不同磷效率小麦对磷的吸收及根际土壤磷组分特征差异

【目的】研究不同磷效率小麦根际土壤磷组分特征及磷高效小麦对土壤中不同形态磷素的活化利用特征,以探明磷高效小麦高效吸收利用磷素机理。【方法】在土培盆栽条件下,以小麦磷高效品种CD1158-7、省A3宜03-4和低效品种渝02321为材料,研究每kg土中施磷0、10、20和30 mg（表示为0、10、20、30 mg•kg-1）条件下其生物量、磷素积累量、根际与非根际土壤水溶性磷、无机磷组分、有机磷组分的浓度差异。【结果】不同磷效率小麦生物量、磷素积累量随着施磷量增加均有不同程度的增加,且高效品种显著高于低效品种。不同施磷处理,根际土壤水溶性磷浓度均低于非根际土壤。在低磷处理（不施磷、施磷10、20 mg•kg-1）条件下,高效品种根际土壤水溶性磷出现了亏缺,而施磷量较高（施磷30 mg•kg-1）时,其根际土壤水溶性磷则出现了富集。根际与非根际土壤无机磷组分浓度为Ca10-P＞O-P、Fe-P＞Al-P＞Ca8-P＞Ca2-P,且Ca10-P浓度占无机磷总量的50%以上。不施磷、施磷10 mg•kg-1,高效品种根际土壤中Ca2-P浓度是低效品种的1.22和1.23倍、1.31和1.59倍。低效品种根际土壤Al-P浓度在不施磷处理下是高效品种1.13和1.23倍。施磷量减少,不同磷效率小麦根际土壤均表现出O-P、Fe-P的减少。根际与非根际土壤4种有机磷组分中,以中活性有机磷浓度最高,其次为中稳性有机磷和高稳性有机磷,而活性有机磷的浓度最低。不施磷和施磷10 mg•kg-1处理,低效品种渝02321根际土壤活性有机磷浓度是高效品种CD1158-7和省A3宜03-4的2.00与1.76倍、1.68与1.63倍。【结论】磷高效小麦具有较强的磷素积累、物质生产和水溶性磷吸收能力。低磷胁迫下,磷高效品种活化吸收Al-P、Ca-P、活性有机磷能力强于低效品种。     

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。     

磷高效转基因水稻全生育期根际土壤磷组分特征差异

为了解磷高效转基因水稻对土壤无机磷和有机磷形态特征及磷酸酶活性的影响,以两种磷高效转基因水稻OsPT4(磷高效吸收材料)和PHO2(磷高效突变体材料)及其非转基因亲本水稻日本晴为供试材料,采用盆栽试验研究磷高效水稻的种植对根际土壤磷素形态及其有效性的影响.结果表明,水稻OsPT4和PHO2的根干重、生物量和磷素积累量均有不同程度的增加,磷高效转基因水稻OsPT4分蘖期和扬花期根际土壤的有效磷浓度与亲本差异显著;在四个生育期内,磷高效转基因水稻OsPT4和磷高效突变体PHO2根际土壤各个磷形态的含量变化趋势与其亲本日本晴基本一致,OsPT4和PHO2水稻根际土壤无机磷组分含量表现为Ca₁₀-P >O-P >Ca₈-P >Fe-P >Al-P >Ca₂-P,有机磷浓度表现为中活性有机磷 >中稳性有机磷 >高稳性有机磷 >活性有机磷,且各时期根际土壤的不同磷形态含量和同期日本晴相比均差异不显著.磷高效转基因水稻材料OsPT4、磷高效突变体水稻材料PHO2根际土壤磷酸酶活性和同期日本晴相比均差异不显著.研究表明磷高效转基因水稻材料OsPT4和磷高效突变体材料PHO2一年期种植对根际土壤的磷素形态和磷酸酶活性的影响不显著.     

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.     

