柱花草根系分泌物对缺磷胁迫的响应分析

为探索柱花草(Stylosanthes guianensis)根系分泌物对缺磷胁迫的响应,本研究以‘热研5号’柱花草为材料,通过水培试验,分析了正常供磷(+P)和缺磷(-P)处理对柱花草生长及根系分泌物的影响。结果表明,相对于+P处理,-P处理显著降低了柱花草植株干重和全磷含量。随后,代谢组共检测到101个根系分泌代谢物,可被分为有机酸、氨基酸、类黄酮、糖及醇类等七类,其中-P与+P处理间的差异累积代谢物25个。属于有机酸的咖啡酸、1-氨基环丙烷-1-羧酸和α-酮戊二酸在-P处理下的分泌量显著增加,且其中α-酮戊二酸对磷酸铝具有较强的溶解能力。此外,荧光定量PCR分析发现,柱花草根系中参与α-酮戊二酸合成的柠檬酸脱氢酶基因SgICDH在-P处理下的表达量显著增加。因此,柱花草根系通过上调SgICDH基因的表达,促进α-酮戊二酸的合成与分泌,从而增强对难溶性磷的活化利用,以适应缺磷胁迫。     

6个紫花苜蓿品种根系形态结构对低磷胁迫的响应

为明确低磷胁迫下紫花苜蓿（Medicago sativa L.）根系形态结构的响应差异对磷效率的影响,以6个紫花苜蓿品种为材料,采用营养液砂培法,测定两种磷水平（对照：0.5 mmol·L^-1;低磷：0.05 mmol·L^-1）下苜蓿根系形态、解剖结构和磷效率。结果表明：低磷胁迫下,各苜蓿品种的根系长度、表面积、导管直径、中柱直径及其占根直径比例均降低,其余根系性状则呈现不同的变化趋势。低磷胁迫抑制了各苜蓿品种的生长和磷吸收;除‘赛迪’的磷利用效率显著增加外,其余5个苜蓿品种的磷利用效率均显著降低。‘赛迪’主要通过增加根冠比和磷利用效率,表现出较强的耐低磷能力。总体表明,根系长度、表面积、体积、导管直径、中柱直径及其占根直径比例是苜蓿根系响应低磷胁迫的主要指标,其中根系长度和中柱直径占根直径比例分别是影响6个苜蓿品种磷吸收和利用效率最关键的根系性状。     

低磷胁迫对太空诱变耐低磷柱花草酸性磷酸酶活性和磷效率的影响

低磷胁迫是酸性土壤限制牧草生产的主要障碍因子之一。本课题组前期的研究中,通过太空诱变获得了一个耐低磷柱花草突变体TPRC2001-84,但其适应低磷胁迫的机制仍不清楚。以TPRC2001-84及其亲本热研2号(RY2)为试验材料,通过水培方法,比较正常供磷(+P,250 μmol·L^-1 KH₂PO₄)和低磷(-P,5 μmol·L^-1 KH₂PO₄)处理对TPRC2001-84和RY2生物量、磷吸收效率、磷利用效率、可溶性磷浓度、细胞壁磷含量和酸性磷酸酶(ACP)活性的影响。结果表明,相对于正常供磷处理,低磷处理显著降低了两份柱花草材料的植株干重和磷吸收效率(P<0.05),但显著提高了两份柱花草材料的磷利用效率(P<0.05)。并且,TPRC2001-84在低磷处理下的植株干重和磷利用效率分别是RY2的1.6和1.4倍。在低磷胁迫下,虽然TPRC2001-84叶片和根系的细胞壁磷含量只有RY2的70%左右,但是,TPRC2001-84叶片和根系的可溶性磷浓度分别比RY2高36.8%~42.6%,细胞壁ACP活性分别比RY2高46.6%~53.6%。以上结果说明,柱花草TPRC2001-84在低磷胁迫下具有较高的细胞壁ACP活性,有利于其对细胞壁中贮存磷的活化利用,从而获得较高的磷利用效率。这将为选育磷高效柱花草新品种提供理论依据和种质材料。     

不同基因型柱花草的根系构型差异及其磷效率

柱花草是华南坡地果园生草栽培的重要草种,为减轻柱花草与果树的根系养分竞争,有必要筛选根系构型适宜的基因型柱花草。本试验在正常供磷条件下研究了7个基因型柱花草的根系构型特征,发现存在显著的差异,且总根长、主根长和根系表面积与生物量存在显著正相关。根据生物量和根系构型将其分为3类,选择生物量高但基根角度差异大的2个基因型(‘格拉姆’和‘184号’)进行进一步的磷效率比较研究,结果表明基根角度小的‘184号’在高磷条件下具有较高的磷吸收效率,但在低磷条件下的磷吸收效率较低,从而导致其磷效率较低。本研究表明,基根角度是影响磷吸收效率的重要因子,但是磷效率还取决于低磷条件下的生长表现;‘格拉姆’可能比‘184号’更适于用作果园间作。     

