不同磷形态对两种磷效率小麦根系指标与根际特征差异的影响

磷高效基因型小麦的筛选,对于高效合理地利用生物有效性低的土壤磷源有着极其重要的意义.本文以典型的磷高效型小麦小偃54和磷低效型小麦京411为研究对象,采用石英砂砾培养的方式种植40d,通过测定小麦的生物量、含磷量、根系形态、根系酸化能力和酸性磷酸酶活性,探索了两种磷效率小麦根系形态和生理特征对两种不同无机磷源磷酸铁(FePO4)和有机磷源植酸钠(Na-Phytate)的响应.结果表明:施用FePO4时,与京411相比磷高效型小麦小偃54表现出根长显著伸长、pH值显著降低和根系吸收质子显著减少的适应性反应,根系生物量和根冠比显著低于京411,小偃54的根系生物量仅为京411的83％,并且在此施肥条件下,两种小麦的地上生物量低于无磷处理.小偃54的磷高效性在施用Na-Phytate时可以得到体现.施用Na-Phytate会导致小偃54的根长伸长、根尖数增加与单位根鲜重酸性磷酸酶的分泌量增加.两种小麦苗龄为40d时对Na-Phytate的利用效率显著高于FePO4,其表现为小偃54在Na-Phytate处理下的地上生物量和含磷量为FePO4处理的148％和336％,京411的地上生物量和含磷量为FePO4处理的146％和391％.FePO4与Na-Phytate混施时两种小麦的生物量和含磷量并未比单施Na-Phytate高,由上述结果可知两种小麦对介质中不同磷源的利用机制不同.     

砂培条件下两种磷效率棉花根系形态及根际特征差异

为对比两种磷效率棉花在两种磷水平(0.1和5 mmol/L)的根系形态和根际特征的差异。以磷高效型棉花ZM42和磷低效型棉花XLZ13为研究对象设计砂培花盆分层试验,测定生物量、吸磷量、根系形态数据、分层Olsen－P、 pH值和酸性磷酸酶。结果表明：在砂培条件下两种磷效率棉花生物量和磷素积累量随施磷量的增加均有不同程度增加; ZM42在两种磷处理的根部生物量、吸磷量以及根冠比都优于XLZ13。在两种磷处理下, ZM42根系中根径(0~0.4 mm)的细根长度较XLZ13长,细根在总根长中的比例较高。总根长中细根越多有利于促进植株对磷的吸收。生长介质中磷含量降低时,棉花根际pH值也随之降低,高效品种ZM42的根际pH值降低幅度显著高于XLZ13;两种磷效率棉花在两个时期的根际土壤磷酸酶活性均随着施磷量的减少而增加,磷高效棉花ZM42分泌的土壤磷酸酶活性均高于磷低效棉花XLZ13。由此可见,两种磷效率棉花在相同生长介质中根际机理存在差异,且在低磷胁迫下磷高效棉花根系形态特征改变是根际磷活化主要机理之一。     

不同品种小麦根际磷转化及VA菌根对小麦根际磷转化的影响

采用三室根箱研究了磷高效小麦 81( 85)-5-3-3-3及磷低效NC37两个小麦品种根际磷转化及VA菌根对根际土壤磷转化的影响。结果表明 ,磷胁迫下 ,81( 85)-5-3-3-3的吸磷量略高于NC37,两种小麦品种根际土壤均形成了明显的Olsen-P ,Ca2-P ,Ca8-P ,Al P等形态磷的耗竭区。两种小麦品种在不施磷肥和施用磷肥下接种VA菌根 ,小麦的生物量、植株磷浓度、小麦根际Olsen-P,Ca2-P ,Ca8-P,Al-P ,Fe-P的消耗量均显著增加 ;根际、非根际土壤各形态磷素的浓度梯度明显降低。     

