矿质养分和激素对根毛生长发育的影响及作用机制

【目的】植物矿质养分和水分的吸收利用赖于根系,根系中根毛的生长发育不仅扩大了根系吸收表面积,促进了矿质养分和水分的吸收还有助于植物根的固定以及与土壤微生物的互作。本文从矿质养分角度(氮、 磷、 钾、 钙、 铁)和激素角度(生长素、 乙烯、 茉莉酸、 独脚金内酯、 油菜素内酯)探讨影响根毛生长发育的因子及作用机理。【主要进展】氮对根毛生长发育的影响与茉莉酸和乙烯有关, 磷与生长素、 乙烯、 独脚金内酯互作调控根毛生长发育;生长素和乙烯以交互作用调控根毛生长发育,茉莉酸、 独角金内酯和油菜素甾醇对根毛生长发育的作用是部分依赖生长素或乙烯途径;植物体内生长素和乙烯等激素的平衡对根毛的生长发育起着重要作用。【建议和展望】基于以上分析,从蛋白激酶及其相关调控基因及转录因子等方面可深入探析矿质养分、 植物激素等对根毛和丛枝菌根生长发育的影响。     

低磷胁迫下熊猫豆侧根增多的生理机制研究

采用溶液培养方法,通过外源添加生长素吲哚-3-乙酸（IAA）及生长素极性运输抑制剂2,3,5-三碘苯甲酸（TIBA）,研究了低磷胁迫下熊猫豆根系构型与生长素相关代谢酶活性之间的关系,以阐明生长素在低磷胁迫下塑造植物根系构型的作用。结果表明,熊猫豆在低磷胁迫下形成特定根系构型,具体表现为侧根增多。IAA在侧根发生过程中起重要作用,外源IAA可以在一定程度上模拟低磷信号引导的侧根发生,而生长素极性运输抑制剂TIBA则显著抑制侧根发生。根系中生长素代谢相关酶生长素氧化酶（IAAO）和过氧化物酶（POD）活性在根构型形成过程中呈现规律性变化。低磷环境下熊猫豆根系中的IAAO、 POD酶活性均高于正常施磷的处理。外源IAA可以增加这两种酶的活性,而TIBA则能够逆转低磷诱导的IAAO、 POD活性的增加。     

植物根际微生物调控根系构型研究

植物根系构型即根系在其生长介质中的生长与分布,包括根系长度、根系分支和根系生物量等,能够将植物固定在土壤中并有效吸收水分和矿质养分,直接影响植物的生长和发育。根系构型受多种因素的影响,包括土壤水分、养分和根际微生物,传统方式主要依靠化学肥料增加土壤养分进而改善根系生长,但是化学肥料会对环境造成危害,根际微生物作为植物的“第二基因组”,能够改善初生根、侧根和根毛的发育,促进植物的生长和根际养分吸收,近年来基因组学−代谢组学、基因组学−转录组学等多组学关联技术的应用揭示了微生物的促生机制,为微生物菌剂的开发提供了新思路。基于该领域的研究现状,本文阐述了根际微生物（AMF、PGPR、根瘤菌）对根构型的调控机制包括激素调控、固氮、溶磷、释放挥发性有机化合物四个方面,并描述它们通过这四种机制增加植物根系长度、根系分支,促进根毛发育的调控效应,基于上述结论,植物根际微生物可以有效改善根系生长,但实际应用效果还有待研究,量化不同机制的相对贡献率以及提高微生物菌剂在实际应用中的稳定性是后续研究的重点。     

缺磷胁迫下番茄侧根形成与miR164及NAC1表达的关系

为了研究番茄幼苗在缺磷胁迫下根系形态发育与生长素、生长素信号转导途径中的转录因子NAC1,以及调控NAC1 表达的上游miR164之间的关系。试验以5和500 μmol/L磷浓度作为缺磷胁迫和对照,检测了外源生长素NAA（1-naphthalene acetic acid）及生长素抑制剂NPA（N-1-naphthylphthalamic acid）对侧根形成的影响; 同时采用RT-PCR检测了NAC1和miR164在缺磷胁迫下的时序表达。结果表明,缺磷胁迫下侧根大量形成与生长素及其运输密切相关,在侧根迅速形成的24 h内,NAC1的表达在缺磷胁迫下增强; 而其上游的miR164表达降低,从而揭示了缺磷胁迫下侧根形成与miR164调节NAC1表达之间的关系。     