土壤磷素化学行为及影响因素研究进展

综述了近４２年来关于土壤磷素中化学行为、磷素平衡及影响因素的研究进展。土壤磷素包括无机磷、有机磷、生物态磷、土壤无机、有机磷又根据其有效性分为各种形态的无机磷、有机磷组分;施入土壤的磷素主要转化为土壤无机磷、土壤类型、作物种植方式、作物根限、磷肥种类及用量对土壤磷素转化均有不同程度的影响;各种高分子有机物料,作物根系分泌有机酸对土壤磷素有明显的活化作用;ＶＡ菌根真菌明显地促进了作物吸收利用根际、非极际土壤的Ｃａ２－Ｐ,Ｃａ８－Ｐ,Ａｌ－Ｐ等形态的夫机磷。土壤磷素积累与消耗以无机磷为主,长期大量施用磷肥明显地增加了耕层以下土壤磷素含量。     

玉米／鹰嘴豆间作对有机磷利用差异的研究

试验采用玉米与鹰嘴豆根系不同分隔方式的土培方法,研究了玉米／鹰嘴豆间作种间对有机磷(植酸钠)利用差异。结果表明,鹰嘴豆利用有机磷的能力强于玉米;供应有机磷时,由于鹰嘴豆促进玉米对有机磷的吸收,与鹰嘴豆根系不分隔(间作)玉米的生物量显著高于两者根系完全分隔(单作)处理;两作物根系间隔尼龙网(30μm)和不分隔处理玉米的吸磷量和地上部磷浓度分别比两作物根系完全分隔增加118．0％,43．7％,28．1％,10．2％;缺磷和施有机磷使作物根际土壤酸性磷酸酶活性显著增加,但鹰嘴豆根际土壤酸性磷酸酶活性明显高于玉米,在促进与其间作的玉米吸收有机磷中起重要作用。     

大豆紫色酸性磷酸酶GmPAP17克隆与功能分析

土壤磷多以植物不能直接吸收利用的植酸盐形式存在,而紫色酸性磷酸酶具有分解利用植酸磷,提高磷素利用效率的功能。为进一步发掘该类基因,本研究利用磷高效大豆‘中黄15’与磷低效种质‘牛毛黄’,克隆并分析紫色酸性磷酸酶基因GmPAP17的生物学功能。结果发现:GmPAP17具有996bp开放阅读框,编码331个氨基酸残基,编码蛋白具有较高的酸性磷酸酶与植酸酶活性;植酸磷处理条件下,GmPAP17在磷高效大豆中的表达量显著高于低效种质,且以胁迫处理后30~42d差异最大,说明该基因与大豆开花结荚期磷素高效利用相关;进一步分析超表达转GmPAP17拟南芥发现,3个转基因株系在植酸磷胁迫下的植株生物重与磷浓度显著高于野生型对照,证实GmPAP17具有提高转基因拟南芥植酸磷利用效率的功能。     