不同形态无机磷对两种磷效率小麦根际特征的影响

以磷高效型小麦小偃54和磷低效型小麦京411为材料的砂培试验,通过测定植株生物量及吸磷量、根系形态特征、根际pH、磷酸酶活性,研究不同形态无机磷WP(KH2PO4),Al-P(AlPO4)和Fe-P(FePO4)对两种磷效率小麦根际特征的影响.结果表明,在WP处理下,两种磷效率小麦的地上部吸磷量、总吸磷量和磷吸收效率均显著高于其它处理,而其根冠比和磷利用效率却低于其他处理.除了根部吸磷量,小偃54的生物量和吸磷量有高于京411的趋势.除了WP处理,其他处理的小偃54的根冠比和地下吸磷量均高于京411.所有处理的小偃54的根长和根体积均显著高于京411,且不施磷条件(PO)下更为明显,小偃54根系长度是京411的1.6倍;此外,小偃54根系磷酸酶活性均比京411弱.除Al-P外,小偃54的根际酸化能力较京411强.由此可见,磷胁迫条件下,磷高效小麦根系形态特征改变是根际磷活化的主要机理之一,且受磷水平、磷形态及其溶解性的影响.     

茶树根际与非根际土壤磷形态变化特征

以茶树(Camellia sinensis)根际和非根际土壤为研究对象,选取湖南省石门、临澧、桃源、长沙、安化、资兴等6县(市)的茶园为采样点,对其根际和非根际土壤的全磷、有效磷及无机磷的不同化学形态进行了分析。结果表明,茶树根际土壤全磷和有效磷含量均高于非根际土壤,有效磷在根际富集明显;土壤无机磷含量及占全磷的比例差异都很大。不同母质发育土壤的无机磷组成也不同,板页岩母质发育的根际土壤中Al-P含量最高,Fe-P其次,O-P最少。花岗岩和第四纪红色黏土发育的根际土壤Fe-P最高,Al-P其次,O-P最少。3种母质发育的非根际土壤中均为Fe-P含量最高。根际无机磷中的Al-P,Fe-P和Ca-P含量与有效磷呈极显著正相关,非根际Al-P和Fe-P与土壤有效磷显著正相关关系。根际、非根际土壤全磷和有效磷含量与pH值相关性不显著,根际、非根际土壤有效磷和全磷含量相关性极显著。     

不同磷水平下小麦蚕豆间作对根际有效磷及磷吸收的影响

【目的】探明不同磷水平下小麦–蚕豆间作对根际有效磷含量及作物磷吸收量的影响,提高磷肥利用率。【方法】2015—2016和2016—2017两季田间试验在云南农业大学试验基地耕作红壤上进行,供试小麦品种为云麦-52,蚕豆品种为玉溪大粒豆。设施P2O5 0 (P0)、45 (P45)和90 kg/hm^2 (P90)三个水平,和单作(M,包括小麦单作MW和蚕豆单作MF)和间作(I)两种种植模式。每季在小麦分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期,蚕豆分枝期、开花期、结荚期、籽粒膨大期、收获期采取根际土样测定有效磷含量。在小麦蚕豆收获期测定单、间作小麦、蚕豆产量,并测定作物地上部磷含量。计算土地当量比(LER)来衡量间作优势,并用磷肥农学利用率来反映磷肥的吸收效率。【结果】与单作相比,在P0、P45、P90水平下,2016年间作种植显著提高了小麦籽粒产量12.5%、21.7%和17.3%,2017年间作蚕豆产量较单作分别降低了16.8%、11.7%和8.2%。三个磷水平下,小麦–蚕豆间作具有产量优势,土地当量比(LER)为0.95~1.18。与常规施磷水平(P90)下的单作相比,小麦–蚕豆间作条件下,磷肥减施1/2 (P45)并未降低小麦和蚕豆产量。间作种植对小麦根际有效磷含量无显著影响(除2016年成熟期外),但2017年,在蚕豆分枝期、开花期、结荚期,间作则分别降低蚕豆根际有效磷含量20.8%、44.5%和18%。与P90单作相比,间作P45处理几乎不会降低小麦、蚕豆根际有效磷含量。小麦、蚕豆磷吸收量主要受磷水平的调控,种植模式对小麦和蚕豆磷的吸收量及磷肥农学利用率均没有影响。【结论】在本试验条件下,小麦–蚕豆间作提高了小麦籽粒产量,降低了蚕豆产量;间作种植主要是改变了蚕豆生育前期根际有效磷含量,但对作物的磷吸收量没有影响。小麦–蚕豆间作具有减施磷肥、维持作物产量和根际土壤有效磷的潜力。     