硝态氮供应下植物侧根生长发育的响应机制

旱地土壤上硝态氮是作物吸收和利用的主要无机氮形态。硝态氮不仅是植物营养的主要氮源,而且还可以作为信号物质调节植物根系生长发育。为适应土壤中硝态氮非均衡供应,植物侧根发育往往呈现出可塑性反应。本文综述了植物侧根生长发育对硝态氮供应的响应机制。在拟南芥、玉米、大麦等植物上研究表明,硝态氮对植物侧根发育具有双向调节途径,即:1)局部供应硝态氮,硝态氮自身作为信号物质通过信号传导通路发生作用,对侧根具有伸长的刺激效应,硝态氮转运蛋白AtNRT1.1作用于转录因子ANR1的上游,ANR1的转录调节侧根发育;2)植物组织中高浓度的硝态氮对侧根分裂组织活动具有抑制效应,植物激素如生长素和脱落酸可能参与其中的信号传导过程。近些年来研究发现小RNA也参与调控硝态氮供应下植物侧根发育。     

玉米苗期根系生长与耐低磷的关系

在田间筛选试验的基础上,利用两个磷高效(181和186)、两个磷低效(153和197)玉米自交系,进一步研究了这些自交系苗期耐低磷能力差异及其与根系生长的关系。结果表明,在低磷胁迫(P.5.78.mg/kg)下,所有自交系玉米地上部重量、初生根重、次生根重及磷累积量降低,但磷高效自交系181和186受影响程度显著小于153和197。在试验所处的玉米生育时期(6叶龄),磷对所用自交系的初生根及次生根数量没有影响。比较181和197的根系形态,在低磷胁迫下,磷低效自交系197的初生根侧根长、轴根长均显著下降,磷高效自交系181则下降幅度很小。而且,低磷使181初生根的侧根/轴根比值、根长度/根重比值较高。说明低磷胁迫下,181自交系可以将根中的有限的养分及干物质作更合理的分配,促进细根的生长,从而获得较长的根系。     

褪黑素调控根系生长和根际互作的机制研究进展

【目的】根系生长和根际互作是影响植物对土壤养分吸收的关键因子。根系在土壤中穿插生长,不断改变其形态可塑性,进而改变根系构型,扩大与土壤的接触面积以获取所需养分。同时根系的生理可塑性协同根系形态可塑性显著影响根际互作效应,为植物经济高效获取养分资源提供可能。探究褪黑素等内源生长调节因子对根系形态和生理可塑性的调控机制,揭示通过最大化根际效应强化根际互作的有效途径,对集约化作物体系提高养分利用效率,促进绿色增产增效,具有重要的理论与实践意义。主要进展褪黑素作为新型植物生长调节信号分子,在盐害、干旱和低温等非生物胁迫中具有增强植物抗逆性、改善植物生长等重要调节作用。褪黑素显著改变根系生长,对植物主根生长主要表现为抑制作用,对侧根及不定根的发育和生长具有浓度依赖性调节,从而深刻影响植物根系构型。褪黑素调控根系生长的机制尚不清楚,总结已有进展表明:一方面褪黑素调节光周期,影响光合产物的运输和糖信号,从而调控地下部碳分配和根系生长;另一方面,褪黑素还能与生长素等植物激素互作,参与激素对植物生长调控的信号通路,从而对植物的生长发育和新陈代谢产生影响。这些进展对深入揭示褪黑素调控根系生长发育的机制提供了重要依据。问题与展望根系的生长发育以及根系构型的改变显著影响根际过程和根际互作,褪黑素作为调控因子在不同养分环境条件下显著影响根系的形态可塑性。然而,褪黑素在根际过程和根际互作中的作用机制并不清楚,有关研究亟待加强。深入探究褪黑素参与根际互作的机制,理解褪黑素调控根系生长和根际过程的作用途径,可为集约化农业体系下精准调控作物根系生长,强化根际互作,提高养分利用效率提供科学依据。     

