根系分泌物调控植物适应低磷胁迫的机制

磷是植物生长发育的必需营养元素,土壤中有效磷含量低是限制作物高产的主要因素。由于长期不当施肥,土壤中累积大量磷素,其中大部分磷是植物难以直接吸收的难溶性无机磷和有机磷。植物在长期进化过程中形成了一系列适应低磷胁迫的机制,其中根系分泌物参与土壤磷活化利用的机制一直是研究的热点问题。本文总结了近十年来关于低磷胁迫调控根系分泌物(有机酸和紫色酸性磷酸酶)合成和分泌的研究进展,对根系分泌物在根际微生态中的重要作用提出了展望,旨在阐明通过控制作物根系分泌物来提高作物磷效率的途径,为培育磷高效作物品种和优化磷肥的田间管理提供思路和奠定理论基础。     

作物耐低磷营养性状遗传研究进展

作物营养遗传研究是当今农业科研领域中的研究热点。为此就作物耐低磷营养性状的遗传研究进展进行了综述,如植物适应低磷胁迫的生物学特性、低磷条件下基因型间生理生化特性的差异、以及适应低磷的分子生物学机制等,并对开展此类工作的有效途径进行了探讨。     

水稻品种耐低磷胁迫特性研究进展

磷是作物生长发育不可缺少的营养元素之一,然而土壤中可利用磷的含量却很少能满足作物的需要,因而作物磷素营养与磷肥施用长期以来成为国内外广泛研究的课题.在此,简述了世界和我国土壤磷资源供给概况,水稻品种耐低磷胁迫特性研究进展,耐低磷胁迫水稻品种(系)的筛选与鉴定研究进展,低磷胁迫对水稻品种根系的影响研究进展.     

不同基因型春小麦根系对低磷胁迫的生物学响应

选用3个春小麦品种(加春1号、2号、4号)作为试验材料,研究了低磷胁迫下不同基因型春小麦根系的形态学与生理学特征,结果表明:(1)在缺磷环境中,小麦的根重、根数、总根长、总吸收面积、根活力、根系SOD及POD活性、根系活性吸收面积均明显降低,但根冠比与根系分枝密度明显增加。不同基因型间变化趋势相似,但变化幅度存在明显差异。(2)根系的形态与生理学特征存在着明显的基因型差异,而且在低磷水平下这种差异表现的更为突出。表明作物品种之间对磷胁迫反应存在差异。(3)根系形态学和生理学特征可以作为筛选高效吸磷小麦品种的参考指标。在供试的三个基因型中,加春1号对低磷环境的适应性最强。     

供磷水平对不同磷效率玉米根系的生长及磷营养的影响

在土沙混合培养介质中,设置低磷和高磷两种供磷水平,研究不同磷效率玉米基因型根系生长受低磷胁迫的影响.结果表明:低磷胁迫下,磷高效型玉米有优越的根系形态特征,维持较大的根体积和吸收面积,保证从土壤中吸收较多的磷供植株生长所需.     

植物酸性磷酸酶的研究进展

酸性磷酸酶是植物体和土壤中普遍存在的一种非常重要的水解酶,其活性高低与植物体和土壤中的磷素丰缺状况有着密切的联系.低磷胁迫能够诱导植物体内和根系分泌的酸性磷酸酶活性显著增加,并且酸性磷酸酶活性的增加能够促进有机磷的水解,因此,研究植物酸性磷酸酶及其在磷胁迫条件时诱导分泌的机理对于植物磷营养性状的遗传改良、挖掘土壤有机磷资源、缓解世界磷矿资源短缺矛盾以及减少环境污染等方面都具有重要的现实意义.本文从磷胁迫条件下植物体内和根际酸性磷酸酶活性变化、根系分泌机理以及酸性磷酸酶与土壤有机磷有效性等方面进行综述.     

