根际微生物群落介导植物磷胁迫应答与免疫调控的整合机制

植物与土壤微生物的长期互作过程中,逐渐演化形成了植物-微生物相互适应的协同调控机制。植物种类和根系分泌物可以影响根际微生物的群落结构,而根际微生物群落反过来也可以影响植物对土壤环境中生物和非生物胁迫的响应。植物磷饥饿(耐低磷)响应机制和抗病(免疫)机制研究在农业生产上都具有十分重要的意义。近年来的研究表明,植物根际微生物可以介导植物对营养物质识别(饥饿响应)和病原防御系统(免疫)分子机制的整合调控。本文综述了本领域研究的最新进展,详细解析了植物体内磷胁迫调控与免疫调控两个重要网络在根际微生物群落影响下发生的整合调控,探讨了植物体内分子应答与根际生态的互作机制,对开展作物耐低磷及抗病机制的研究和应用都具有重要意义。     

东北地区四种农作物根际磷细菌的分布

从小麦、水稻、玉米,大豆根际土壤中磷细菌数量及其群落结构、多样性和相似性等几个方面,对东北地区代表性农作物根际磷细菌生态分布规律进行了系统研究.结果表明,4种作物根际土壤中分布大量解磷菌和溶磷菌,其中解磷菌达到2.15～6.68×105cfu·g-1、溶磷菌达到0.7～3.9×104cfu·g-1,解磷菌数量多于溶磷菌;作物根际土壤有效磷含量与磷细菌数量问无直接相关性;东北地区农作物根际磷细菌种群结构复杂,小麦、玉米、水稻、大豆根际土壤解磷菌分别涉及9个、11个、13个、12个菌属,溶磷菌分别涉及9个、8个、9个、7个菌属:4种主要农作物根际土壤中分布的磷细菌具有较高的多样性指数,且一般来说根际土壤中解磷菌多样性更高;作物根际磷细菌组成相似性系数在0.50～1.00之间,总体处于较高水平,且溶磷菌的相似性系数高于解磷菌.     

不同抗性小麦品种与蚕豆间作对小麦根际速效养分含量的影响

通过田间试验研究了3个对白粉病抗性不同的小麦品种93-124(低抗)、云麦-47(高抗)和云麦-42(中抗)分别与蚕豆间作对小麦不同生育期根际速效氮、磷、钾养分的影响差异。结果表明,在单作条件下,不同抗性小麦品种间根际速效氮含量和根际速效钾含量在各生育期均无显著差异,根际有效磷含量在分蘖、拔节、抽穗期无显著差异,灌浆期93-124根际有效磷含量显著高于云麦-42。小麦蚕豆间作显著提高了分蘖、拔节和抽穗期小麦根际土壤速效氮、磷、钾含量,降低了成熟期根际速效氮、有效磷含量。在分蘖至抽穗期,与单作相比,93-124、云麦-47和云麦-42的根际碱解氮含量分别提高了23.16%~46.90%、23.74%~31.78%和11.23%~22.44%间作93-124的根际有效磷含量提高了35.26%~59.63%;间作云麦-47根际速效钾提高了10.87%~57.59%。间作提高根际速效氮、磷养分的效应以93-124最高,间作提高根际速效钾的效应以云麦-47最高。小麦蚕豆间作具有显著的产量优势,93-124、云麦-47和云麦-42的LER(土地当量比)分别为1.01,1.20和1.14。     

中低品位磷矿资源高效利用机制与途径研究进展

磷矿是生产磷肥的原料,是不可再生的重要战略资源。高品位磷矿开采过度,面临枯竭。充分利用中低品位磷矿,是磷资源可持续高效利用的关键。中低品位磷矿有效磷含量低,提高磷的活化利用效率是综合利用中低品位磷矿的核心。然而,对中低品位磷矿的利用大多重视物理和化学方法的活化效应,忽视了植物自身根际效应的活化作用。植物通过调控根系形态与生理,以及根际互作效应,促进对中低品位磷矿养分的活化与吸收。这种基于根际过程的生物活化是磷资源高效利用的重要途径。本文在总结中低品位磷矿中磷的活化方法的基础上,提出了通过强化作物根际效应,挖掘植物的生物学潜力,提高作物对中低品位磷矿的综合利用效率,为磷资源的可持续利用提供科学依据。本文主要从根际效应层面剖析了中低品位磷矿高效利用的技术原理与途径。充分发挥作物高效利用磷的生物学潜力,有效利用作物的根际特性,实现土壤–作物–磷肥的匹配,开发“绿色”新型磷肥将是未来实现磷资源可持续利用的有效途径。加强磷矿中全量养分的综合利用也是未来研究的重点方向。     

