水稻根系中磷高效吸收和利用相关基因表达对低磷胁迫的应答

研究水稻耐低磷机制,对高效利用土壤磷的水稻品种改良具有重要意义。应用基因芯片和qRT-PCR技术,分析了耐低磷水稻品种仪2434和低磷敏感品种通粳981根系中磷高效吸收和利用相关基因表达对低磷胁迫的应答。水稻叶片磷含量的测定结果表明,低磷胁迫下仪2434的叶片磷含量较对照降幅小,这表明仪2434较通粳981具有更强的磷素吸收利用能力。基因芯片检测结果表明,在低磷胁迫下的仪2434根系中,PHR1、osa-miR399s和SPXs基因的表达诱导、激活磷饥饿信号途径;APA、PAPs、MPE、PA、PEPC和VDAC1、C4-DT/MAT等基因的表达诱导,增强有机磷水解酶和有机酸的合成和分泌,促进介质中难溶性磷的活化;OsPT2、OsPT6基因的表达诱导,促进仪2434根系对磷的高效吸收。qRTPCR检测结果表明,仪2434根系中与磷饥饿信号转导、磷活化、磷高效吸收相关的8个代表性基因(PHR1、SPX、PAP、APA、PEPC、MFS、OsPT2、OsPT6)的表达水平均随低磷处理时间的延长呈逐步增高的趋势;经低磷处理后,所检测的8个基因在仪2434根系中的转录水平均显著高于其在通粳981根系中的转录水平,PHR1、APA、OsPT2在通粳981根系中的表达诱导作用不明显,且仪2434根系组织和根系分泌的酸性磷酸酶活性较通粳981增强更显著,这可能是仪2434较通粳981对低磷胁迫有较高耐性的主要机制之一。

基于根系形态及空间分布的甘蔗磷高效吸收特征分析

【目的】以广西为首的亚热带甘蔗主产区由于受到土壤酸化的影响,耕地土壤有效磷普遍缺乏。探究甘蔗根系形态和分布特征的基因型差异及其与磷效率之间的关系,可为从根系构型方面进行甘蔗磷效率的遗传性状改良提供理论基础。【方法】以1个磷高效基因型ROC22(RO)和2个磷低效基因型Co285(CO)、Phil72-445(PH)为材料,设置低磷和正常磷2个处理。通过水培和土培试验比较不同基因型的生长和磷吸收差异;通过水培试验和根系动态观测探究甘蔗根系形态和根系空间分布与磷高效吸收的关系。【结果】水培试验中RO的相对生物量和相对磷积累量分别比CO高54%和131%,比PH高166%和320%,而在土培试验中分别比CO高97%和50%,比PH高232%和96%。低磷处理下,CO和PH的各项根系参数都有所下降,而RO的比根长、比根表面积、比根体积和比根尖数均极显著增加,分别比正常磷高182%、234%、296%和143%。相比正常磷,低磷条件下CO和PH在浅层(0~25 cm)的根长密度分别有少量的增加或减少,浅层根长密度占比较低(42%~44%),而RO在浅层的根长密度增加较多,且浅层根长密度占比较高(51%)。相关性分析结果显示,低磷条件下影响甘蔗生长和磷吸收的关键指标是比根长和浅层根长密度。【结论】磷高效基因型RO通过促进侧根生长,增加单位根系的数量、表面积和体积;调节根系空间分布,增加浅层土壤的根系密度和占比,进而增加根系与土壤磷的接触范围,从表土中吸收更多磷来应对低磷胁迫。

小麦高效吸收和利用磷素的生理机制

以典型的不同磷效率小麦品种为材料,对磷高效小麦品种高效吸收和高效利用磷素的生理机制进行了研究。结果表明,在缺磷条件下,与低效型品种(L)相比,吸收高效型品种(Ha)和利用高效型品种(Hu)较高的籽粒产量,分别与各自较强的磷吸收能力和磷利用效率密切相关。在缺磷条件下,单株次生根数以Ha最多,次生根系粗度(根系半径)和单位土体根系干重均以Ha最大,Hu次之,L最小。在拔节期、抽穗期和灌浆中期的根系TTC还原力、可溶蛋白含量和根系分泌的酸性磷酸化酶(APase)活性均以Ha最高,Hu次之,L最低。随着生长进程,叶片的APase活性不断增加,在缺磷条件下,各测定时期均以Hu最高。可见Ha在磷胁迫下对磷素吸收量的增加,是根系形态和根体构型改变、土壤中难溶性磷活化效率增加的结果;Hu磷利用效率的提高,一定程度上是由于其叶片较高APase活性相对改善植株磷的代谢周转和再利用能力所致。

不同基因型小麦耐低磷生理机制研究

为揭示小麦耐低磷机制和培育磷高效基因型品种,以黄淮麦区20个小麦品种为材料,系统测定了水培体系中低磷胁迫(5μmol/L)和正常供磷(500μmol/L)条件下不同基因型小麦苗期的生物量、磷吸收量、根冠比和根效率,并对其耐低磷生理特性进行了比较分析。结果表明,不同基因型小麦应对低磷胁迫的生理特性有明显差异,可通过增加根系生物量、提高根系吸磷效率或增加植株体内磷利用效率等途径应对低磷胁迫;济麦17、矮抗58、晋麦47显示出磷吸收高效,豫麦49和川农17显示出磷利用高效。综合比较,济麦17、晋麦47、川农17为磷高效基因型小麦品种,具有较高的小麦磷高效育种应用价值。