菌根植物适应低磷胁迫的分子机制

丛枝菌根 (AM) 真菌能够和绝大多数陆生植物建立共生体系,对于植物适应低磷胁迫具有重要作用。已有很多研究从不同角度揭示了宿主植物和AM真菌协同适应低磷胁迫的生理机制,并已深入到分子和信号水平。本文归纳了近年来相关研究成果,从磷胁迫信号感知、有机酸分泌、磷酸酶与激素合成相关基因、磷酸盐转运蛋白基因、转录因子与小分子物质miRNA等若干方面讨论了菌根共生体系响应和适应磷胁迫的分子机理,重点介绍了1) 环境磷浓度作为营养信号诱发菌根植物的生理响应过程及其在共生体系建立中的关键作用;2) AM真菌调节植物激素平衡进而影响植物生长发育和根系构型的生理机制;3) 丛枝菌根涉及的植物、真菌以及菌根特异诱导植物产生的磷酸盐转运蛋白基因在磷酸盐摄取中的特殊作用及可能调控机制;4) 转录因子作为感知磷胁迫信号和调控转录表达水平的枢纽,在增强植物适应磷胁迫能力方面的重要贡献。这些因素既单独作用又相互关联,共同构成菌根植物适应磷胁迫的分子调控网络。未来需要着重加强菌根共生界面的磷转运机制、菌根植物适应低磷胁迫的转录因子调节,以及各调控因子相互作用研究,从而全面揭示菌根植物适应低磷胁迫的分子调控网络,为发展和应用菌根技术调控植物磷营养奠定理论基础。     

不同基因型植物低磷胁迫适应机理的研究进展

提高磷(P)效率的途径之一是选择在P胁迫下能实现高产的新的基因型植物。阐述了低P胁迫下植物根的粗细,根毛的数量和密度,侧根的数量,根系特异分泌物种类数量的差异,酸性磷酸酶活性等形态和生理方面的适应性反应,与耐低P有关的基因定位、克隆的研究进展,揭示了植物低P胁迫时的适应机制。     

不同基因型植物低磷胁迫适应机理的研究进展

提高磷（Ｐ）效率的途径之一是选择在Ｐ胁迫下能实现高产的新的基因型植物。阐述了低Ｐ胁迫下植物根的粗细,根毛的数量和密度,侧根的数量,根系牧民分泌物种类数量的差异,酸性磷酸酶活性等形态和生理方面的适应性反应,与耐低Ｐ有关的基因定位、克隆的研究进展,揭示了植物低Ｐ胁迫时的适应机制。     

石灰性土壤难溶态磷的微生物转化和利用

目前农业生产中大多通过施用可溶性磷肥为植物提供有效磷。磷酸根化学性质活泼,施入土壤后能很快与土壤中的其它成分发生反应,使植物对其利用的有效度随时间延长而降低,最终以难溶性磷酸盐或吸附态形式滞留于土壤中,难以被植物直接吸收。据估计,在石灰性土壤中约有80% 的磷肥以难溶性磷酸盐存在。为此人们采用了许多方法提高磷肥的利用率,其中利用植物根际与磷循环相关的生物学系统来调节植物根际磷的有效性是重要的途径之一。这个生物学系统包括植物本身对土壤难溶态磷的吸收与利用以及土壤中某些微生物参与的难溶态磷的释放与利用。本文论述了微生物( 细菌和真菌) 转化和利用石灰性土壤中难溶态磷的研究进展。     

Plant Growth Promoting Traits of Indigenous Phosphate Solubilizing Pseudomonas aeruginosa Isolates from Chilli (Capsicumannuum L.) Rhizosphere

Phosphorus (P) is the second key nutrient for plants and it affects several attributes of plant growth. Identification of a potent phosphate solubilizing microorganism capable of transforming the insoluble P into soluble and plant-accessible forms is considered as the best eco-friendly option for providing inexpensive P to plants. Hence, this study was focused to assess the growth enhancement traits of the phosphate solubilizing bacteria (PSB) isolated from chili rhizosphere. Twelve PSB were isolated by enrichment culture technique and its P solubilization efficiency was checked using Vanadomolybdate phosphoric yellow color method. Among them, two potent strains PS2 and PS3, identified as Pseudomonas aeruginosa KR270346 and KR270347 based on biochemical and molecular characterization, were selected for further study. The Pseudomonas aeruginosa isolates interestingly showed the presence of various potential plant growth-promoting properties including indole acetic acid and siderophore production. The growth enhancement effect of Pseudomonas aeruginosa isolates on chilli showed promising results, and the growth parameters were found to be statistically signi?cant when compared to control. The results demonstrated an eloquent impact on various aspects, namely microbial count and PSB population, phosphatase and dehydrogenase activity, available phosphorous in the soil, plant nutrient uptake, and yield parameters. Inoculation of these two isolates together with the addition of rock phosphate increased comparable amount of available P and these treatments were statistically at par throughout the growth period. The results con?rmed the growth-promoting potential of the isolates to develop as biofertilizers either alone or as components of integrated nutrient management systems.     

