连作障碍中化感自毒效应及间作缓解机理

连作障碍是典型的土壤-植物负反馈现象,长期以来困扰农业生产的发展,作物连作障碍形成机理与防治一直是国内外学者的研究热点。自毒作用是连作障碍的发生机制之一,连作下土壤中自毒物质累积通过影响作物的营养吸收、光合作用、酶活性等生理过程而抑制作物生长;同时自毒物质还通过改变微生物区系,降低土壤微生物活性和多样性,促进病原菌增殖,加剧土传病害发生而导致连作障碍危害加重。利用植物化感作用而采用的间作模式,可为克服作物连作自毒物质引发的土传病害发生提供环保、经济、有效的防治途径,符合现代农业可持续发展的思路。笔者从营养和生理角度分析间作提高作物的抗性,从根际微生物-自毒物质-病原菌互作角度阐明间作缓解连作自毒效应的机理,为理解间作系统地下部根际生态过程与连作障碍缓解及制定合理的间作模式提供参考,并有助于揭示地上-地下生物多样性互馈机理。     

植物磷胁迫条件特异性表达基因研究进展

磷是植物生长发育必须的元素,然而多数土壤中可利用磷的含量却很少能满足作物的需要,因而作物磷素营养研究成为广泛研究的课题。目前,磷素营养的研究已深入到分子水平。在磷缺乏时,植物根和茎中发现了许多磷缺乏特异性表达的基因,包括高亲和力磷转运子、有机酸的分泌相关基因、酸性磷酸酶、TPSI1/Mt4基因家族等。这些磷缺乏特异性基因的表达对植物吸收利用磷起到重要作用。磷缺乏特异性表达基因的研究为了解植物适应磷胁迫的机制、提高磷利用率改良作物奠定了基础。     

不同磷效率小麦根系形态、磷素转运及产量的差异分析

为明确不同磷效率小麦磷素吸收利用差异原因。利用"国家潮土肥力与肥料效益长期监测站"平台,研究磷高效品种许科168、磷低效品种兰考198在2种磷水平下(P0、P1分别代表低磷、正常磷处理)的根生物量、根系形态、根系活力以及磷素转运能力的差异。结果表明,相同处理,根干质量、根长、根表面积、根体积大体上表现为许科168大于兰考198。P0处理,根系平均直径表现为许科168小于兰考198。除越冬期,P1处理根系平均直径表现为许科168高于兰考198。相同处理,许科168根系活力高于兰考198。孕穗期两品种根活力差异最大,P0处理许科168是兰考198的1.36倍,P1处理下许科168是兰考198的1.34倍。相同处理,许科168籽粒产量、花前磷素转运量、花后磷素吸收量对籽粒磷素贡献率显著高于兰考198,而花前磷素转运量对籽粒磷素贡献率为许科168低于兰考198。与P1相比,P0处理2种磷效率小麦品种的根干质量、根长、根表面积、根体积、根系平均直径、籽粒产量、根系活力、植株磷素积累量、花前磷素转运量、花后磷素吸收量、花后磷素吸收量对籽粒磷素贡献率降低,而根冠比、花前磷素吸收量对籽粒磷素贡献率增加。磷高效品种许科168具有较高的根系活力、根系生物量、发达的根系,是作物吸收磷素的基础。磷低效品种兰考198由于生育前期根系生物量较小、生育后期根冠比较小、根系活力弱导致吸收磷素不足,从而造成磷效率低。综上,较高的磷素转运能力、籽粒分配能力以及合理的根冠比促进作物对磷素的利用,这是作物磷高效的重要因素。     

甘蔗/花生间作对土壤微生物和土壤酶活性的影响

为了研究甘蔗/花生间作对土壤微生物和土壤酶活性的影响,采用大田试验的方法,以花生和甘蔗为试验材料,研究了华南地区甘蔗/花生间作对土壤微生物数量、土壤酶活性以及土壤养分状况的影响。结果表明:与甘蔗和花生单作相比,甘蔗/花生间作系统能够显著提高甘蔗和花生根际的土壤细菌、真菌和放线菌数量,改善根际土壤脉酶和磷酸酶活性,不同程度提高整个间作系统作物根际土壤有机质、碱解氮、速效磷以及速效钾的含量,可见,甘蔗/花生间作可以明显地改善两种作物根际土壤微生物数量、酶活性和养分状况。     

