缘植株相邻的杉木全株生物量减少,根冠比降低,生长发育减弱。不供P处理下,非亲缘组No.32^(*)比CK组提高46.0%根表面积,降低74.7%根体积。不供P处理下,非亲缘邻株促进杉木根表面积增加,提高P获取能力,增强杉木地下部分竞争力。不供P处理下,非亲缘组No.32^(*)全株P含量与CK组没有显著差异,而亲缘组显著低于CK组,非亲缘组No.32^(*)全株P利用效率(PUE)显著低于亲缘组,可见,在低P胁迫下亲缘邻株可促进杉木PUE的提高,缓解杉木的低P胁迫,维持逆境中杉木的正常生长发育。本研究发现杉木与邻株存在基于^(13)C交流的亲缘识别,低P胁迫下杉木面对亲缘植物表现出提高相互响应度,提高PUE,面对非亲缘植物则表现出较强竞争力。养分匮乏下,杉木面对不同的亲缘邻株做不同的应对策略,这为优化杉木人工林种内或种间混交经营管理提供了理论依据。