水稻(Oryza sativa L.)铝毒害与耐性机制及铝毒害的缓解作用

铝 (Al) 毒是广泛存在于热带亚热带地区酸性土壤上的主要的生产力限制因子之一。水稻Al毒害主要发生在新开垦的旱地酸性土壤上。本文较详细地总结了: (1) 水稻发生Al毒的环境条件,水稻Al毒害的可见症状和Al毒害的部位;(2) 水稻耐Al指标,营养元素的吸收与分配对水稻耐受Al毒害的影响,以及Al胁迫下根系分泌物、根际pH的变化等对水稻耐Al的贡献,水稻耐Al基因的定位等;(3) 水稻Al毒害的缓解作用机理及可能的解决措施。最后对水稻Al毒害和水稻耐Al机制研究中存在问题进行了分析探讨,同时对今后的研究作了展望。     

铝胁迫下磷对水稻苗期生长的影响及水稻耐铝性与磷效率的关系

选用两个耐铝性差异较大的水稻品种武运粳7号(耐铝品种)和扬稻6号(铝敏感品种)作为实验材料,利用水培铝-磷交替处理试验研究了磷对水稻铝胁迫下苗期生长的影响及水稻耐铝性与磷效率之间的关系。结果表明,从水稻铝-磷交替处理下的生物量和根系形态等指标来看,P缓解了Al对两个水稻品种的毒害作用,且对敏感品种扬稻6号的缓解作用更加明显。铝-磷交替处理下,武运粳7号的体内磷含量显著高于扬稻6号的,而根部铝含量显著低于扬稻6号,因此武运粳7号体内的P/Al显著高于扬稻6号;同时,虽然两个品种间根表及根自由空间中Al浓度没有差别,而武运粳7号根表及根自由空间中P浓度显著高于扬稻6号,表现出耐铝品种更强的质外体解铝毒能力,这可能与武运粳7号较强的磷吸收效率有关。此外,与耐铝品种武运粳7号相比,铝敏感品种扬稻6号虽然磷吸收效率低,但利用效率高,即两个水稻品种的耐铝性与水稻的磷吸收效率和利用效率不一致,这为酸性土壤水稻育种提供了理论基础,即选育适应酸性土壤的水稻基因型不仅要关注其耐铝性还要关注其磷利用效率。     

生物措施缓解酸性土壤铝毒害研究进展

酸性土壤在世界上广泛存在,Al毒是酸性土壤限制作物生长和产量的主要限制因子之一.本文概述了酸性土壤Al毒害问题以及作物的耐Al机制,总结了遗传改良植物的耐Al性、向土壤或植物根际接种外生菌根真菌和其他耐Al微生物以缓解酸性土壤Al毒害的研究进展.以上措施在酸性土壤中的生态系统恢复具有应用前景.     

酸化土壤铝和镉对水稻幼苗根系生长的复合影响

酸雨和大量施用化肥致使我国土壤酸化日益加重。酸性土壤中,铝（Al）毒被认为是限制作物生长与产量的主要因素。镉（Cd）因被广泛应用于电镀、冶金、染料和电池等领域而大量进入土壤,已成为严重影响农业生产的重金属元素之一。在中国多数农业区,土壤酸化、Al和Cd污染重叠发生。目前,国内外关于单一土壤酸化、Al、Cd胁迫或两两复合胁迫对作物毒害效应及其机理研究,已有报道。然而有关酸化土壤Al和Cd复合胁迫对作物影响研究甚少。水稻是重要粮食作物,全球约13％水稻生长于酸化土壤。     

几种禾本科作物对铝的敏感性或耐性

通过调查几种禾本科作物根的伸长，根尖的铝含量、铝诱导其根系有机酸的分泌，探讨作物耐铝（铝敏感）性及作物对铝毒害的抵御机理。结果表明，水稻、黑麦是耐铝的作物，而大麦、小麦（Scout 66)是对铝敏感的作物，玉米和高梁对铝敏感性较小麦弱。小麦和玉米品种间对铝的敏感性差异显著，而高梁对铝的敏感性品种间差异性较小。铝能够诱导水稻、黑麦和耐铝的玉米及小麦品种的根系分泌柠檬酸和/或苹果酸。这表明铝诱导有机酸的分泌是它们抵御铝毒害的机理。     