不同红豆草材料耐低磷性评价及种质筛选

为筛选耐低磷红豆草材料及与耐低磷相关性状指标,采用营养液砂培方法,对生长42d的11份红豆草材料分别进行常磷(1.00mmol/L KH₂PO₄)和低磷(0.01mmol/L KH₂PO₄)处理,15d后测定各材料的株高、根系活力、叶片相对含水量、根冠比、根系平均直径、根系体积、根系总表面积、根系总长、根尖数,叶片和根系可溶性蛋白(SP)、游离脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)、丙二醛(MDA)含量及过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、酸性磷酸酶(ACP)活性,并计算各指标的耐低磷系数。结果表明,低磷胁迫显著抑制红豆草幼苗生长,增加渗透调节物质含量(SP、Pro)和抗氧化酶活性(POD、CAT、SOD)。聚类分析表明,11份红豆草材料可分为4类,其中材料5和甘肃红豆草为耐低磷型,材料6为低磷敏感型。回归分析表明,根冠比、根长、根直径、根尖数、SS、Pro、SOD、POD、CAT、ACP与耐低磷性相关,可用于红豆草耐低磷性的评价筛选。     

不同品种紫花苜蓿根系形态及生理特征对磷水平的响应

为明确不同品种紫花苜蓿(Medicago sativa)根系形态和生理特征对磷水平的响应,以营养液水培的试验方法,分析了0(P0)、50(P1)、100(P2)、500(P3)1000(P4)和1500ymol·L-1(P5)磷水平下,6种紫花苜蓿根系形态及生理特征对磷水平的响应.结果发现,各品种总根长、根表面积均在P1处理时达到最大,新牧一号、耐盐之星、肇东、巨能Ⅱ 4个品种在P2低磷水平时总根长、根表面积高于陇东、龙牧801.设定磷水平下,各品种根体积仅在P0、P1处理时存在差异性,陇东根体积在Pl、P2、P3、P5处理下均小于其他品种.P1处理时新牧一号、龙牧801根系磷吸收效率高于其他4个品种,P2、P3、P4处理下肇东根系磷吸收效率显著(P＜0.05)高于其他品种.根系酸性磷酸酶活性均在P1时达到最大且同浓度磷水平时各品种间存在显著差异.低磷水平下,耐盐之星、巨能Ⅱ根系酸性磷酸酶活性显著高于其他4个品种,综合各耐低磷指标表明新牧一号、耐盐之星的耐低磷性高于其他品种是较好的磷高效品种,其次是肇东、巨能Ⅱ,而陇东、龙牧801则可归纳为磷低效品种.     

不同供磷水平对紫穗槐生长及根系形态的影响

以紫穗槐(Amorpha fruticosa)为材料,利用土培法研究不同供磷水平对其植株生长和根系形态的影响,以期为在黄土高原确定适宜的建植地区及建植过程中合理的磷肥施用量奠定基础。结果表明,52.5 mg·kg-1供磷水平下,紫穗槐植株株高、地径、总生物量、地上部及根系生物量均最大,叶片生长良好;根系平均直径、根系总长、根系总表面积和总体积最大,根系发育最好。17.5 mg·kg-1低磷水平下,根冠比最大,通过维持较大比例的根系来响应低磷环境。供磷水平过低或过高对紫穗槐生长均产生不利影响,52.5 mg·kg-1是紫穗槐生长的最适土壤磷浓度。紫穗槐对土壤磷素水平要求较低,能够在较为贫瘠的土壤中生长良好。     

不同品种紫花苜蓿根系形态及生理特征对磷水平的响应

为明确不同品种紫花苜蓿(Medicago sativa)根系形态和生理特征对磷水平的响应,以营养液水培的试验方法,分析了0(P₀)、50(P₁)、100(P₂)、500(P₃)1000(P₄)和1500μmol·L^?1(P₅)磷水平下,6种紫花苜蓿根系形态及生理特征对磷水平的响应。结果发现,各品种总根长、根表面积均在P₁处理时达到最大,新牧一号、耐盐之星、肇东、巨能Ⅱ4个品种在P₂低磷水平时总根长、根表面积高于陇东、龙牧801。设定磷水平下,各品种根体积仅在P₀、P₁处理时存在差异性,陇东根体积在P₁、P₂、P₃、P₅处理下均小于其他品种。P₁处理时新牧一号、龙牧801根系磷吸收效率高于其他4个品种,P₂、P₃、P₄处理下肇东根系磷吸收效率显著(P<0.05)高于其他品种。根系酸性磷酸酶活性均在P₁时达到最大且同浓度磷水平时各品种间存在显著差异。低磷水平下,耐盐之星、巨能Ⅱ根系酸性磷酸酶活性显著高于其他4个品种,综合各耐低磷指标表明新牧一号、耐盐之星的耐低磷性高于其他品种是较好的磷高效品种,其次是肇东、巨能Ⅱ,而陇东、龙牧801则可归纳为磷低效品种。     

