柱花草在酸性红壤中磷吸收效率及其形态和生理生化特性初探

本文通过盆栽及水培试验对桂花草地上部、根部形态、根际酸化及根、叶酸性磷酸酶活性等生理生化特性的测定,对柱花草基因型适应低磷的机制进行研究,为选育磷高效率基因型提供依据。结果表明,在酸性低磷红壤区,供试的十三个桂花草品种在株高、分枝数、主根长、根系活跃吸收面积及根际酸分泌等方面差异明显。相关分析结果表明,地上部生物量与株高、分校数、主根长和根系活跃吸收面积等形态特征间相关关系明显。在低磷区,根际酸化能力与植株吸磷量之间相关关系显著,表明报际酸化有利于柱花草对磷的吸收。根部和叶部磷酸酶活性与缺磷条件下地上部生物量和植株吸磷量之间无显著相关,进而表明桂花草的磷效率主要是由吸收效率所决定的。     

柱花草SgLPR1基因克隆与表达分析

植物的生长和发育受土壤磷有效性的影响。柱花草(Stylosanthes guianensis)是主要的热带豆科牧草，对低磷胁迫表现出优良的适应性。由LPR基因编码的多铜氧化酶被报道在调控植物根系生长和低磷响应方面发挥重要作用。本研究分析了低磷胁迫对两个柱花草基因型生长的影响，并对SgLPR1基因进行了克隆和表达分析。结果表明：相对柱花草基因型‘TF0285’，‘TF0277’具有较高的植株干重和磷吸收效率，且低磷处理促进了‘TF0277’根系的生长。基因克隆分析表明，SgLPR1基因全长为1 713 bp，编码570个氨基酸残基，蛋白分子量为64.1 kDa，属于Cupredoxin家族成员，亚细胞定位预测SgLPR1蛋白定位于内质网上。实时定量聚合酶链反应(PCR)结果表明，SgLPR1基因在柱花草茎中表达量高于其他组织中的表达量，且在根尖大于1 cm的根段中表达量最高。相比对照处理，缺氮、缺磷和缺钾处理均增加了SgLPR1基因在柱花草叶和根中的表达量。此外，低磷处理增加了SgLPR1基因在柱花草‘TF0277’根中的表达，但其在‘TF0285’根中的表达无显著变化。本研究结果揭示了...     

柱花草磷高效种质筛选及根系形态对低磷胁迫的响应分析

为筛选磷高效柱花草（Stylosanthes guianensis）种质并解析其根系适应低磷胁迫的机理,本试验水培了31份柱花草,开展了磷效率评价,分析了低磷胁迫对柱花草根系的影响,并检测了6个扩展蛋白基因（Expansins,EXP）响应低磷胁迫的表达模式。结果表明,低磷胁迫显著降低柱花草的干重和全磷含量。磷效率分析结合根系表型显示,TF291为磷高效高响应型,且低磷胁迫显著促进其根系生长,TF343为磷低效低响应型,且低磷条件下其根系生长显著受抑制。荧光定量PCR表明,低磷处理（-P）使SgEXPB2在TF291和TF343根系中的表达分别增加3.73倍和1.52倍（P<0.05）,SgEXLB1在TF291根系中表达增加1.61倍（P<0.05）。综上所述,本研究筛选到磷高效高响应型柱花草种质为TF291,且根系中SgEXPB2和SgEXLB1基因上调表达,可能参与柱花草适应低磷胁迫。     

根系分隔方式对‘热研5号’圭亚那柱花草亲缘识别与选择的影响

为探索根系分隔方式对‘热研5号’圭亚那柱花草(Stylosanthes guianensis ‘Reyan No. 5’)亲缘识别与选择的影响,通过盆栽试验,研究圭亚那柱花草‘热研5号’分别与自身以及‘热研2号’、‘热研21号’和‘热研24号’ 3个品种伴生生长时,3种根系分隔方式(根系不分隔、尼龙网分隔、塑料膜分隔)下柱花草形态特征(株高、分枝数、根长、侧根数)和生物量分配(地上生物量、地下生物量、总生物量、叶茎比、根冠比)的变化差异。结果表明：不同根系分隔方式下,‘热研5号’圭亚那柱花草的生长指标发生显著变化,地上生物量、地下生物量、总生物量等表型指标均呈现出根系不分隔<尼龙网分隔<塑料膜分隔的变化趋势。根系不隔离条件下,与‘热研24号’伴生时,‘热研5号’圭亚那柱花草的株高、分枝数、地上生物量、地下生物量、总生物量、叶茎比均显著增加(P <0.05),与‘热研21号’伴生时,分枝数、侧根数、地下生物量、总生物量和根冠比显著增加(P <0.05),与‘热研2号’伴生时地上生物量、总生物量及叶茎比显著降低(P <0.05),其余生长指标与对照组相比均无显...     

