利用根系形态构型筛选磷高效大豆基因型

缺磷是影响大豆生产的重要障碍因子之一。目前,培育磷高效大豆品种,同时进行改土施肥,是解决大豆生产中土壤缺磷问题的较经济环保的方法。为探讨如何通过大豆苗期根系形态构型,对大豆种质资源进行磷效率早期筛选,本研究对186种大豆栽培品种的苗期根系形态构型、植株磷含量和生物量等性状进行了调查分析。对照选用已证实的大豆磷低效基因型和磷高效基因型,田间条件设置为低磷(不施磷)和高磷(160 kg/hm2)两种磷水平处理。低磷处理下,大豆磷含量的变异系数达到70.46%,远高于髙磷处理下的54.72%;高磷可促进根系的生长发育,低磷胁迫下RDA、RV、DRW、RRS变异系数更大。通过相关分析表明在高磷、低磷条件下大豆的根系性状和磷含量有显著差异,磷含量与根系形态构型呈正相关。以根系形态构型中的根干重、根总长、根冠比作为筛选指标,在不同磷水平条件下186个大豆栽培品种筛选出26种磷高效的种质资源。研究结果可为大豆磷高效遗传育种的研究提供理论依据。     

磷胁迫下不同基因型大豆苗期根系形态及生物量差异的研究

在磷胁迫[0mmol/L(P),砂培]条件下,对不同基因型大豆苗期在根系形态、生物量等方面的差异进行了研究,结果表明：磷高效基因型在两叶期并未发挥出其基因型潜力的优势;四叶期,磷高效基因型的侧根数、侧根长、根系吸收面积、茎叶干重等性状的受抑制程度均显著低于磷中、低效基因型,而地下干重、根冠比却受到了较中、低效基因型更强的诱导作用。综合评价表明,磷高效基因型的综合值（评价磷效率特性的综合指标）显著高于磷中、低效基因型,显示出了较强的抗磷胁迫能力,但磷高效基因型并非所有性状都表现突出;四叶期可作为大豆耐低磷胁迫的筛选期,根表面积和活跃吸收面积可作为衡量磷效率特性的特异性指标。     

磷胁迫下不同基因型大豆苗期根系形态及生物量的差异

在磷胁迫[0mmol/L(P),砂培]条件下,对不同基因型大豆苗期在根系形态、生物量等方面的差异进行了研究,结果表明:磷高效基因型在两叶期并未发挥出其基因型潜力的优势;四叶期,磷高效基因型的侧根数、侧根长、根系吸收面积、茎叶干重等性状的受抑制程度均显著低于磷中、低效基因型,而地下干重、根冠比却受到了较中、低效基因型更强的诱导作用。综合评价表明,磷高效基因型的综合值(评价磷效率特性的综合指标)显著高于磷中、低效基因型,显示出了较强的抗磷胁迫能力,但磷高效基因型并非所有性状都表现突出;四叶期可作为大豆耐低磷胁迫的筛选期,根表面积和活跃吸收面积可作为衡量磷效率特性的特异性指标。     

不同磷效率大豆基因型根形态构型对低磷胁迫的响应

探讨大豆根系形态构型指标在低磷胁迫下的适应性反应,研究根系形态构型指标与磷效率的关系。本试验选用3个“磷低效”大豆基因型D3、D17和D18及“磷高效”大豆基因型D34、D37和D38,采用田间试验,设高、低磷两个处理,对大豆基因型磷效率与根形态构型指标的关系进行了研究。结果表明,在高磷处理下,供试大豆根系各形态构型指标和根干生物量均无显著差异,在低磷处理下,各基因型间差异达到显著水平。相关分析表明,根长、根表面积和根生物量与地上部干生物量达到显著或极显著正相关,根直径与磷效率相关系数未达到显著水平。低磷胁迫时,根长、根表面积与根生物量影响植物的磷效率,而根直径对磷效率的影响较小。因此可以把根长、根表面积作为大豆磷效率筛选的重要指标,把根生物量作为辅助筛选指标。     