低磷下植物根系分泌物对土壤磷转化的影响研究进展

磷是植物必需矿质营养元素,在植物生长过程中发挥重要作用,但通常情况下土壤中有效磷含量低,且施入土壤的磷肥易被吸附固定为难溶性有机磷,无法被植物直接吸收利用.根系分泌物在土壤磷素转化方面发挥重要作用,是植物低磷适应的一项重要策略.低磷条件下植物根系通过分泌有机酸、酸性磷酸酶、质子及糖类等物质直接或间接影响土壤磷素转化,提高土壤磷有效性.文章通过综述低磷下植物根系分泌物变化及不同根系分泌物对土壤磷素转化作用机制,揭示低磷下植物根系分泌物对土壤磷素转化影响机制,对进一步认识植物低磷适应策略具有重要意义.     

GmNTLs调控大豆根系响应低磷胁迫的功能研究

【目的】低磷和铝毒胁迫是酸性土壤中限制作物生产的重要因素。植物NTL转录因子参与调控多种环境胁迫(包括铝毒胁迫)的适应性机制,本文探究GmNTLs调控大豆Glycine max根系响应低磷胁迫的功能。【方法】通过RT-qPCR分析大豆15个GmNTLs基因在根系响应低磷胁迫的表达模式,进一步构建了GmNTL1/4/7/8/10/12共6个GmNTLs基因的拟南芥超量表达材料,探究GmNTL成员在拟南芥根系中响应低磷胁迫的功能。【结果】系统进化树及组织表达模式分析结果表明,GmNTLs家族分3个亚族,各亚族成员在大豆中组织表达模式不同。RT-qPCR结果表明,低磷处理12 d显著提高了GmNTL1/4/7/8/10/12在大豆根系中的表达。在拟南芥中超量表达不同GmNTL基因对低磷的响应不同。高磷处理下,超量表达GmNTL4/10/12拟南芥的鲜质量显著增加;低磷处理时,超量表达GmNTL4显著提高拟南芥鲜质量,而超量表达GmNTL1/12拟南芥的鲜质量显著降低。同时,仅超量表达GmNTL12拟南芥的主根长显著缩短,而超量表达其他基因对拟南芥植株的主根长无明显影响。【结论】GmNTLs参...     

低磷胁迫下水稻不同品种根系有机酸分泌的差异

以4个对低磷反应不同的典型水稻品种(系)为材料,对其在低磷胁迫下根系有机酸分泌这一根系生理特性进行了比较研究。结果表明,低磷胁迫能促使水稻根系分泌更多的有机酸,这在耐低磷品种中表现尤为明显。     

低磷胁迫下不同水稻品种根系生理特性的研究

以4个对低磷反应不同的典型水稻品种为材料,对低磷处理10 d后各品种根系有机酸分泌量、酸性磷酸酯酶活性、根系活力等根系生理特性进行了比较研究。结果表明,低磷胁迫能促使水稻耐低磷品种根系分泌更多的有机酸,其有机酸分泌总量较对照平均增加了1.96倍,而敏感品种与对照之间无显著差异;低磷胁迫下各品种根系活力均有显著提高,2个耐低磷品种升幅相对较大,其根系TTC相对氧化强度平均为5.91,而敏感品种仅为1.83;各品种根系释放的酸性磷酸酯酶活性均明显高于对照,且敏感品种升幅相对较大。处理10 d后耐低磷品种根系生物量略高于对照。处理25 d后各品种根系生物量均显著高于对照,且耐低磷品种增幅更大。耐低磷品种植株生物量与对照无明显差异,而敏感品种则有明显降低。     

Responses of Legumes to Phosphorus Deficiency

Phosphorus deficiency is a universal problem in most world soils. Furthermore, of all nutrients, shortage of phosphorus has the biggest impact on legumes, therefore, lots of studies were carried out for identifying responses of legumes to shortage of phosphorus. They concluded that to maintain improved growth under phosphorus defioiency oonditions plants develop two major mechanisms： （i） Phosphorus acquisition （root morphology, root exudation and phosphorus uptake mechanisms）, （ii） Phosphorus utilization （internal mechanisms associated with better use of absorbed phosphorus at cellular level）. The aim of this brief review is to elucidate root morphological ohanges and rhizophere aoidification to phosphorus deficiency.     