酸性红壤区柱花草磷效率基因型差异

本试验选用十三个不同基因型柱花草品种,通过盆栽试验,比较其营养生长和磷吸收情况。结果表明,在酸性低磷红壤区,品种间的磷效率差异明显,根据其在低磷酸性红壤不同的生长状况,可划分为野生型、栽培型和磷高效率型三种类型。在相同磷水平下,不同基因型柱花草品种的磷含量并无明显差异,基因型间对低磷或高磷的适应能力并不表现在植株含磷量的差异方面,通过计算植株吸磷量和磷效率比值,对磷的吸收效率和利用效率进行比较,前者对磷高效率基因型更为重要。     

低磷胁迫对太空诱变耐低磷柱花草酸性磷酸酶活性和磷效率的影响

低磷胁迫是酸性土壤限制牧草生产的主要障碍因子之一。本课题组前期的研究中,通过太空诱变获得了一个耐低磷柱花草突变体TPRC2001-84,但其适应低磷胁迫的机制仍不清楚。以TPRC2001-84及其亲本热研2号(RY2)为试验材料,通过水培方法,比较正常供磷(+P,250 μmol·L^-1 KH₂PO₄)和低磷(-P,5 μmol·L^-1 KH₂PO₄)处理对TPRC2001-84和RY2生物量、磷吸收效率、磷利用效率、可溶性磷浓度、细胞壁磷含量和酸性磷酸酶(ACP)活性的影响。结果表明,相对于正常供磷处理,低磷处理显著降低了两份柱花草材料的植株干重和磷吸收效率(P<0.05),但显著提高了两份柱花草材料的磷利用效率(P<0.05)。并且,TPRC2001-84在低磷处理下的植株干重和磷利用效率分别是RY2的1.6和1.4倍。在低磷胁迫下,虽然TPRC2001-84叶片和根系的细胞壁磷含量只有RY2的70%左右,但是,TPRC2001-84叶片和根系的可溶性磷浓度分别比RY2高36.8%~42.6%,细胞壁ACP活性分别比RY2高46.6%~53.6%。以上结果说明,柱花草TPRC2001-84在低磷胁迫下具有较高的细胞壁ACP活性,有利于其对细胞壁中贮存磷的活化利用,从而获得较高的磷利用效率。这将为选育磷高效柱花草新品种提供理论依据和种质材料。     

柱花草根系分泌物对缺磷胁迫的响应分析

为探索柱花草(Stylosanthes guianensis)根系分泌物对缺磷胁迫的响应，本研究以‘热研5号’柱花草为材料，通过水培试验，分析了正常供磷(+P)和缺磷(-P)处理对柱花草生长及根系分泌物的影响。结果表明，相对于+P处理，-P处理显著降低了柱花草植株干重和全磷含量。随后，代谢组共检测到101个根系分泌代谢物，可被分为有机酸、氨基酸、类黄酮、糖及醇类等七类，其中-P与+P处理间的差异累积代谢物25个。属于有机酸的咖啡酸、1-氨基环丙烷-1-羧酸和α-酮戊二酸在-P处理下的分泌量显著增加，且其中α-酮戊二酸对磷酸铝具有较强的溶解能力。此外，荧光定量PCR分析发现，柱花草根系中参与α-酮戊二酸合成的柠檬酸脱氢酶基因SgICDH在-P处理下的表达量显著增加。因此，柱花草根系通过上调SgICDH基因的表达，促进α-酮戊二酸的合成与分泌，从而增强对难溶性磷的活化利用，以适应缺磷胁迫。     

6个紫花苜蓿品种根系形态结构对低磷胁迫的响应

为明确低磷胁迫下紫花苜蓿（Medicago sativa L.）根系形态结构的响应差异对磷效率的影响,以6个紫花苜蓿品种为材料,采用营养液砂培法,测定两种磷水平（对照：0.5 mmol·L^-1;低磷：0.05 mmol·L^-1）下苜蓿根系形态、解剖结构和磷效率。结果表明：低磷胁迫下,各苜蓿品种的根系长度、表面积、导管直径、中柱直径及其占根直径比例均降低,其余根系性状则呈现不同的变化趋势。低磷胁迫抑制了各苜蓿品种的生长和磷吸收;除‘赛迪’的磷利用效率显著增加外,其余5个苜蓿品种的磷利用效率均显著降低。‘赛迪’主要通过增加根冠比和磷利用效率,表现出较强的耐低磷能力。总体表明,根系长度、表面积、体积、导管直径、中柱直径及其占根直径比例是苜蓿根系响应低磷胁迫的主要指标,其中根系长度和中柱直径占根直径比例分别是影响6个苜蓿品种磷吸收和利用效率最关键的根系性状。     