不同水稻品种磷利用效率与耐铝性的关系研究

铝毒和磷缺乏是酸性土壤上作物生产的主要限制因子。本研究中我们探究了5个粳稻和5个籼稻品种的磷利用效率和耐铝性之间的相互关系。结果表明,粳稻品种的耐铝性显著高于籼稻品种。对于耐铝性强的水稻品种,施加磷肥后地上部生物量显著增加,而铝敏感的品种对磷肥响应较小,这可能是由于其耐铝性差而酸性土壤中的铝毒导致根系结构和功能受损,从而影响养分的吸收和利用。不同水稻品种的耐铝性和磷吸收效率呈正比而与磷利用效率呈反比,且粳稻的地上部磷浓度及磷吸收效率高于籼稻,但磷利用效率则低于籼稻。这些结果对于酸性土壤中筛选耐铝和磷高效利用的水稻品种具有重要意义。     

猪粪对红壤铝毒的缓解效应

利用盆栽实验研究了施用猪粪和石灰对红壤铝毒的缓解效应。结果表明 ,在对照土壤 (pH 4.2)上生长的小麦遭受铝毒害明显 ,出苗后 36d全部枯死 ,施用石灰和猪粪能不同程度地缓解铝毒害。施用猪粪和石灰都可以提高土壤pH ,降低交换性铝含量。与单施石灰相比 ,石灰猪粪混施可以提高土壤 pH ,降低交换性铝含量 ,增加小麦叶绿素含量、光合速率和地上部干物重。与单施猪粪相比 ,石灰猪粪混施使小麦地上部K、Mg和P含量减少。     

高耐铝红酵母RS1耐铝特性初步研究

红酵母RS1是从酸性土壤中筛选出的一株高耐铝微生物,本文对其耐铝特性进行了初步研究.结果发现,RS1可以在pH 2.5的培养基中生长,50 ～ 200 mmol/L A13+处理对RS1产生了毒害作用,其毒害并未对细胞表面形态产生影响.RS1对Al2(SO4)3的忍耐能力高于AlCl3,这种高的忍耐能力是遗传固有的,并不被诱导产生.此外,RS1可以增加体内蛋白含量来适应高的铝毒,其中蛋白型巯基可能在耐铝中表现重要作用.     

铝胁迫下不同耐铝性小麦根际pH值变化及其与耐铝性的关系

Al3＋是植物铝毒害的主要形态,而其活性受环境pH值的影响,H＋-ATPase通过调节根的质子分泌改变根际pH值。为探讨铝胁迫下根际pH值变化与小麦耐铝性的关系,以小麦品种ET8（耐铝型）、ES8（铝敏感型）为试验材料,采用溶液培养的方法对铝胁迫下根际pH值及根尖H＋-ATPase活性变化进行了研究。结果表明,铝处理条件下,小麦根际pH值随培养时间的延长而升高;随培养液中铝浓度的增加,根际pH值上升幅度下降,相同铝浓度处理条件下ET8根际pH值显著高于ES8。根际pH值与根尖铝含量呈极显著负相关（R2=0.932 1）,与根相对伸长率呈极显著正相关（R2=0.858 5）,表明小麦通过提高根际pH值降低根尖铝含量,减轻铝毒害。根尖H＋-ATPase活性随铝处理浓度升高而显著降低,100 μmol·L-1Al处理24 h ET8和ES8根尖H＋-ATPase活性分别为各自无铝处理的69.8%和60.0%,根尖H＋-ATPase相对活性与根际pH值呈极显著负相关（R2=0.831 9）。温度显著影响根的伸长,低温处理（9 ℃）根际pH值显著高于常温处理（25 ℃）,而根尖铝含量却显著低于常温处理。表明小麦通过根尖H＋-ATPase提高根际pH值降低铝毒害。综上所述,铝胁迫下小麦可通过提高根际pH值减轻铝毒害,不同耐铝性小麦品种根际pH值的显著差异是耐铝性差异显著的     