不同施磷水平下4种柑橘砧木的根际土壤 有机酸、微生物及酶活性

【目的】探索在不同施磷水平下柑橘砧木对其根际土壤有机酸种类及含量、微生物种群及数量以及土壤酶活性的影响,为丰富柑橘磷素营养及生态学理论和发掘具有特异营养性状的柑橘砧木提供科学依据。【方法】以贵州喀斯特山地分布的野生宜昌橙（Citrus ichangensis Swing.）、酸橙（C.aurantium L.）、白黎檬（C.limonia Osbeck）和枳（Poncirus trifoliata Raf.）为材料,采用土壤盆栽试验方法研究不同施磷水平下4种柑橘砧木耐磷胁迫能力,根际土壤有机酸种类及含量、微生物种群及数量和土壤酶活性及其相互关系。【结果】酸橙、白黎檬和枳的干物质积累量均随施磷水平的升高显著增加,施磷水平对宜昌橙生长量没有明显影响;耐低磷胁迫能力从大到小依次为宜昌橙、白黎檬、酸橙、枳。不同柑橘砧木的根际土壤有机酸种类及含量有明显差异,均以草酸、琥珀酸和乙酸为主要有机酸;4种柑橘砧木的根际土壤有机酸总量、草酸、丙二酸以及宜昌橙和酸橙根际土壤的琥珀酸含量随施磷水平的降低均明显增加;在磷饥饿条件下,宜昌橙的根际土壤有机酸总量明显高于其他柑橘砧木。土壤微生物均以细菌数量最多,放线菌次之,真菌最少;随施磷水平的降低,4种柑橘砧木根际土壤细菌、放线菌数量以及微生物总数均明显增多;在磷饥饿条件下,宜昌橙的根际土壤微生物数量明显多于其他柑橘砧木。不同柑橘砧木在不同施磷水平下其根际土壤酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶、硝酸还原酶、蔗糖酶活性大小各异,淀粉酶和过氧化氢酶活性没有显著差异。皮尔逊相关分析表明,施磷水平、根际土壤有机酸含量、微生物数量以及土壤酶活性之间有明显相关关系。【结论】耐低磷胁迫的柑橘砧木在磷饥饿条件下其根际土壤有机酸含量显著增多,土壤生物活性增强;在酸性黄壤上,宜昌橙能较好地适应低磷土壤环境。     

根际土壤磷素有效性的研究进展

综述了土壤磷素的形态(无机态磷、有机态磷)、土壤磷素的分级和根际土壤磷素有效性的影响因素(根系、土壤、微生物和环境);浅析了根际土壤磷素有效性的研究现状,发现现有研究大多是针对农田的,而针对林地的研究较少,同时缺乏对土壤-根系-微生物系统中土壤磷素有效性作用机制的系统研究.最后讨论了未来在根际土壤磷素有效性方面的研究方...     

长期施无机磷肥对黄泥土稻田土壤磷库的影响

本研究选取太湖流域黄泥土长期定位试验田作为研究对象,明确40 a长期施磷对水稻土土壤磷库、磷形态及有效性的影响。结果表明：长期施磷（NPK）处理的土壤总磷和有效磷含量高达589.58 mg·kg^-1和51.67 mg·kg^-1,比不施磷（NK）处理显著增加126.61%和216.41%。两处理无机磷均以Fe-P和Ca-P为主,约占无机磷的69.53%~79.86%,有机磷以活性和中活性有机磷为主。长期施磷使稻田无机磷含量在3个生育期均极显著增加,增幅为170%以上,其中Al-P和Fe-P的含量及相对占比显著提升,Ca-P含量增加但相对含量明显降低,O-P含量变化较小而相对含量降低。长期施磷处理下有机磷含量仅在分蘖期增幅显著（33%）,主要表现为活性和中活性有机磷含量显著增加。与分蘖期相比,抽穗期长期施磷处理的Al-P、Fe-P以及高稳定有机磷的相对含量明显下降,Ca-P和中活性有机磷的相对含量上升,而长期不施磷处理表现为Fe-P、O-P以及高稳定有机磷的相对含量下降,Ca-P和中活性有机磷的相对含量上升。Al-P、Fe-P、Ca-P、O-P和中活性有机磷均与有效磷（AP）显著正相关。研究发现： Al-P、Fe-P和Ca-P是黄泥土稻田最主要的有效磷源,土壤缺磷时土壤磷酸酶等对有机磷的活化也是重要的有效磷来源之一;长期施用无机磷肥导致稻田土壤无机磷库累积明显,磷流失风险增加,因此应在保证稻麦高产的前提下合理降低磷肥施入量,充分活化利用土壤中固存的难溶态磷来提高土壤磷素利用率。     