不同磷效率油菜根际土壤磷活化机理研究

筛选和培育耐低磷植物是缓解磷矿资源缺乏和提高磷肥利用效率的有效途径之一。本研究在前期材料筛选的基础上,通过根箱试验研究不同磷效率油菜根际土壤磷活化机理,其结果如下:在施磷和不施磷处理条件下,磷高效油菜品种B56（HG）的吸磷量和生物量均高于磷低效品种B10（LG）;两油菜品种根际土壤中的NaHCO3-Pi, NaHCO3-Po和 NaOH-Pi,NaOH-Po四种磷素形态均有显著的亏缺现象;磷高效品种（HG）根际土壤上述四种磷素形态亏缺程度大于磷低效品种（LG）,但Resin-P则出现富集,并且HG的富集程度大于LG,这可能与HG具有较高吸磷能力有关。两油菜品种根际土壤HCl-Pi 和 残渣态磷（Residual-P）没有发生明显的亏缺现象。相比较而言,HG能分泌更多的酸性磷酸酶,该酶活性与NaHCO3-Po含量呈显著的负相关,说明酸性磷酸酶对有机磷矿化起着非常重要的作用。     

苗期耐低磷烟草基因型筛选及其磷效率

【目的】筛选耐低磷及磷高效作物是充分利用土壤磷素和磷肥,减少磷肥施用对环境污染的重要手段。调查烟草基因型的磷素利用效率可为培育磷高效烟草品种提供理论依据。【方法】以71个烟草品种为供试材料进行了水培试验。以Hoagland营养液为基础(1.0 mmol/L KH₂PO₄),调整营养液磷水平0.01 mmol/L KH₂PO₄ (低磷)。烟苗在完全营养液中生长至4叶1心时进行处理。处理21天后,采样分析烟草主要生长、形态和生理指标,筛选耐低磷基因型判别指标,并对品种进行磷效率类型划分。【结果】全株磷累积量、地上部干重、根干重、株高、总根长及根直径可作为鉴定耐低磷烟草基因型的苗期筛选指标。将全株磷累积量和地上部干重的耐低磷相对值进行聚类热图分析,鉴定出8个耐低磷品种、21个低磷敏感品种及42个中间型品种。同时,依磷效率综合值作散点图发现,耐低磷品种中有4个低磷低效正常磷低效型、2个低磷高效正常磷高效型和2个低磷高效正常磷低效型,低磷敏感品种中有14个低磷低效正常磷低效型、1个低磷高效正常磷高效型和6个低磷低效正常磷高效型。【结论】初步确定K326和云烟105为耐低磷且磷高效品种,G28、闵烟3号、DB101、Oxford 2028、14P10、CV70、云烟98、MSB44、单育2号、净叶黄、CB1、中烟101、RG11和MSB31等14个为不耐低磷且磷低效品种。     

石灰土地区几种作物根际与非根际土壤养分特征对比研究——以重庆市中梁山为例

以重庆市中梁山石灰土地区为研究区,选择莴笋、红菜苔、白菜、瓢儿菜和桔子5种不同的作物,通过野外采样和室内实验分析的方法,分别测定了5种作物的根际与非根际土壤的全氮、全磷、全钾、水解氮、速效磷、速效钾、有机质的含量以及土壤pH值,并进行了对比分析。结果表明,根际与非根际土壤的全氮、全磷、全钾、水解氮、速效磷、速效钾、有机质和pH值之间均表现出显著的差异性（p<0.05）。这5种作物的养分含量除了桔子树的根际土壤速效磷出现亏缺外,其余4种作物根际土壤的全氮、全磷、全钾、水解氮、速效磷以及速效钾都高于非根际土壤,不同作物出现了不同程度的富集现象。另外,根际土壤的pH值均低于非根际土壤;根际土壤有机质含量均高于于非根际土壤。     