土壤磷水平对柱花草株高、根长及生物量的影响

通过对8个柱花草品种(系)进行4个不同磷水平处理,在收获前对柱花草的生长情况进行调查,分别测量其株高、主根长和单株生物量,研究土壤磷水平对柱花草株高、根长及生物量的影响,旨在初步筛选耐低磷的柱花草品种(系)。结果表明:随着施磷量的减少,各柱花草品种(系)的平均株高、主根长和单株生物量总体呈下降趋势。其中,1号品种即西卡柱花草最耐低磷,5号品种即热研5号柱花草较耐低磷,7号柱花草即GC1463品系最不耐低磷。     

柱花草磷转运蛋白SgPT1的克隆和表达分析

磷是植物生长所必需的大量元素。高亲和磷转运子是控制植物对磷吸收和转运的主要蛋白。本研究以磷高效的柱花草基因型TPRC2001-1为对象,首先建立低磷胁迫下TPRC2001-1根系全长cDNA文库。通过同源克隆的方法,首次克隆到编码柱花草高亲和磷转运蛋白的基因,SgPT1。该基因全长cDNA为1 994 bp,编码538个氨基酸残基,蛋白分子量为59 kD。SgPT1蛋白具有高亲和磷转运子的结构特点,即含有“6+6”跨膜结构。而且,定量PCR分析结果表明低磷胁迫显著促进SgPT1在根部的表达,表明该基因可能参与低磷胁迫下磷的吸收和转运的过程。总之,以上结果表明SgPT1的加强表达可能是TPRC2001-1适应低磷胁迫的分子机制之一,为进一步研究柱花草适应低磷的分子机制提供候选基因。     

不同氮效率型苜蓿氮素吸收差异与根系形态的关系及其对氮的响应

以高效型苜蓿（‘龙牧806’‘肇东苜蓿’）和低效型苜蓿（‘公农1号’‘陇东苜蓿’）为试验材料，采用营养液砂培法，在4个供氮量下（2.1，21，210和420 mg·L^-1），研究紫花苜蓿苗期氮素吸收、分配的氮效率型差异及其与根系形态之间的关系。结果表明高效型苜蓿品种的株高、地上生物量、根重、总根长和根体积均显著高于低效型品种（P<0.05）；供氮量较低时（2.1和21 mg·L^-1），高效型向根系分配了较大比例的氮素，而低效型则向地上部分配了较大比例的氮素，根系形态参数与总氮量呈显著正相关（P<0.05），且根重对氮素吸收的直接作用较大，直接通径系数是1.230和1.102。因此，在氮胁迫下，根系形态对氮吸收效率起重要作用，尤其是根系形态中的根重对其影响较大。     

圭亚那柱花草苗期抗旱性评价及抗旱种质鉴定

本研究用水培试验方法，分别在15%聚乙二醇6000（Polyethylene glycol，PEG-6000）模拟干旱胁迫5 d和14 d后对93份圭亚那柱花草（Stylosanthes guianensis Sw.）的枯叶率、相对叶绿素含量、相对含水量、净光合速率、气孔导度及蒸腾速率进行测定，运用相关性分析、主成分分析、隶属函数法等方法对圭亚那柱花草种质进行抗旱性综合评价并筛选抗旱种质。隶属函数抗旱能力排序表明，在处理的第5 d，71（CIAT10598），73（CIAT10347），72[Wangtingbiao（Qi）]，74（Graham），32（TPRC2001-54），39（TPRC2001-26），33[GC1480（IRRI）]和37（TPRC2001-14）等8份材料抗旱性最差，表现为干旱敏感材料；在处理的第14 d，91（TPRC2001-83），82（Nan02145），19（CIAT11362），59（Endeavour），67（Reyan No.2），80（CIAT87830），55（TPRC90033），45（TPRC L2），27（TPRC2001-68），5（TPRC2001-85），23（TPRC2001-20）和50[TPRC90005（1）]等12份材料表现出较强抗旱能力。根据隶属函数排名选取部分材料进行土壤条件下抗旱性验证，结果表明59（Endeavour）和23（TPRC2001-20）的抗旱性明显优于其它材料。本试验可为柱花草抗旱育种提供理论依据。     