镉胁迫对紫花苜蓿镉吸收特征及根系形态影响

采用盆栽模拟方法,研究了4种镉(Cd)浓度(0,10,25,50 mg/kg)下紫花苜蓿对Cd吸收特征及根系形态的变化特征。结果发现,随着镉胁迫加剧,紫花苜蓿地上生物量、根系生物量、根系总长度、根平均直径、根表面积、根系体积、根尖数和分枝数均显著下降(P<0.05),地上部生物量分别为对照的87.8%,56.5%,14.3%,根系生物量分别为96.1%,63.3%,16.2%;不同部位镉吸收量表现为细根>地上部>粗根,三者均随着处理浓度增加而显著提高,细根镉含量与地上部镉含量呈显著正相关;地上部最高镉积累量出现在25 mg/kg处理中,达到7.715 μg/株;不同径级根系的总根长、根表面积、根体积随镉浓度增加呈下降趋势,根径<0.5 mm根系占总根系比例呈增加趋势。研究表明,紫花苜蓿可用于低Cd污染场地的植被恢复,其根系对Cd胁迫的响应特征呈现侧根产生—根受损的动态平衡现象。     

酸性红壤区柱花草磷效率基因型差异

本试验选用十三个不同基因型柱花草品种,通过盆栽试验,比较其营养生长和磷吸收情况。结果表明,在酸性低磷红壤区,品种间的磷效率差异明显,根据其在低磷酸性红壤不同的生长状况,可划分为野生型、栽培型和磷高效率型三种类型。在相同磷水平下,不同基因型柱花草品种的磷含量并无明显差异,基因型间对低磷或高磷的适应能力并不表现在植株含磷量的差异方面,通过计算植株吸磷量和磷效率比值,对磷的吸收效率和利用效率进行比较,前者对磷高效率基因型更为重要。     

假地豆响应缺磷胁迫的代谢衍生物分析

为探究假地豆(Desmodium heterocarpon)对缺磷胁迫的生理和代谢响应,本研究通过水培试验,分析了正常供磷(+P处理)和缺磷(-P处理)对假地豆生长及代谢物积累的影响。结果表明：缺磷胁迫降低了假地豆地上部干重和磷含量,但促进了根系生长。随后,代谢组共检测到假地豆叶片和根系的267个代谢物,可被分为12类。其中,叶片和根系的缺磷胁迫差异累积代谢物(DAMs)均为79个。缺磷处理导致假地豆叶片和根系的原花青素、槲皮素及其衍生物的积累显著增加,而2′-脱氧腺苷5′-单磷酸(dAMP)的积累显著减少。此外,缺磷处理使根系的8个有机酸和4个糖及醇类的积累显著增加。综上,假地豆通过促进根系生长和调整代谢物积累来提高对缺磷胁迫的适应性。本研究将为进一步解析假地豆适应缺磷胁迫的机理提供理论参考。     

大叶山蚂蝗叶片响应缺磷胁迫的脂质代谢组分析

为分析大叶山蚂蝗对缺磷胁迫的响应,在水培条件下对其进行正常供磷(+P)和缺磷(-P)处理,并检测干重、磷含量及叶片脂质的变化。结果发现,-P处理10 d后,大叶山蚂蝗的地上部干重和磷含量显著降低。随后,对叶片的脂质组分析共鉴定到240个脂质,其中-P与+P处理间的差异脂质82个(上调43个,下调39个)。-P处理上调的脂质均不含磷,包括38个糖脂、3个甘油脂和2个固醇脂。而-P处理下调的脂质均为磷脂,包括14个磷脂酰乙醇胺、8个磷脂酰甘油,6个磷脂酰肌醇,5个磷脂酸,3个磷脂酰丝氨酸,1个磷脂酰胆碱,1个溶血磷脂酰胆碱,1个磷脂酰乙醇。本研究结果揭示了以不含磷的脂质替代磷脂是大叶山蚂蝗叶片适应缺磷胁迫的机制之一。     

类芦根系对不同磷胁迫的形态学响应

为探讨类芦(Neyraudia reynaudiana)在极耐瘠薄条件下生存的机制,通过设计5个不同磷胁迫盆栽模拟试验,测定磷胁迫条件下类芦根系生物量和根系形态特征.结果表明:随着低磷胁迫的加剧,类芦地上部生物量、根系生物量、根条数、根系总长度、根表面积、根系体积均呈增加趋势,其中根径 < 0.5 mm的细根长度、表面积增加明显,根冠比增大,在中度磷胁迫条件下达到最大;从中度磷胁迫至极度磷胁迫,随着磷胁迫程度加重,根系各形态指标逐渐减少.根平均直径则相反.可见类芦根系通过缩小根直径,促进不定根形成,增加细根数量、延长根系长度,形成庞大根系网络,增加根系-土壤接触面,扩大根系吸收磷范围,以此来提高根系的吸收能力.     