光和磷对苔草属植物胡萝卜状根形成及分布格局的影响

为了了解光照和土壤中磷对苔草属植物胡萝卜状根形成及分布格局的影响，2006年夏季在加拿大麦吉尔人工气候室内，对北美苔草属植物进行了不同光照强度和磷浓度组合的处理，以诱导苔草属植物胡萝卜状根的形成。结果发现：（1）苔草属植物的胡萝卜状根主要在低磷条件下形成，其中54％的植株在低磷条件下形成胡萝b状根，而高磷条件下只有4％的植株形成；（2）在相同的光照和磷处理条件下，处理时间对苔草属植物胡萝b状根的形成无显著影响；（3）遮荫影响苔草属植物胡萝b状根的形成，其中在“低磷＋全光照”条件下形成胡萝b状根的植株占处理植株总数的52％，而在“低磷＋遮荫”条件下形成胡萝卜状根的植株只占22％；（4）在苔草属植物中，胡萝卜状根只发生在苔草亚属（Subgen．CaYex）植物中，其中23组81种苔草亚属中78％的种类形成胡萝卜状根，而在二柱苔草亚属（Subgen．Vignea）植物中，5组9种苔草植物均无胡萝卜状根形成。可见，胡萝卜状根的形成不仅受环境因素（养分、光照）的影响，而且还与其系统发育有关。     

不同磷水平柱花草磷效率及根构型研究

为研究不同磷水平下柱花草磷效率的基因型差异及其与根构型的关系，利用盆栽试验，以磷低效、磷高效、磷敏感3种基因型柱花草品种为材料，研究0、0020、0035、0050、0075、0100、0200 g·kg-1共7个磷水平下，不同基因型柱花草的磷营养特性；并进一步比较两个代表性基因型（磷低效、磷高效）柱花草在对照(0 g·kg-1)、缺磷(0010 g·kg-1)、正常磷（0025 g·kg-1）处理下苗期根系生长状况，从而确定根构型与磷效率的关系。结果表明：不同基因型植株的磷含量、吸磷量随磷浓度的增加而增加，磷利用效率对磷浓度的反应趋势则相反。在不同磷处理下，磷高效基因型的磷利用效率均较高，且随着磷浓度的增加不同基因型品种磷利用效率的变化趋势度表现为：磷高效＜磷低效＜磷敏感。随着磷胁迫的加重，磷高效和磷低效基因型的侧根数、主根长、根体积、根表面积和根活跃吸收面积均增加，根直径减小。磷高效基因型柱花草根体积显著高于磷低效基因型，且在其他根构型指标上优于磷低效基因型。磷高效基因型品种较耐低磷，柱花草根系形态的改变是其适应低磷胁迫的重要机制。研究为柱花草的优质栽培提供理论依据。     

水分胁迫下磷营养对玉米苗期根系导水率的影响

采用室内水培试验法 ,选择高水肥型玉米品种 ,以 PEG6 0 0 0模拟干旱胁迫 ,Hoagland全营养液和无磷营养液控制磷素水平 ,用压力室法测定了三叶期的玉米根系导水率 (L pr)的变化规律。结果表明 :缺磷植株根系的导水率显著降低 ,但在复磷后 4～ 2 4 h内导水率能恢复到与供磷对照植株接近的数值 ;干旱胁迫可导致玉米根系导水率急剧降低 ,但供磷处理的导水率仍然大于无磷处理 ;复水后 ,供磷植株 Lpr 恢复能力较无磷植株强 ,表明磷处理植株对干旱有较强的忍受能力和恢复能力。 Hg Cl2 处理表明磷营养可通过影响水通道蛋白的活性或表达量来调节根系导水率。     