作物根际土壤有机磷的分组及有效性研究

采用玉米盆栽磷肥试验 ,用Bowman cole法对石灰性土壤中玉米根际和非根际土壤有机磷含量进行了分组研究 .结果表明 ,供试土壤中施入不同磷肥 ,可不同程度地提高土壤有机磷含量 ,不同处理有机磷含量提高顺序为K2 HPO4>SSP >CaMg P >FA ;土壤有机磷含量的提高均以中度活性有机磷为主 .玉米根际土壤有效磷、有机磷总量均低于非根际土壤的有机磷 .有机磷各组分中 ,中度稳定和高度稳定有机磷在根际土壤中的含量高于非根际土壤 ,变幅不大 ,但中度活性有机磷和活性有机磷在根际土壤中的含量显著低于非根际土壤 ,这些活性较强的有机磷可能比较容易发生矿化 ,供玉米吸收 .供试轻壤质土壤中有机磷各组分含量均高于轻粘质土壤     

一种更有效的根构型研究纸培系统

在原有营养袋纸培系统的基础上,改进了磷供应方式,研究了介质磷空间有效性对大豆根构型的调控及基因型差异.结果表明:1)改进后的分层磷处理导致的介质磷空间有效模拟了农业生产系统中有效磷的分布,能够更高效地调控大豆根构型.在上层高磷下层低磷的分层磷处理中,大豆总根长和总根表面积增加、平均基根生长角度变小、根系分布变浅、植株磷吸收和生物量提高.2)改进后的分层磷处理导致的介质磷空间有效性对大豆根构型的调控基因型间差异显著.磷高效大豆基因型HN89比磷低效基因型HN112对磷空间有效性变化的反应更快,总根长和总根表面积的变幅更大,磷含量和生物量更高.     

缺磷对大豆叶片显微结构及光合作用的影响

采用1/2浓度Hoagland营养液培养磷高效基因型大豆BX10和磷低效基因型大豆BD2,缺磷胁迫15 d后研究其叶片显微结构和光合作用变化的基因型差异及其关系。结果表明:缺磷胁迫下大豆叶片的显微结构发生了适应性变化,叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度与光合速率及磷效率相关性不大;BX10与BD2相比,磷效率高归功于其较大的光合面积、较多的栅栏组织细胞(光合作用的主要细胞)及其较大总液泡面积,即在缺磷胁迫下BX10在磷利用方面表现出了较高的细胞分裂和增生速度而不是细胞增大和伸长的速度。缺磷胁迫下叶片气孔保持一定的开度对维持光合作用的正常进行较为重要。     

大豆高效利用磷素基因型的筛选

田间条件下选择226个大豆品种(系),在不同磷水平下测定其产量、百粒重。株高、分枝和节数变化规律。以这五种指标的系统聚类分析结果表明,供试大豆基因型可以划分为四种类型。结合产量的变化双重筛选,得到43种对磷素敏感性不同的基因型;第二年用同样方法进行筛选,认定了5种磷高效基因型和4种磷低效基因型。     

A major quantitative trait locus controlling phosphorus utilization efficiency under different phytate-P conditions at vegetative stage in barley

Organic phosphorus(P) is an important component of the soil P pool, and it has been proven to be a potential source of P for plants. The phosphorus utilization efficiency(PUE) and PUE related traits(tiller number(TN), shoot dry weight(DW), and root dry weight) under different phytate-P conditions(low phytate-P, 0.05 mmol L~(–1) and normal phytate-P, 0.5 mmol L~(–1)) were investigated using a population consisting of 128 recombinant inbred lines(RILs) at the vegetative stage in barley. The population was derived from a cross between a P-inefficient genotype(Baudin) and a P-efficient genotype(CN4027, a Hordeum spontaneum accession). A major locus(designated Qpue.sau-3 H) conferring PUE was detected in shoots and roots from the RIL population. The quantitative trait locus(QTL) was mapped on chromosome 3 H and the allele from CN4027 confers high PUE. This locus explained up to 30.3 and 28.4% of the phenotypic variance in shoots under low and normal phytate-P conditions, respectively. It also explains 28.3 and 30.7% of the phenotypic variation in root under the low and normal phytate-P conditions, respectively. Results from this study also showed that TN was not correlated with PUE, and a QTL controlling TN was detected on chromosome 5 H. However, dry weight(DW) was significantly and positively correlated with PUE, and a QTL controlling DW was detected near the Qpue.sau-3 H locus. Based on a covariance analysis, existing data indicated that, although DW may affect PUE, different genes at this locus are likely involved in controlling these two traits.     