硒与重金属互作的植物根际过程研究进展

文章归纳了根际环境中硒与重金属的相互作用及其机理,明确了根际土壤中硒和重金属的主要形态及其影响因素。探讨了根际微环境对硒与重金属的影响,并详细叙述了硒与重金属元素的直接互作,以及通过根表铁膜、土壤固相、Eh、pH、根际微生物、根系分泌物等因素发生的间接互作。分析了根际微域中引起硒或重金属形态转化及其含量变化的土壤理化因子,并在此基础上,指出未来硒与土壤重金属互作的研究可向根际微环境深入,建议结合色谱、高通量测序等技术研究根系分泌物、根际微生物群落结构特征等在硒与重金属互作过程中的作用。同时指出,将硒与重金属互作研究成果应用于重金属污染农田土壤治理,既有助于拓展硒在农业生态环境中的应用领域,也为重金属污染农田的绿色修复提供新思路和新方法。     

玉米耐低磷研究现状及磷高效育种策略的探讨

土壤缺磷是影响作物产量提高和资源持续性发展利用的世界性问题．解决这一问题的根本途径是筛选土壤磷利用效率高的作物品种,玉米是中国主要的粮食作物,但在中国以西南、华南为代表的一部分地区,由于土壤有效磷含量偏低,严重制约玉米产量的提高,而在其他玉米产区由于磷肥的高度滥用,导致土壤结构发生改变,有效磷积累并不能满足玉米等作物的可持续性吸收利用。因此选择和培育玉米磷高效品种是提高土壤磷素利用效率．解决中国部分土壤有效磷缺乏对玉米产量影响的一条有效途径。综述了目前国内外在玉米耐低磷种质资源的筛选、遗传研究及相关性状QTL定位的研究进展,并在此基础上对玉米磷高效育种策略作了初步的探讨。     

缺磷胁迫下不同磷效率小麦品种及其杂种F1的磷吸收利用特性

在缺磷胁迫下，对磷低效、磷吸收高效和利用高效3个小麦品种及其杂种F₁的磷吸收、利用特性进行了研究。结果表明，与磷低效品种Nc37相比，磷吸收高效品种81(85)单株次生根数较多、次生根直径较大、根系干物质重量较大、TTC（氯化三苯基四氮唑）还原力较高和单株全磷量较多。其对磷素吸收量的增加，是根系形态和根体构型改变和对土壤中难溶性磷素利用能力增强两方面共同作用的结果。利用高效品种（蚂蚱麦）具有较高的旗叶酸性磷酸化酶活性和较高的磷利用效率，对于改善植株体内磷的代谢周转和再利用能力，进而提高植株的磷利用效率可能具有较重要作用。在F_1-1 [Nc37×81(85)], F_1-2 (Nc37×蚂蚱麦)和 F_1-3 [81(85) ×蚂蚱麦]3个杂种F₁中，单株次生根数、次生根粗度、单位土体根系干重、根系TTC还原力、植株成熟期全磷量和旗叶酸性磷酸化酶活性的离中优势（Hm）和超高亲优势（Hh）多为正向优势。其单株籽粒产量的Hm和Hh均为正值，分别变化在31.7%~32.8%（Hm）和18.5%~29.6%（Hh）之间。用高效吸收、利用2个不同类型的小麦品种作亲本配制杂交组合，充分利用F1代在磷吸收利用上的杂种优势，对于改善在磷胁迫下小麦的磷素营养可能具有重要作用。     

小麦高效吸收和利用磷素的生理机制

以典型的不同小麦磷效率品种为材料,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。     

磷高效转基因水稻磷效率特征分析

为了了解磷高效转基因水稻的磷效率特征及其对土壤磷素的影响,笔者以磷高效转基因水稻OsPT4和磷高效突变体水稻PHO2及其非转基因亲本水稻‘日本晴’为供试材料,采用盆栽试验研究在不同施磷条件下磷高效水稻对土壤磷素的吸收效率、利用效率、转运效率以及对土壤碱性磷酸酶活性、全磷含量和速效磷含量的影响。结果发现：OsPT4和PHO2的分蘖数、根长、根干重、穗干重和生物量均高于‘日本晴’;OsPT4和PHO2根的磷吸收效率分别显著高出‘日本晴’3.18倍和3.98倍;叶的磷吸收效率分别比‘日本晴’提高0.92倍和8.07倍;穗的吸收效率分别高出亲本36.59%和29.44%;茎的磷利用效率分别高出亲本2.77倍和3.71倍;磷转运效率分别显著高出亲本88.57%和22.06%。水稻材料OsPT4和PHO2成熟期对根际土壤碱性磷酸酶活性、全磷含量和速效磷含量与‘日本晴’均无显著性差异。磷高效吸收材料OsPT4和PHO2优势主要表现在根和叶的磷吸收效率、茎的磷利用效率及其植株本身的磷转运效率3个方面。     