磷胁迫下不同磷效率大豆某些性状的基因型差异

用液培法以4个不同磷效率的大豆基因型为材料,对其在缺磷胁迫条件下的主根长、根冠比、光合速率及抗衰老能力进行了研究。结果表明:耐低磷主要表现是刺激根的伸长,与磷低效基因型相比,磷高效基因型的主根长、根冠比增长比较明显;磷高效基因型的光合能力和生物膜的抗氧化能力都明显高于磷低效基因型。     

磷、钾对番茄可溶性碳水化合物分配的影响

以番茄苗为试验材料，研究了不同浓度磷、钾对番茄植株可溶性碳水化舍物分配的影响。结果表明：磷、钾亏缺处理45d后，与正常磷、钾处理相比，磷亏缺的植株冠根比下降，而钾亏缺的植株冠根比则上升。钾亏缺的植株叶片中，蔗糖、还原糖和总可溶性糖含量均表现为上升，根中则表现为下降。磷亏缺的植株叶片中，蔗糖、还原糖和总可溶性糖含量基本不变，而在根中则表现为不同程度的增加。在叶和根的总可溶性糖中，钾亏缺和磷亏缺的植株，根部总可溶性糖所占的比例分别为10．71％和45．65％，两者的对照分别为28．63％和33．11％。上述结果表明，钾和磷在光合产物的转运中所起的作用不同，植株中营养元素亏缺不同，干物质在不同部位的分配也不同。     

不同供磷浓度对杉木苗根系和盆栽土壤的影响

【目的】研究不同供磷浓度下盆栽杉木Cunninghamia lanceolate苗根系形态和生理响应机制及土壤养分和微生物变化规律。【方法】设置缺磷(P0)、正常供磷(P1)及高浓度供磷(P2)3个处理,测定不同供磷处理盆栽杉木苗根系形态和生理指标及土壤养分和微生物数量的时间动态。【结果】处理第30天时,P0植株地上部和整株干物质累积量最小,而根系干物质累积量和根冠比最大,分别是P1的2.07和5.37倍,差异显著;处理第15天时,P0根系磷吸收率最低而利用率最高,第30天时,其根系磷吸收率为P1的43.18%,而磷利用率为P1的231.59%;根系表面积和根尖数随处理时间增加呈增长趋势,第30天时,P0根系表面积为3.46 cm2,根尖数为56个,显著高于P1、P2处理;磷处理期间,酸性磷酸酶、超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量均以P0最高,并与P1、P2差异显著;较之P1、P2处理,P0的土壤碱解氮明显升高,有效磷严重匮乏,p H、速效钾和阳离子交换量变化不大,酸性磷酸酶活性显著增强,真菌数量则有所降低。【结论】较之正常和高浓度供磷处理,缺磷胁迫导致杉木苗根系干物质累积量增加,根冠比增大,根系表面积和根尖数随胁迫时间延长而增大和增多;缺磷处理根系磷吸收率下降而利用率提高,根系的酸性磷酸酶、超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量显著增大,同时盆栽土壤酸性磷酸酶活性显著增强,碱解氮含量明显增加,有效磷含量匮乏且真菌数量最少,表明缺磷处理对杉木苗根系生长及土壤养分和微生物数量影响显著。     