植物内部磷循环利用提高磷效率的研究进展

  【目的】  磷素作为植物生长发育过程中必需的大量营养元素之一,因其在土壤中的难移动性使得根系对磷的获取有限。植物为满足其生长对磷素的需求,已经进化出一系列相应的机制提高对内部磷的再利用,以减少磷肥投入,保证产量的同时实现环境友好。本文以植物内部磷的高效利用为核心,重点剖析植物有机磷库与无机磷库中磷素的活化再利用的途径,综述释放出的无机磷在不同组织和器官中的转运过程,并对今后深入研究磷再利用的有关方向作出展望。  主要进展  植物体内磷的存在形式主要包括无机磷和有机磷两种。植物吸收的多余无机磷会被暂时储存在液泡中,并在植物缺磷时外流到胞质以满足植物对磷的需求,位于液泡膜的磷酸盐转运蛋白负责无机磷在液泡和胞质之间的分配。存在于核酸和磷脂中的有机磷在磷缺乏时由酶类(核酸酶、磷脂酶和紫色酸性磷酸酶等)水解并释放无机磷以供植物生长需要。植物遭受低磷胁迫,营养器官(老叶等)中活化的无机磷由多种磷酸盐转运蛋白转运到幼叶等新的生长中心被利用,从而显著提高磷的再利用效率。磷转运蛋白(PHTs)通过调控磷向籽粒的运输降低了磷在禾谷类作物籽粒中的积累,提高了磷利用效率,同时降低环境风险。  展望  现阶段的研究较为详细地阐述了植物体内磷素再活化的生理分子机制,但对磷转运功能蛋白参与特定磷转运过程的相关研究仍不够全面,比如液泡磷能调控细胞磷稳态,目前已鉴定得到的与其外排有关的转运蛋白极少,其调控机制也有待深入探索。国内外关于PHT1、PHT2、PHT3和PHT4蛋白如何将磷素从源器官转运到库器官缺乏系统的研究。无机磷库和有机磷库中磷的利用对植物应对缺磷的贡献也鲜有报道。因此,植物体内与磷再活化后转运利用相关的分子生物学调控机理还需进一步研究。     

植物响应低磷胁迫的蛋白质泛素化途径研究进展

磷是构成许多关键性大分子的重要底物,在植物体内许多生理生化反应中都发挥着重要作用,磷供应不足会极大地限制作物的产量和品质。在漫长的进化过程中,植物形成了一系列适应低磷胁迫的机制,其中,蛋白质水平的泛素化修饰对植物响应低磷胁迫起重要作用。泛素化修饰可以改变靶蛋白的活性、稳定性及其在亚细胞的定位等。对关键蛋白的泛素化修饰在植物低磷胁迫响应中的调控功能和机制进行归类总结,综述植物蛋白质泛素化途径调控低磷胁迫的研究进展。蛋白质泛素化修饰研究主要从泛素、酶和靶蛋白3个组分方面进行。泛素由76个氨基酸组成,并以逐步共轭级联的方式与靶蛋白相连,形成泛素–蛋白质复合体,该复合体被运输至26S蛋白酶体内消化与降解,从而调控众多生理过程。蛋白质泛素化修饰通过改变根系形态构型,影响磷转运子和转录因子的活性和定位,从而促进或抑制植物对土壤磷的吸收以及向地上部的运输,进而调节磷稳态。最后,提出了对植物响应低磷胁迫的蛋白质泛素化需要进行的研究。     

Mineral composition of field grown winter wheat inoculated with phosphorus solubilizing bacteria at different plant growth stages

A two year field experiment was conducted in field conditions using wheat (Triticum aestivum ssp. vulgare L. cv. Bezostaja) as the test plant for the evaluation of phosphate solubilizing (+PS) microorganisms. Bacterial strains significantly (P < 0.05) increased plant biomass (by 13 to 36%) without plant P enrichment. Only Bacillus sp. #189 significantly (P < 0.05) raised plant P-content, biomass and rhizosphere soil Olsen P at Zadoks Scale 62 simultaneously. Inoculations variably increased plant potassium (K-), magnesium (Mg-), zinc (Zn-), and managenese (Mn-) contents at harvest (Zadoks 92) but not earlier (Zadoks 31 and 61). The enrichment of the inoculated plants with nutrients other than P indicates the presence of alternative plant growth promoting mechanisms. This study showed that promising phosphate solubilizing microorganisms could increase not only the P content of the plants, but also the soil available P in rhizosphere transiently.     