土壤中磷的存在形态及分级方法研究进展

土壤中的磷直接决定植物生长发育和作物产量，但磷在土壤中的存在形态复杂，能被植物吸收利用的磷形态占全磷含量很少一部分。因此，研究土壤中磷的存在形态及分级方法对提高磷的作物利用效率、探寻提高磷有效性的途径、减少磷损失尤为重要。笔者通过查阅国内外文献报道，系统阐述了磷在土壤中的存在形态、影响磷有效性的影响因素和磷素分级方法等方面的研究进展。研究表明，磷在土壤中的存在形态包括无机磷和有机磷2类，被植物吸收利用的主要是无机磷中的水溶态磷，其他形态的磷很难被植物吸收利用，使得磷在土壤中的利用效率很低。导致磷利用效率低的因素有很多，主要有钙、铁、铝等离子、其他有机质、pH、温度、水分等，研究清楚各因素影响的机制加以改进，能有效提高磷的利用效率。同时，国内外学者不断对磷素分级方法进行完善改进，对磷有效形态的研究不断深入准确，目前，Bowman-Cole的有机磷分级法和Hedley的磷分级方法是应用最广泛的2种方法。     

植物根际分泌物与土壤微生物互作关系的机制研究进展

为揭示植物与土壤微生物之间互作关系的途径与机制,综述了根际有益微生物对植物生长发育的促进作用以及植物根际分泌物对土壤微生物的影响这2个方面的研究进展,主要分述了根际促生微生物PGPM对植物生长发育的促进作用;生防微生物BCA对植物生长发育的促进作用;根系分泌物的组成;根系分泌物的功能;根系分泌物影响土壤微生物的途径等方面的内容。指出植物与土壤微生物之间互作关系机理的研究还不够深入,对PGPM菌株的筛选和适应能力的研究,生防微生物的生态适应性及对靶标病原菌的作用机制研究,对根系分泌的分离鉴定方法的优化及化感作用途径等需要更深入探究。今后应加大现代分子生物学技术在相关研究中的应用,将分子生物学技术与传统培养方法相结合,进一步揭示植物与土壤微生物之间的互作关系。     

植物磷吸收的分子机理研究进展

磷是植物生长发育所必需的大量营养元素.植物磷营养高效利用通常与根形态、根分泌物、膜与体内磷转运以及菌根等因素有关,表现为受多基因控制.随着分子生物学技术的发展和研究的不断深入,对植物磷吸收的研究也深入到分子水平.本文主要从根的构型、根系分泌物、菌根、植物的磷转运子以及磷胁迫条件特异性表达基因等方面对植物磷吸收的分子机制进行综述.     

小麦/燕麦根系不同分隔方式及施锰对小麦锰营养的影响

通过根系分隔的根盒试验,研究了小麦/燕麦间作体系中根系不同分隔方式及土壤施锰对小麦锰营养的影响。结果表明：与不施锰肥处理相比,施用锰肥显著提高了小麦的地上部干重和吸锰量,小麦/燕麦根系不同分隔方式对小麦的地上部干重、锰浓度和吸锰量均无显著影响。不同作物品种吸收活化土壤锰的能力不同,表现为燕麦＞小麦;9023＞川麦28;坝莜4号＞坝莜3号。但在本试验条件下,与燕麦间作没能改善小麦的锰营养,可能是作物种植密度大,而根系生长空间较小造成的,其具体原因还有待于进一步研究     

玉米/大豆间作条件下作物根系对氮素的吸收利用

通过田间栽培试验,研究玉米/大豆间作及相应单作不同时期作物地上部干质量、作物吸氮量、作物根际土壤脲酶活性、作物根际土壤细菌数量动态变化差异。结果表明:间作玉米吸氮量、根际脲酶活性、根际细菌数量、地上部干质量分别比单作玉米显著增加37.61%,33.54%,55.76%,27.92%。间作大豆根际脲酶活性、根际细菌数量分别比单作大豆显著增加41.3%,43.08%。间作大豆吸氮量、地上部干质量比单作大豆降低11.93%,11.19%,差异不显著。说明间作促进玉米生长。     

根肿菌与根系互作效应及其影响因素研究进展

根肿菌是一种专性寄生在十字花科植物根部的的土传病原菌。简要介绍了根肿菌的生物学特性、危害、检测方法及根肿病的防治方法,重点介绍根肿菌在植物根际土壤中的行为过程及其与寄主植物的互作效应,总结了土壤理化因子、根系分泌物、根际微生物、矿质元素等根际土壤因素对根肿病发生过程的影响与调控。旨在为研发根肿病防治措施与技术提供理论依据,为促进十字花科作物的安全生产提供参考。     