低磷胁迫下不同磷效率基因型棉花的根系形态特征

【目的】从根系形态变化的角度阐述磷高效基因型棉花对低磷胁迫的响应特征及适应机理,为找出影响棉花磷素吸收的主要因子和通过根系塑性提高养分利用效率的遗传改良提供科学依据。【方法】以磷高效基因型棉花品种新海18号（XH18）、中棉所42号（CCRI-42)、新陆早19号（XLZ19）和磷低效基因型棉花品种新陆早13号（XLZ13）、新陆早17号（XLZ17）为材料,通过特殊土培系统,研究不同磷效率棉花在不同磷水平下（低磷胁迫0、正常供磷150 kg·hm^-2）根系形态及其与植株磷素吸收的关系。【结果】低磷胁迫显著降低棉花生物量和磷累积量,其中磷高效基因型的生物量和磷吸收量在各施磷水平下分别为低效基因型的1.21-2.08和1.35-1.91倍。施磷可显著增加土壤中Olsen-P含量。低磷胁迫下各基因型棉花品种Olsen-P较适磷条件显著降低,且磷高效基因型棉花降低幅度大于磷低效。在低磷胁迫条件下,磷高效基因型棉花品种在0-25 cm土层中土壤Olsen-P浓度低于磷低效,较磷低效基因型XLZ13和XLZ17分别平均降低了21.1%和30.1%。棉花的总根长、总根表面积、总根体积、平均根系直径在低磷胁迫下显著降低,其中磷高效基因型棉花在各施磷水平下的总根长、总根表面积、总根体积分别为低效基因型的1.54-1.97、1.52-1.92、1.47-1.84倍。低磷胁迫下,磷高效基因型棉花比根长、比根表面积和比根体积均显著大于磷低效基因型棉花品种,分别为低效基因型的1.10-1.25、1.07-1.22、1.01-1.16倍,而平均直径显著低于磷低效基因型,为磷低效基因型的34.2%-70.2%;主成分分析表明,总根长、总根表面积、总根体积、根干质量、中根长、粗根长受基因型差异的影响较为明显,是区分两类磷效率基因型棉花根系形态差异的主要指标。一般线性模型方差分解结果表明,总根长、总根表面积、总根体积、中根长、粗根长等根系参数是植株磷素吸收的重要影响因子。【结论】磷高效基因型棉花可较大幅度增加细根比例,降低根系总体细度,促使比根长增加,提高根系的构建效率,以适应低磷胁迫。     

济麦22及其转TaPHR1基因植株的磷胁迫反应研究

采用营养液培养体系,研究不同供磷处理条件下,受体济麦22及其转磷高效基因TaPHR1株系的生长反应、根系形态特征及对磷的吸收、分配和利用能力的差异。结果表明:1)通过农杆菌介导方法获得的TaPHR1基因过量表达的转基因植株后代有更强的耐低磷胁迫的能力;2)在水培条件下,小麦对磷饥饿胁迫的反应总体上表现在生物量降低、根冠比提高、根长及表面积增大、根半径减小,磷吸收和利用效率改变,不同基因型间变化趋势相同,但变化幅度存在差异;3)对这些反应特征的分子机理的深入分析可为有效筛选磷高效小麦新种质以及发掘磷高效基因资源提供参考依据。     

大豆根形态和根分泌物特性与磷效率

通过土培和水培试验 ,对不同大豆品种进行了根系形态及根分泌物的比较研究 结果表明 :大豆在耐低磷特性方面存在着一定的品种差异 ,其中大豆品种南雄 36号有较高的耐低磷能力 ,在低磷 (P0 )胁迫条件下其苗期整株生物量为 1 5 0g/株 ,显著高于博罗 5 8号 (0 92g/株 )和博罗 61号 (1 0 3g/株 ) 在不同磷处理下 ,大豆的根冠比、主根长、总吸收面积和活跃吸收面积有变化 ,但品种间缺乏明显一致的规律性 ,表明这些性状不一定适合作为大豆磷效率比较的特异性指标 磷胁迫时大豆总酸和H+的分泌量较正常供磷条件下高 ,其中南雄 36号在磷胁迫时总酸分泌量为 0 93μmol·g-1·h-1,显著高于博罗 5 8号 (0 60 μmol·g-1·h-1)和博罗 61号 (0 63μmol·g-1·h-1) 此外 ,南雄 36号在低磷胁迫下草酸和乳酸分泌量均显著高于另外 2个品种 ,表明该品种对活化土壤中难溶性磷有一定的遗传潜力 ,具有较高的磷效率