低磷胁迫对不同基因型小麦品种苗期性状的影响

为研究低磷胁迫对小麦苗期性状的影响,在对照(200 μmol/L KH2PO4)和低磷(5 μmol/L KH2PO4)条件下比较了6个不同基因型小麦品种苗期性状指标。结果表明,小麦根系和地上部对低磷胁迫的反应不同,低磷诱导小麦根系伸长,根系生物量（根鲜重和根干重）增加,供试的6个小麦品种在低磷条件下的根系鲜重和干重与对照相比差异均达到显著或极显著水平。低磷处理对地上部则表现出抑制作用,但对不同品种的影响程度差异较大。总体来看,低磷胁迫处理对小麦根系性状的影响大于地上部性状,不同苗期性状受低磷胁迫影响的程度分别为：根系鲜重>最长根长>根系干重>地上部鲜重>地上部干重>苗长。6个供试小麦品种中,‘中国春’对低磷胁迫最为敏感,而‘京411’的耐低磷性相对较强。     

玉米自交系幼苗生物量积累及根系形态对两种氮素水平的反应及聚类分析

为探讨低氮胁迫对玉米自交系幼苗生物量和根系形态的影响,以35份玉米自交系为材料,测定了两个氮素水平处理后14d玉米幼苗的单株干重、地上部干重、根干重、根冠比、总根长、根表面积、根体积、根平均直径、侧根数和初生根长。结果表明,低氮胁迫下玉米幼苗根干重、根冠比、根总表面积、根体积、侧根数、根平均直径和初生根长显著增加,地上部干重和单株干重显著减小,而总根长没有明显变化。通过主成分分析和聚类分析发现,同一氮素水平下,玉米幼苗各性状的综合表现存在基因型差异,且在正常氮素和低氮条件下均可以分为6组。低氮处理后,选取的9个自交系地上部氮素积累量均显著降低,PH4CV、B73和XY4的根系氮素积累量显著增加,其余6个自交系显著降低。此外,只有XY4的氮素吸收和利用效率均较高。综合分析表明,XY4是低氮高效型玉米自交系。     

甘蓝型油菜重组自交系苗期磷效率的评价

设置低磷P1 (5 μmol L^-1)和高磷P2 (1 000 μmol L^-1)处理水培甘蓝型油菜重组自交系群体的135个株系及亲本的幼苗, 以地上部干重(SDW)、根干重(RDW)、根冠比(R/S)、主根长(AMRL)、地上部磷积累量(SPU)、总磷吸收量(TPU)、磷利用效率(PUE)作为耐性指标, 调查群体各株系和亲本间对缺磷反应的差异, 并对各性状参数与磷吸收、利用效率进行相关性分析。结果表明: (1) 低磷胁迫严重抑制甘蓝型油菜苗期生长, 所调查的各性状均表现出显著差异,其中地上部干重和根干重的变异系数较大;(2) 2种处理条件下, 各株系的地上部干重、根干重、根冠比和主根长4个性状均表现出显著分离, 并呈现正态分布,低磷处理的分离更为明显;(3) 相关性分析表明, 相对地上部干重和根干重可以作为磷效率的主要评价指标,为了避免遗传因素影响, 还应考虑低磷处理下基因型各性状的绝对差异;(4) 通过上述筛选指标,确定065﹑102﹑070为候选的极端磷高效基因型, 105﹑076﹑011等为候选的极端磷低效基因型。     

低钾胁迫对不同钾效率苎麻基因型根系发育 及纤维产量品质的影响

以2个钾营养高效基因型苎麻和2个低效基因型为试验材料，研究了低钾胁迫对不同基因型苎麻根系生长、纤维产量和品质的影响。结果表明，低钾胁迫下，苎麻生物量减少，植株显著矮化，根系生长受抑，根系吸收面积和阳离子交换量减小。但高效基因型苎麻低钾胁迫下仍具有较强的生长势（相对根系干重、相对细根干重、相对根系总吸收面积、相对根系活跃吸收面积较大），其纤维产量所受影响程度小于低效基因型（相对产量较高），有效降低了低钾胁迫对纤维品质所引致的负面影响。     