Changes in essential oil accumulation of Moldavian balm (Dracocephalum moldavica L.) in response to phosphate biological and chemical fertilizer

A field experiment was carried out with a split plot arrangement based on a randomized complete block design with three replications in 2014. Triple super phosphate (0, 3.75, 7.5, 11.25 and 15 g m^?2) was applied in main plots and phosphate bio-fertilizer (seed inoculation and topdressing) was allocated to sub plots. Results indicated that application of plants with phosphorus (P) bio-fertilizer as topdressing increased plant height and the number of the lateral branches under low levels of chemical P fertilizer, while plants from seed inoculated with P bio-fertilizer had more of those traits under high levels of chemical P fertilizer. Maximum leaf and flower dry weights were found under the lowest level of chemical P fertilizer. Moldavian balm plant demonstrated highly responsiveness to biological fertilizers in terms of increase in essential oil (EO) percentage and yield. It can be concluded that the effects of bio-fertilizer as seed inoculation is more during the early vegetative growth of plants. Thus, plants from seeds inoculated with P bio-fertilizer treatment had more biomass and EO percentage under high levels of chemical P fertilizer.     

Arsenate-induced Phosphate Release from Soils and its Effect on Plant Phosphorus

Adsorption of arsenic onto soil was investigated as a means of understanding arsenic-induced release of phosphate. In batch adsorption experiments As adsorption was accompanied by P desorption. At low As additions, the ratio As adsorbed: P desorbed remained constant. At higher As additions, P desorptionreached a maximum while As adsorption continued to increase. The P desorption maximum coincided with an increase in pH.Barley plants were grown on soils spiked with arsenate(0–360 mg As kg^-1) to investigate the effect on plant growth and P uptake. As arsenic concentration increased, above ground plant yield decreased and the plants showed symptoms typical of As toxicity and P deficiency. At low As additions to the soil, uptake of As and P by barley increased. At higher As additions P uptake decreased. It is argued that this was due to the change in As:P ratio in the soil solution. It is concluded that input of arsenic to thesoil could mobilise phosphate. Crop yield is likely to be affected, either due to reduced phosphate availability at low arsenic additions or arsenic toxicity at higher additions.     

缺磷胁迫对黄瓜体内磷运输及再分配的影响

本研究用营养液培养法定量地测定并计算了在正常供磷及缺磷后不同时间黄瓜植株体内磷的分布及再运输。缺磷处理５天后,新生叶和根系中的吸磷量明显增加,分别占植株总吸磷量的３６．１％和１３．５％,而相应的正常供磷植株的新生叶和根系中的吸磷量仅分别占植株总吸磷量的２２．４％和６．３４％,而且缺磷植株根系的生长显著快于供磷的植株。缺磷胁迫１０天后,植株地上部生长受到明显抑制,老叶中的磷通过韧皮部运向新生叶以保证新生器官的生长,使新生叶中磷的浓度比老叶中高４７％,但缺磷植株根系中磷的累积量下降不多。本研究还定量证明了即使在正常供磷条件下,随着生长时间的延长,也有大量的磷由老叶运向新叶。不论缺磷与否,植株新生叶和根中磷的浓度都保持最高,但缺磷和供磷植物体中磷的分配模式不同。     

不同施肥处理对水稻产量及其构成因素的影响

试验探索了前作(冬季)种植蔬菜的情况下,不同氮磷肥施用量与配施植物/土壤调理剂对水稻产量和产量性状的影响。研究结果表明,水稻产量与N、P肥施用量呈抛物线型关系,土壤植物调理剂在提高水稻N、P肥吸收利用率方面效果显著。本试验条件下,667m2施N5.9kg+P2O54.1kg+K2O5kg+土壤植物调理剂33kg,能获得高产。对于高需N、P品种,在合理施肥的同时配合使用土壤植物调理剂能充分发挥其产量优势。