VarietalDifferences in PlantGrowth,PhosphorusUptake and Yield Formation in Two Maize Inbred Lines Grown Under Field Conditions

Selection for phosphorus (P)-efficient genotypes and investigation of physiological mechanisms for P-use efficiency in maize has mainly been conducted at the seedling stage under controlled greenhouse conditions. Few studies have analyzed characteristics of plant growth and yield formation in response to low-P stress over the whole growth period under field conditions. In the present study, two maize inbred lines with contrasting yield performances under low-P stress in the field were used to compare plant growth, P uptake and translocation, and yield formation. Phosphorus accumulation in the P-efficient line 154 was similar to that of line 153 under high-P. Under low-P, however, P uptake in line 154 was three times greater than that in line 153. Correspondingly, P-efficient line 154 had a significantly higher yield than P-inefficient line 153 under low-P conditions (Olsen-P=1.60 mg kg-1), but not under high-P conditions (Olsen-P=14.98 mg kg-1). The yield difference was mainly due to differences in the number of ears per m2, that is, P-efficient line 154 formed many more ears under low-P conditions than P-inefficient line 153. Ear abortion rate was 53% in the P-inefficient line 153, while in line 154, it was only 30%. Low-P stress reduced leaf appearance, and delayed anthesis and the silking stage, but increased the anthesis-silking interval (ASI) to a similar extent in both lines. The maximum leaf area per plant at silking stage was higher in P-efficient line 154 than in P-inefficient line 153 under both P conditions. It is concluded that low-P stress causes intense intraspecific competition for limited P resources in the field condition which gives rise to plant-toplant non-uniformity, resulting in a higher proportion of barren plants. As soon as an ear was formed in the plant, P in the plant is efficiently reutilized for kernel development.     

不同有机酸对土壤杆菌在菜心根际定殖的影响

从农田土中筛选出一株解钾菌T29,结合其形态特征、生理生化特性及16S r DNA序列分析,鉴定其为土壤杆菌属(Agrobacterium sp.)。采用摇瓶试验评估T29对难溶态磷和难溶态钾的活化能力,然后通过趋化、群游、体外及盆栽实验研究不同有机酸和氨基酸诱导下T29在菜心根际的定殖情况。结果表明:摇瓶实验中,T29对难溶态磷和难溶态钾的活化量分别为15.53 mg·L~(-1)和2.78 mg·L~(-1),分别为对照的1.42倍和1.54倍。趋化和群游实验中,葡萄糖酸诱导下菌株T29的菌落数为3.65×106cfu·m L~(-1),菌落直径为2.18 cm,相比对照分别增加130.5%和54.6%。体外实验中,在菜心根际添加了葡萄糖酸后,其根表面的菌落数为2.98×106cfu·g~(-1)根鲜质量,相比对照增加了29.1%。盆栽实验中,接菌后菜心根际土壤中速效磷和速效钾浓度分别比对照增加了37.5%和52.8%。根部的磷和钾的含量与对照相比没有显著变化(P0.05),但是茎叶中的磷和钾含量相比对照均显著增大,同时菜心的生物量和株高与对照相比均显著提高(P0.05)。研究表明,不同的有机酸和氨基酸对T29的吸引能力存在较大差异。其中葡萄糖酸作为T29的一种信号分子,能够较好地吸引T29在菜心根部定殖并使其活化土壤中的难溶态磷和难溶态钾以促进菜心的生长,为减少化肥的施用提供了可能性。