盐胁迫对水稻根系相关性状及产量的影响

以寒地粳稻牡丹江30（MDJ30）与龙稻5（LD5）为材料,分析不同浓度盐胁迫处理对水稻根系形态特征、根系活力、根干重、根冠比及产量的影响。结果表明:与对照相比,盐胁迫下根长、根表面积、根体积、根系活力、根干重均显著下降,且随盐浓度增加下降幅度不断增大。相同盐胁迫处理,耐盐品种LD5的相对根长、相对根表面积、相对根体积、相对根系活力、相对根干重均大于盐敏感品种MDJ30。与对照相比,盐胁迫下根冠比不断下降,且灌浆期S4处理的根冠比显著下降。盐胁迫下,两品种产量均下降,相同盐胁迫下,两品种产量差异显著。相关分析结果表明,各生育时期的根系相关性状与产量均呈极显著正相关,盐胁迫下根系生长受抑制不利于产量的形成。     

缺磷胁迫对不同玉米幼苗生长的影响

营养液砂培4种不同玉米自交系材料,设置0.25mol/LKH2PO4全磷(对照)、0mol/LKH2PO4(缺磷)两种处理,于5、7、9、11d时考察幼苗生长指标。对缺磷胁迫下4种不同基因型玉米自交系生长的研究表明,低磷胁迫对040651、044191地上部分的抑制大于根系,根系的相对干生物量明显高于地上部分的相对干生物量;从相对株高和相对叶面积的研究显示,编号为040651的自交系受缺磷胁迫的影响小于其他3个自交系材料。缺磷胁迫下4种不同基因型玉米自交系根系形态的研究显示:缺磷胁迫诱导玉米根伸长,根系表面积增大,根冠比显著增加。     

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。     

林分类型及郁闭度对多花黄精根茎多糖含量的影响

为科学指导林下栽培多花黄精,开展不同林分类型（毛竹林、阔叶树林、杉木林、马尾松林）及不同郁闭度(0.2~0.4、0.4~0.6、0.6~0.8、0.8~0.9)对多花黄精根茎多糖含量影响的比较试验。结果表明：不同林分类型下多花黄精平均根茎多糖含量：毛竹林(13.8%)＞阔叶树林(13.7%)＞杉木林(13.3%)＞马尾松林(12.5%)。不同林分郁闭度多花黄精的平均根茎多糖含量以郁闭度0.4~0.6 最高,达13.8%;郁闭度0.2~0.4 和0.6~0.8 次之,分别为11.7%和11.2%;郁闭度0.8~0.9 最低,为9.8%。多花黄精根茎多糖含量以2 年生最高,达16.1%;1 年生根茎次之,为15.5%;种苗根茎最低,为11.4%。因此,提高多花黄精根茎多糖含量适宜的林分类型分别为郁闭度为0.4~0.6的毛竹林或阔叶树林。     

结实期氮磷营养水平对水稻根系和籽粒氨基酸含量的影响

以扬稻6号(籼稻)和扬粳9538(粳稻)为材料,在水培条件下自抽穗至成熟以0N (不施N)、1/2N (标准Espino营养液的1/2N)、0P (不施P)、1/2P (标准Espino营养液的1/2P)以及对照 (全NP,标准Espino营养液的N、P量) 5种处理,研究了根系分泌氨基酸和籽粒氨基酸含量与组分的变化。结果表明,结实期水稻根系分泌的各种氨基酸含量均随灌浆进程而逐渐降低。与对照相比,结实期氮素胁迫(0N)明显降低根系分泌的各种氨基酸和籽粒中各种氨基酸的含量;磷胁迫(0P)则显著增加了根系酸性和中性氨基酸的分泌,但显著降低籽粒氨基酸总量、必需氨基酸及其他氨基酸含量。结实前中期(抽穗后10 d和20 d)根系分泌的氨基酸与籽粒氨基酸相对含量、根系分泌的碱性氨基酸与籽粒的千粒重呈显著或极显著负相关。表明结实期根系分泌的氨基酸与籽粒氨基酸及粒重有密切关系;N、P营养水平对根系分泌的氨基酸和籽粒氨基酸组分和含量有调控作用,进而影响产量和稻米的营养品质。     