有机肥缓解小麦铝毒效果的研究

以交换性Al为1.83［1／3Al3+］cmol／kg的淋溶型水田砂质土（低Al毒）和交换性Al为6.05［1／3Al3+］cmol／kg的黄筋泥（红壤,高Al毒）为供试土壤,研究了有机肥对缓解小麦铝毒的效果。盆栽试验（均有充足N、P、K基肥）结果表明,小麦（扬表5号）在这两种土壤上均发生Al毒。在前一种土壤上生育不良,减产约一半左右,后一种土壤上几近绝收。施用生产中常量猪厩肥（约22.5／hm2）,与施用石灰比较,在低Al毒土壤上,产量接近施石灰处理（90％～100％）,能基本消除Al毒;在高Al毒土壤上,同样表现出一定的解Al毒效果,但还不够明显,产量只为石灰处理的1／4。土壤测定表明,施用猪厩肥使交换性Al下降18.1％～38.7％。植株分析也表明,吸收的Al相应减少。土壤Al毒明显抑制小麦对K、Ca、Mg的吸收;对S则有促进吸收的趋势;对N、P、Fe、Zn的吸收影响不大。在Al毒土壤上施用猪厩肥,不仅降低Al的吸入,并可减缓Al对小麦Ca、Mg、K吸收的抑制作用,有利于体内营养元素间的平衡。     

不同种植年限下雷竹林土壤中铝的形态变化

研究了不同种植年限下雷竹林土壤中铝(Al)的形态及变化。结果表明,随着种植年限的增加土壤中有机质含量及阳离子交换量显著提高,而土壤pH值线性下降;土壤交换性Al及络合态Al的含量显著增加,但土壤游离态Al、无定形Al及总Al含量变化并不显著。种植15年后的雷竹林土壤中交换性Al含量约为对照水稻田的51倍,这极可能对雷竹生长产生毒害作用,从而影响雷竹的产笋。但集约经营下雷竹生产与土壤Al毒及土壤酸化之间的关系值得进一步研究。     

不同作物对赤红壤酸铝毒害的响应研究

为评价赤红壤酸铝对作物的毒害作用,本文用氧化钙和硫酸铝将典型赤红壤pH值调节为4.01、4.52、5.02、5.52,研究了7种作物对不同酸铝土壤的响应。结果表明,不同酸铝土壤中,7种作物相对根长与相对根干重呈相似变化趋势,均表现为pH 5.02土壤>pH 4.52土壤>pH 4.01土壤,水稻的相对根长与相对根干重较大,而大麦较小,通菜、玉米、菜豆、豆角、大豆位于其中。铝溶液处理下不同作物的相对根伸长均以水稻、大豆、菜豆、豆角>玉米>通菜>大麦,与土培结果基本一致;作物根系的苏木精染色程度随酸铝毒害程度的上升而加深,与作物铝吸收结果趋势相同。大麦、水稻、豆角染色较深,但其相对根长差异显著,表明它们具有不同的耐铝机制。     

湘南红壤作物苗期铝中毒的研究

利用盆栽试验对湘南地区旱地上种植的几种主要的作物（小麦、玉米、大豆、花生、油菜）进行了铝毒害的研究。结果表明,各种作物苗期对铝的耐受能力不同。铝毒害临界指标为:小麦4.0cmol/kg,玉米4.8cmol/kg,油菜4.0cmol/kg,大豆5.2cmol/kg,花生4.4cmol/kg。铝毒害首先对作物根系生长产生危害,根系中积累大量的铝对根系细胞造成损害,严重阻碍作物吸收、运输养分和水分,继而影响到地上部生长,铝毒严重时使作物濒临死亡     

铝对植物的毒害和植物抗铝毒机理及其影响因素

本文综述了土壤中铝的存在形式、铝对植物产生的毒害、植物抗铝毒的内、外部机理以及铝毒效应的影响因子 .从植物抗铝毒遗传特性的差异出发 ,探讨利用抗铝毒作物基因型 ,提高酸性土壤上的作物生产力 .最后就植物抗铝毒研究提出一些看法     

植物耐铝机理研究进展

铝毒是酸性土壤上作物生产的主要限制因子,植物耐铝机理以及与耐铝有关基因的研究是近十多年来研究的热点。本文对植物耐铝的生理、遗传及分子机理的研究进展作了综述。明确了目前取得的突破性进展已使通过植物遗传育种及生物技术手段提高粮食作物耐铝性成为可能;同时,本文对今后的研究方向作了简要的讨论。     