磷与水分互作的根土界面效应及其高效利用机制研究进展

【目的】磷与水分利用率低是制约作物生产的重要因子。磷必须在水分的作用下通过根土界面才能被作物吸收利用,磷和水分在根土界面的互作效应是影响其高效利用的关键环节。本文以根际为核心,重点综述了磷与水分在根土界面的互作机制,并剖析了通过强化根土界面磷与水分的协同,提高农田水肥资源利用效率的根际调控途径。[主要进展]根系的形态和生理变化深刻影响磷和水分的有效性,而根系生长和根际过程依赖于植物的营养和水分供应状况,作物根层适宜的水分和养分供应水平能最大化根系和根际过程的效率,从而促进作物对磷与水资源的高效利用。作物根系除了能对根层土壤中磷和水分的系统供应做出响应外,也对局部磷和水分的变化产生形态和生理上的反应。根系响应磷和水分的表型可塑性与植物激素的调控作用密切相关。ABA、乙烯、NO均参与磷和水分互作的调控过程,质外体pH在调控植物抵抗水分胁迫过程中具有重要作用,并与植物的营养状况密切相关。[展望]深入理解根土界面水与磷互作的协同过程及其调控机制是提高集约化作物体系水分和磷利用效率的关键。未来的研究方向与重点包括:进一步揭示磷和水分互作与激素信号途径之间的关系,探明农田生态系统中磷与水分互作的根土界面效应及其高效利用的协同机制,建立不同种植条件下水肥资源高效利用的根际调控途径,为通过根系、根际的定向调控,发挥其生物学潜力,提高集约化农田水肥资源的利用效率提供科学依据。     

不同品种小麦根际磷转化及VA菌根对小麦根际磷转化的影响

采用三室根箱研究了磷高效小麦 81( 85)-5-3-3-3及磷低效NC37两个小麦品种根际磷转化及VA菌根对根际土壤磷转化的影响。结果表明 ,磷胁迫下 ,81( 85)-5-3-3-3的吸磷量略高于NC37,两种小麦品种根际土壤均形成了明显的Olsen-P ,Ca2-P ,Ca8-P ,Al P等形态磷的耗竭区。两种小麦品种在不施磷肥和施用磷肥下接种VA菌根 ,小麦的生物量、植株磷浓度、小麦根际Olsen-P,Ca2-P ,Ca8-P,Al-P ,Fe-P的消耗量均显著增加 ;根际、非根际土壤各形态磷素的浓度梯度明显降低。     

不同磷水平下玉米-大豆间作对红壤无机磷组分及有效磷的影响

通过2年盆栽试验，探讨不同磷水平下玉米–大豆间作根际土壤无机磷组分、土壤有效磷含量及作物磷吸收的差异，明确土壤无机磷组分、土壤有效磷与作物磷吸收之间的相互关系。试验设置玉米单作、大豆单作、玉米–大豆间作3种种植方式以及3个P2O5施用水平(0、50、100 mg/kg，分别记作P0、P50、P100)，共9个处理。结果表明：与单作相比，2018年和2019年在P0、P50和P100水平下，间作显著提高玉米和大豆的籽粒产量，并显著提高玉米和大豆植株的磷素吸收量。与常规施磷水平(P100)下的单作处理相比，玉米–大豆间作在磷肥减少50%(P50)的条件下，并未降低玉米和大豆的磷吸收量与籽粒产量。3个磷水平下，间作提高了玉米和大豆根际土壤有效磷含量，而降低了根际土壤总无机磷以及Fe-P、Al-P、Ca-P、O-P的含量；同时适当增施磷肥显著提高了玉米和大豆根际土壤总无机磷及各无机磷组分的含量。本试验条件下，间作促进土壤中Fe-P、Al-P、Ca-P和O-P的活化(尤其是Fe-P)，是低磷胁迫下间作土壤有效磷含量与作物磷吸收量增加的重要原因。玉米–大豆间作具有节约磷肥、维持作物产量及根际土壤有...