柱花草花粉不育基因连锁的SCAR标记研究

本研究以圭亚那柱花草‘1979’（Stylosanthes guianensis ‘1979’,母本,花粉不育）和‘热研2号’柱花草（轮回父本）的BC₁F₁代群体为材料,利用简单序列重复区间扩增多态性（Inter-simple Sequence Repeat,ISSR）技术,结合集群分组分析法（Bulked Segregate Analysis,BSA）构建花粉育性基因池。结果表明：利用100条ISSR引物筛选出在不育基因池中有特异条带的引物共11条;经BC₁F₁群体单株验证,有8个标记仅在花粉不育个体中出现,表明其与花粉不育基因连锁;将这8个特异性片段回收、克隆、测序,并分别设计8对特异序列特异扩增区域（Sequenced Charaeterized Amplified Region,SCAR）引物,对BC₁F₁单株进行验证,发现这8条片段仅在不育个体中扩增出目标条带,表明8 ISSR特异片段成功转化为8个SCAR标记。本研究结果为建立柱花草稳定的雄性不育系提供新的理论基础,为柱花草杂交育种奠定基础。     

柱花草SgNramp1和SgNramp2基因克隆与表达分析

为了探究植物天然抗性相关巨噬蛋白(Nramp)在金属元素吸收、转运和分配等方面的重要作用,本研究以柱花草(Stylosanthes guianensis)为材料,采用PCR方法克隆了柱花草SgNramp1/2基因,并分析了该基因的表达模式。结果表明：SgNramp1和SgNramp2基因全长分别为1 654 bp和1 716 bp,且均含有12个跨膜结构域。基因表达分析发现,SgNramp1在柱花草根部的表达高于叶部,而SgNramp2则在叶中特异性表达;金属元素缺乏和过量胁迫对SgNramp1/2基因表达的影响有所差异,缺锰(-Mn)处理抑制了SgNramp1/2基因在根和叶中的表达,而缺铁(-Fe)处理则增强了SgNramp2基因在叶中的表达,但抑制了其在根中的表达,SgNramp1/2基因在根和叶中的表达至少受到一种元素过量胁迫的影响。此外,金属镉(Cd)处理均增强了SgNramp1/2基因在柱花草根中的表达,而铝(Al)和镧(La)处理抑制了SgNramp1基因的表达,但增强了SgNramp2基因的表达。本研究结果表明SgNramp1/2基因可能参金属离子的转运。     

热研5号柱花草产量与质量动态变化研究

研究热研5号柱花草的产草量和质量及其相互关系，结果表明，生物产量达高峰的营养盛期，粗蛋白质和无氮浸出物含量均较低，而粗纤维含量则较高，干物质与粗纤维呈显著的正相关关系，干物质与无氮侵出物呈显著的负相关关系，干物质与粗蛋白质，粗脂肪的相关性均不显著，分析结果表明，粗蛋白质，粗纤维是影响营养价值的主要指标，粗蛋白质，粗纤维和粗灰分是影响饲用价值的主要指标，并确立营养价值和用价值与养分含量之间的回归方程。     

Characteristics of isolated lactic acid bacteria and their effectiveness to improve stylo (Stylosanthes guianensis Sw.) silage quality at various temperatures

Two lactic acid bacteria (LAB) strains, Pediococcus pentosaceus SC1 and Lactobacillus paraplantarum SC2 isolated from king grass silage, were characterized and their effectiveness to improve the silage fermentation quality of stylo (Stylosanthes guianensis Sw.) was studied. Strain SC1 was able to grow at a high temperature of 45°C, while SC2 did not. SC2 normally grew at a low pH of 4.0, while SC1 could not. These two strains and a commercial inoculant of LAB (L. plantarum, LP) were used as additives to stylo silage preparation at various temperatures (20°C, 30°C and 40°C). All LAB inoculants significantly (P < 0.05) reduced the pH value and ammonia-N content, and increased the ratio of lactic acid to acetic acid and quality score compared with the control. In addition, inoculating LAB strains markedly (P < 0.05) reduced butyric acid content at the temperatures of 30°C and 40°C. Compared to SC2 and LP strains, strain SC1 was the most effective for improving stylo silage quality at 20°C, indicated by the increase in lactic acid, ratio of lactic acid to acetic acid and quality score. At 30°C and 40°C, there were no significant differences among SC1, SC2 and LP treatments in pH values, contents of acetic acid, butyric acid and ammonia-N (P > 0.05).