结实期氮磷营养水平对水稻根系分泌物的影响及其与稻米品质的关系

以扬稻6号（籼稻）和扬粳9538（粳稻）为材料,在水培条件下自抽穗至成熟期进行0 N（不施N）、1/2 N(标准Espino营养液的1/2 N)、0 P（不施P）、1/2 P(标准Espino营养液的1/2 P)以及对照（全NP,标准Espino营养液的N、P量）5种处理,研究了水稻根系分泌物的变化及其与稻米外观品质、蒸煮食味品质及蛋白质组分的关系。结果表明,与对照相比,结实期氮素胁迫（0 N）明显降低了水稻的根系活力,降低了各种有机酸、氨基酸及离子的分泌量,加速了根系的衰老;磷胁迫（0 P）显著增加了根系有机酸、氨基酸及各种离子的分泌。相关分析表明,结实前中期（花后10 d和20 d）根系分泌的酒石酸、柠檬酸和氨基酸与籽粒垩白度、直链淀粉、崩解值呈显著或极显著负相关,与淀粉谱的消减值呈极显著正相关;根系分泌的苹果酸与籽粒垩白度、直链淀粉、崩解值呈极显著正相关,与淀粉谱的消减值呈极显著负相关;根系分泌的[Ca²⁺]、[K⁺]、[Na⁺]、[NO₃^-]、[NH₄⁺]、[PO₄^3-]与稻米的垩白度、直链淀粉含量、蛋白质组分也显著或极显著相关。表明根系分泌物与稻米品质的形成有密切的关系,N、P营养水平对根系分泌物有调控作用,进而影响稻米品质。     

QTL mapping of phosphorus deficiency tolerance in soybean (Glycine max L. Merr.)

Phosphorus (P) deficiency is a major abiotic stress that limits plant growth and crop productivity throughout the world. In the present study, 184 recombinant inbred line (RIL) families developed from soybean varieties Kefeng No. 1 and Nanong 1138-2 were used to identify quantitative trait loci (QTL) associated with P deficiency tolerance. Seven traits of plant height (HT), weight of fresh shoot (FSW), weight of fresh root (FRW), weight of dry root (DRW), length of main root (RL), phosphorus content in leaf (LP), phosphorus content in root (RP), were used as parameters to assess the phosphorus deficiency tolerance. The QTL mapping for the seven traits was performed using the program WinQTLCart. Seven QTLs were detected and mapped on two linkage groups for three traits of weight of fresh shoot, phosphorus contents in leaf and in root. The QTLs that had LOD scores more than three were detected for all of the three traits above. Most of the QTLs explained more than 10% of the total variation. The two QTLs for phosphorus content in leaf explained more than 20% of the total variation, respectively. Five QTLs were mapped on linkage group F2, and two on linkage F1. It was suggested that the genes related to phosphorus deficiency tolerance located on linkage group F in soybean.Contributed equally to this work.     

Relationship of Fe-tolerance to morphological changes in roots in upland NERICA lines under Fe-treated hydroponic conditions

Twenty-six upland lines of New Rice for Africa (NERICA) were tested with four Oryza sativa varieties in relation to Fe toxicity tolerance under hydroponic culture containing 1.44 mM Fe (+Fe) and 0 mM Fe (-Fe as a control). Three NERICAs, WAB450-IBP-24-HB (P24), WAB450-IBP-82-1-1 (P82), and WAB450-IBP-163-3-1 (P163) among the 30 lines/varieties tested possessed relatively strong tolerance judging from reduction of root length and dry weight and shoot dry weight in +Fe compared to -Fe and from iron toxicity score (ITS) in +Fe. Only P24, P82, and P163 showed emerged lateral roots from pericycle at the root elongation zone, whereas in the other 23 NERICAs and four O. sativa varieties lateral root was not observed in the root elongation or differentiation zones. Less disruption of cortex on root tissues was observed in P24, P82, and P163 than in WAB450-16-2-BL2-DV2 (BL2-DV2), the most susceptible NERICA identified. P24, P82, and P163 showed significantly lower Fe content in the shoots than BL2-DV2, suggesting that the tolerant NERICAs could have some mechanism to inhibit the absorption of Fe. The emergence of lateral roots from the root elongation zone in the three tolerant NERICAs would be closely associated with reducing Fe absorption into the plants.     