3种圭亚那柱花草根系分泌物对杂草幼苗生长的影响

为明确3种圭亚那柱花草（Stylosanthes guianensis Sw.）（‘热研2号’、‘热研5号’和热研21号）的根系分泌物对杂草生长的化感效应,采用营养液培法分别收集其根系分泌物,研究其对5种外来入侵杂草幼苗形态特征及生物量分配的影响。结果表明,除对含羞草（Mimosa pudica L.）幼苗无显著影响外,3种圭亚那柱花草对其余4种杂草的总化感综合效应均为抑制作用。‘热研5号’柱花草对杂草幼苗生长的化感抑制效应强于其他二者,对蒺藜草（Cenchrus echinatus L.）幼苗的根长、株高、地下生物量、地上生物量、总生物量和根冠比均有显著抑制效应（P<0.05）,对羽芒菊（Tridax procumbens L.）幼苗的侧根数、地下生物量和根冠比有显著抑制效应（P<0.05）,也显著抑制假臭草（Eupatorium catarium V.）幼苗的生物量向地下分配（P<0.05）,仅对鬼针草（Bidens pilosa L.）幼苗的抑制效应相对较弱。灰色关联分析表明,进行圭亚那柱花草的化感效应研究中应重点关注总生物量、地上生物量和株高。由此推测,3种圭亚那柱花草品种中,‘热研5号’柱花草具有防控外来入侵杂草的潜力。     

基于植物学性状分析山蚂蝗属种质的遗传多样性

南方热区对高品质牧草品种的需求不断增加,而形态特征综合评价是优良品种选育的前提。本试验以9种76份山蚂蝗属（Desmodium Des.）种质为材料,对32个植物学性状进行观测,研究其形态学遗传多样性。结果表明：32个植物学性状中荚果形状和茎毛类型变异系数最大,分别为60.72%和50.45%,说明山蚂蝗属具有丰富的遗传多样性;聚类分析表明,在欧氏距离17处可将76份种质分为7类,其中第一类中糙毛假地豆071221227、灰色山蚂蝗CIAT46561、假地豆061002029,081229011,071221025,070302002、卵叶山蚂蝗CIAT350、异果山绿豆041104057,070117039叶形及果形大、中央小叶较宽、被毛少,具有高产优质特点,可作为育种的候选材料。本研究明确了山蚂蝗种间形态学遗传多样性特点,获得的9份材料为山蚂蝗育种奠定基础。     

不同光强下4种鸭跖草科植物的生物量分配、水分生理及光响应特征

以紫鸭跖草、‘花叶’水竹草、吊竹梅和‘绿叶’水竹草为试验材料,利用遮光网人工模拟5个光强梯度,研究不同光强对4种鸭跖草科植物生物量分配、水分生理以及光响应曲线特征的影响。结果表明：随光强的降低,4种植物的地上生物量均呈先升后降的趋势,并在遮光度25%至75%期间显著升高（P<0.05）,除紫鸭跖草的总生物量无显著变化外,其他3种植物的总生物量也呈先升后降趋势;不同光强对4种植物的物质分配规律及冠根比的影响不同,但4种植物的茎贡献率均呈上升趋势;正午水势随光强的降低而增加,且与失水速率的变化趋势具有较高的一致性,其中紫鸭跖草和吊竹梅的失水速率较低;在不同光强处理下,4种植物的光响应曲线均呈现出随着光合有效辐射（PAR）的增加而先增加后趋于平缓的趋势;随着光强的降低,4种植物的最大净光合速率、表观量子效率和光饱和点均呈现出先升后降的趋势;紫鸭跖草和吊竹梅具有较高的最大净光合速率、表观量子效率、光饱和点以及较低的暗呼吸速率,且水分利用效率在不同处理间无显著差异,均表现出较高的水平。综上所述,4种植物在适当的弱光环境中（遮光度25%~75%）,可以通过调整形态、物质分配规律及光响应特征的方式去更有效的利用弱光资源,但不同种植物的应对能力呈现出一定的差异性,其中紫鸭跖草和吊竹梅的光适应性较强。     

不同磷处理下两种生态型粗齿冷水花的富磷特征及根系形态差异

采用水培试验,以矿山生态型和非矿山生态型粗齿冷水花为材料,设置50,100,200,400和800 mg/L五个磷处理,探讨2种生态型粗齿冷水花对磷的富集能力以及根系形态的差异。结果表明,1)随着供磷浓度的增加,2种生态型粗齿冷水花生物量均呈先增高后降低的趋势,并在磷400 mg/L时最大;而不同供磷浓度下,均表现为矿山生态型生物量高于非矿山生态型。2)2种生态型粗齿冷水花根、茎、叶磷含量随着供磷浓度的增加而增加,且矿山生态型高于非矿山生态型,其中叶片磷含量最高能达到22.85 g/kg。3)在一定范围的高磷水平下,矿山生态型粗齿冷水花的总根长、根系表面积、根系总体积和侧根数均大于非矿山生态型,而平均直径差异不大。表明高磷条件下矿山生态型粗齿冷水花具有较好的富磷能力,而良好的根系形态是其富磷的重要特征。