玉米/蚕豆、小麦/蚕豆和大麦/蚕豆间作体系地上部、 地下部生物量及作物含氮量分析

【研究目的】该盆栽试验研究了在不同分隔方式下三种禾本科作物与蚕豆间作对间作作物地上部、地下部生物量及吸氮量的影响。【方法】首先采用三种分隔方式（塑料膜分隔,尼龙网分隔和无分隔）建立了同一作物组合条件下种间根系相互作用的不同强度;其次选用竞争能力不同的三种禾本科作物（大麦、小麦和玉米）与蚕豆间作,建立了禾本科和豆科作物的竞争强度不同的作物组合。【结果】首先,与三种禾本科作物间作,以及同一间作体系不同分隔方式,对蚕豆地上部、地下部生物量的影响不大;仅与小麦间作蚕豆地上部生物量无分隔显著高于尼绒网分隔。其次,禾本科作物地上部生物量,玉米和大麦显著高于小麦,分别高出15.3%和16.5%;三种禾本科作物地下部生物量,玉米显著高于大麦,高出30.5%,大麦显著高于小麦,高出50.8%;同一间作体系不同分隔方式,对玉米、小麦和大麦地上部和地下部生物量影响显著。再次,大麦全氮含量显著高于玉米和小麦,分别高出16.5%和19.7%,与三种禾本科作物对土壤氮素的竞争能力相一致,大麦大于小麦和玉米;同玉米间作蚕豆全氮含量显著高于同小麦和大麦间作蚕豆,分别高出11.2%和5.6%。最后,玉米,同小麦和大麦间作蚕豆无分隔处理全氮含量显著高于塑料膜分隔,表现出间作优势。【结论】蚕豆的生长受间作禾本科作物的影响不显著;然而大麦/蚕豆间作体系利用氮素最充分;间作玉米在氮素营养上显著受益于同蚕豆的间作;并且在三种间作体系里,根系完全相互作用时有利于作物氮素的累积。     

石灰性土壤上玉米/花生间作对花生根系形态变化和生理反应的影响

应用盆栽试验研究了石灰性土壤上玉米与花生间作对花生铁营养的影响,结果表明,间作显著地改善了花生的铁营养状况。进一步研究发现这种改善作用与间作对花生根系形态和生理活性所产生的影响密切相关。间作不仅增加了花生的侧根数目、侧根长度、根毛数量,而且促使花生表皮形成丰富的转移细胞和根质膜还原Ｆｅ（Ⅲ）能力的提高;同时间作花生根际微生物数量少于单作花生,可能减少了对玉米根系分泌的植物铁载体（ＰＳ）和根表粘液层     

植物有效利用磷素营养有机酸代谢途径基因工程研究进展

随着现代农业的发展,不断提高土壤磷素营养的有效利用率,对促进农业生产的持续发展具有重要的现实意义。在酸碱性土壤中,磷主要以植物难以吸收利用的难溶性二价或三价阳离子的形式存在。植物增强吸收土壤中难溶性磷素的分子机制是通过改变植物体内有机酸代谢途径,分泌较多的有机酸螯合不溶性磷化合物中的金属离子来增强对磷的吸收。就通过遗传操作在植物体内过量表达或异位表达柠檬酸合成酶、苹果酸脱氢酶基因对促进植物磷吸收作一简要综述。     

苗期甜菜根系分泌物的分布特征研究

根系分泌物的量及分布特征直接影响着根际微生物的种群、结构和功能,进而间接影响着根际养分的有效性和作物的生长。本研究通过砂培盆栽培养,收集得到甜菜苗期的根系分泌物,利用高效液相色谱测定了根系分泌物中的3大类物质,包括土壤中常见的17种氨基酸、10种有机酸和4种糖类物质,并分析得到了到甜菜根表面不同距离的各种氨基酸、有机酸和糖类物质的含量及其分布特征。结果表明：总的来看,有机氮高效品种‘KWS8138’根系分泌物含量普遍高于有机氮低效品种‘Beta176’,距离根表面0~5 mm范围内降幅较大,随后逐渐趋于平缓。总氨基酸含量、甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、精氨酸和酪氨酸变化趋势相似。各种糖类物质的含量变化顺序为：葡萄糖>果糖>蔗糖>半乳糖。有机酸中草酸和甲酸的含量变化也是距离根表面越远越低缓。因此,沿甜菜根表面形成了根系分泌物的分布梯度,在为根际微生物提供能源和碳源的同时,对植物根际养分的有效吸收利用提供理论参考。     

低磷胁迫下玉米根中磷的运转与再利用

磷在植物体内可被活化和循环利用，因此磷的再利用程度成为评价植物磷营养效率的重要指标。低磷胁迫下植物根皮层细胞解体形成通气组织的过程中，原细胞内磷素可能被转运到根尖用于根轴的伸长从而扩大吸收范围，并提高体内磷素的利用效率。本研究旨在检验这一假设。试验结果表明，在低磷胁迫下，玉米种子根皮层细胞的磷素在细胞解体过程中主要被转运往茎叶重新利用。