镍胁迫对玉米幼苗氮、磷、钾积累与分配的研究

研究发现吉林省黑土中镍含量逐年增加,造成土壤理化性质恶化和玉米产量、品质降低,因此,了解镍胁迫对玉米植株生长特性的影响有重要意义。采用盆栽试验,研究了不同镍浓度（0、50、100、200、400 mg/kg）胁迫处理下玉米植株各部位的生物量、生物量分配格局以及氮、磷、钾积累和分配特征。结果表明,（1）镍浓度为50 mg/kg时,增加了玉米幼苗根、茎、叶生物量和总生物量,镍浓度大于50 mg/kg时,减少了各部位生物量及总生物量;（2）各部位对镍的吸收和积累随土壤外源镍浓度的增加而增加;（3）镍浓度为50 mg/kg时,增加了各部位的钾含量和根、茎钾的积累比例,而植株中的氮、磷含量随土壤中镍含量的增加呈降低趋势。因此得出,镍浓度为50 mg/kg的处理增加了玉米植株的生物量、根茎叶中钾含量及养分积累,改变了养分在玉米植株内的分配格局,而浓度大于50 mg/kg时抑制了玉米生长,降低了根茎叶中氮和磷的含量及积累。     

不同耐铝性玉米基因型根际营养元素状况的差异

采用根箱分室土培方法,研究了两个不同耐铝性玉米自交系在两种不同pH土壤根际的营养状况。结果表明,两自交系根际Al、P、Ca等元素的含量和分布不同。酸性土壤根表附近土壤Al含量明显高于远根际区域,耐铝自交系根际土壤铝的含量显著高于敏感自交系。中性土壤上两自交系距根表0-4cm区域为一典型的P耗竭区,而酸性土壤上P耗竭区相对较小,在距根表0-2.5cm范围。酸性土壤上耐铝自交系距根系1-2.5cm区域P含量较高,对P的活化能力相对较强。酸性土壤根系附近Ca含量显著低于中性土壤。耐铝自交系根系对Ca、Mg的吸收能力相对较强,在酸性土壤的0-2.5区域形成一明显的Ca耗竭区。     

AM真菌对苗期棉花根系形态特征的影响

【目的】为探讨不同盐度土壤土著丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizae,AM)真菌对苗期棉花根系形态的影响。【方法】采用in-growth生长系统进行了田间原位研究。【结果】低盐(σ1.0 m S·cm~(-1))、中盐(σ2.1 m S·cm~(-1))、高盐(σ4.0 m S·cm~(-1))土壤条件下,土著AM真菌侵染显著增加了棉花株高、叶片数、蕾数、叶面积指数,说明土著AM真菌能够改善棉花的生长提高耐盐能力。土著AM真菌显著提高了总根长、根体积、根表面积以及直径(d)≤0.5 mm细根根长,低盐土壤条件下土著AM真菌显著增加了d≤0.5 mm细根的根长占总根长的百分比。相关分析表明,棉花总根长、d≤0.5 mm的细根根长与菌根侵染率、叶片磷、钾浓度及吸收量呈显著正相关,与叶片钠浓度呈显著负相关关系;棉花总生物量与叶片吸磷量、吸钾量极显著正相关。【结论】上述结果说明盐渍化土壤中的土著AM真菌侵染对棉花植株的磷、钾等营养状况的改善和棉株钠、氯效应的降低,与土著AM真菌促进细根生长、提高细根根长占总根长的比例有关。     

连作对太子参光合及药用品质的影响

在福建柘荣太子参规范化栽培生产基地,以柘参2号为材料,探讨连作对太子参光合生理、产量及药用品质的影响。结果表明,连作导致太子参产量极显著下降(P<0.01),仅为稻参轮作的1/3,其多糖含量仅为轮作太子参的88.08%,人参皂苷Rb1为轮作太子参的44.33%;光合指标测定表明,连作太子参叶绿素相对含量(SPAD)极显著降低(P<0.01),叶片净光合速率(P_n)显著(P<0.05)降低;荧光动力学指标分析发现,太子参连作后叶绿素初始荧光(F_o)下降不显著,但非光化学猝灭系数下降(NPQ)显著;显微结构观察发现,连作太子参叶片细胞密度降低约30%,根细胞密度降低约45%,细胞排列由致密变为疏松。由此推测,连作破坏了太子参光合系统中的保护机制,使天线色素吸收的热量既不能用于光合成也不能被耗散掉,而在叶部累积引起营养器官畸形化,导致光合作用紊乱、光合速率下降,最终影响根部形态建成,其中分根数减少和根重下降成为限制太子参产量和品质的重要因素之一。