水稻品种间铝耐性差异的探究

铝毒是酸性土壤中限制植物生长的主要因子之一,探讨植物耐铝特性与机理对提高酸性土壤植物生产力具有重要意义。通过一系列生理和分子生物学试验,主要探究了Nipponbare和Kasalath两个水稻品种的铝耐性差异。结果发现,与Kasalath相比,Nipponbare在铝胁迫下不仅拥有较长的根伸长,且根尖铝含量较少,表明Nipponbare是水稻铝耐性品种,而Kasalath为铝敏感品种。进一步研究发现,水稻根尖控制铝吸收的NRAT1基因在Kasalath中表达量更高,表明,NRAT1基因的高表达量可能是导致铝敏感品种Kasalath根尖铝含量较高的主要原因。此外,铝胁迫下,Nipponbare根系柠檬酸的分泌量显著高于Kasalath。而且,水稻中控制柠檬酸分泌的OsFRDL4基因在铝耐性品种Nipponbare中的表达量显著高于Kasalath,由此证明,柠檬酸在这两个品种水稻耐铝途径中可能起着重要的作用,并且,该品种水稻可以通过调控OsFRDL4基因的表达量来控制柠檬酸的分泌量。本研究中还分析了其他4个与铝胁迫相关的基因,但并未发现明显的相关性,值得进一步的探究。     

酸性土壤上伴矿景天铝毒的缓解技术研究

酸性土壤上易产生铝（Al）毒害作用，缓解Al毒对于污染土壤上超积累植物的生长及重金属有效削减具有重要意义。本研究比较了不同措施对镉（Cd）超积累植物伴矿景天的Al胁迫缓解作用，结果发现：① 在水培条件下，锌添加可促进了Al胁迫下伴矿景天根表Cd2+吸收速率，而添加氯化钙或柠檬酸没有显著的缓解作用；② 在盆栽试验条件下，添加石灰处理显著提高了土壤pH，促进了伴矿景天生长和地上部对Cd的吸收，但添加生物质炭或柠檬酸没有显著缓解Al毒对伴矿景天生长和Cd吸收的抑制，添加柠檬酸反而加剧了土壤酸化，提高了土壤Al的活性；③在伴矿景天与荞麦间作条件下，其一定程度上降低了土壤的Al活性，在合适的种植密度下并未显著影响伴矿景天单株地上部Cd吸收量。综上，酸性土壤上耐Al作物与修复植物间作、结合添加改良剂调控Al毒，能够不显著降低土壤Cd的有效性和修复植物的Cd吸收，进而实现污染土壤的边生产边修复。     

植物耐铝性机制的研究进展

铝毒害是酸性土壤上作物生长的主要限制因素和森林大面积退化的重要原因。本文综述了近年来对植物耐铝性机制研究的进展，指出在植物体内存在多条耐铝性途径。     

木本植物适应酸性土壤机理的研究进展——以胡枝子(Lespedeza bicolor)和油茶(Camellia oleifera)为例

综述了近年来木本植物适应酸性土壤的耐铝机理研究进展,重点以酸性土壤先锋植物胡枝子(Lespedeza bicolor)和铝累积植物油茶(Camellia oleifera)为例,总结了木本植物根系有机酸的分泌、铝吸收和运输机制及铝与氮磷胁迫的协同适应等。木本植物有铝累积和铝排斥植物之分;铝排斥植物胡枝子耐铝的重要机制是其根系同时分泌柠檬酸和苹果酸;铝累积植物油茶高效累积铝的原因在于其不仅可以高效吸收土壤和土壤溶液中广泛存在的铝(Al3+和Al-F),而且可以通过木质部运输和特定季节韧皮部运输的配合实现铝的高效分配和传输;铵态氮相对于硝态氮可缓解胡枝子的铝毒害;磷对不同胡枝子耐铝作用的影响明显不同。木本植物适应酸性土壤机理的深入研究将会有助于完善植物的耐铝机理及铝运输理论,并为酸性土壤中矿质养分管理提供理论基础。     

植物对铝毒害的抗逆性研究进展

铝毒是酸性土壤中限制作物产量的一个重要障碍因子。从铝的存在形态、铝毒机制、植物耐铝毒机理及影响铝毒效应的因素等方面综述了近几年国内外对铝毒的研究进展,提出了该领域研究中存在的问题,为进一步开展植物对铝毒的抗逆性研究提供参考。