液培条件下磷水平对两种磷效率小麦根际特征的影响

为探讨磷高效型小麦(小偃54)和磷低效型小麦(京411)在不同磷水平下根际特征的差异,测定了液培条件下苗期小麦的植株生物量和吸磷量、根际pH值与根系分泌的酸性磷酸酶活性等。结果表明,不同磷水平(P0:0、P1:0.5 mmol/L和P2:1 mmol/L)下,磷高效型小偃54的植株吸磷量和根部生物量从移苗第6 d起明显高于磷低效型京411,在P0水平下尤为明显,且随培养时间的延长两者差距逐渐增大;小偃54的根际pH值在移苗初期与京411并无明显差异,随着培养时间的延长,小偃54的根际pH值显著低于京411,但两者单位根系分泌质子量差异逐渐减小。从移苗第6 d到第18 d,小偃54在不同磷水平下酸性磷酸酶的分泌量均显著高于京411;小偃54在P0水平下根系分泌的酸性磷酸酶量显著高于P1和P2水平,而京411从第12 d起才有相同规律,小偃54比京411对磷胁迫反应快且强度大。由此可见,在不同磷水平下,磷高效型小偃54在苗期的各项测定指标均优于磷低效型京411,在P0水平下两者根际特征差异尤为显著,且两种小麦根际特征差异与苗期生长天数有很大的关系。     

不同磷效率玉米自交系根系形态与根际特征的差异

通过三室根袋栽培试验,对3种磷高效型和3种磷低效型的玉米自交系在2种不同磷水平下的植株生物量、吸磷量、根系形态、根际pH值以及根际磷酸酶进行研究,比较不同磷利用率基因型玉米自交系的根系形态及根际特征的差异。结果表明,在低磷情况下,磷利用率高的玉米自交系其植株生物量中的根干重、植株的吸磷量、根系形态中的根尖数与根长以及根际磷酸酶的活性方面均高于磷利用率低的玉米自交系。植株的根部干重:磷高效的1号品种（hp1）显著高于磷低效的2号品种（lp2）,hp2显著高于lp1、lp2、lp3;hp1、hp2的地上部与根系的吸磷量均显著高于lp2、lp3。hp1、hp2根尖数、根长显著高于磷低效型的lp2、lp3。hp1、hp2、hp3根际土壤的酸性磷酸酶活性显著高于lp2、lp3。其他指标如植株地上部分干重、pH值,磷高效型玉米自交系也存在一定优势。所有品种中hp2与lp3的差异最为显著。     

黑土、黑钙土玉米苗期根际无机磷的形态变化

现在对植物利用土壤磷的研究不仅限于传统的"有效磷"观点.根际土壤磷被根系活化、耗竭的作用相当明显[1,2],并且植物不同基因型的这种作用也存在着差异.蒋柏藩、顾益初报道了石灰性土壤无机磷分级体系[3]和分级方法[4],并将Ca-P细分为Ca2-P、Ca8-P和Ca10-P,这一分级方法也适合于中性土壤.本文应用根盒培养技术,在黑土和黑钙土上研究玉米根际对各形态无机磷的活化以及肥料磷的利用.     

不同磷效率油菜根际土壤磷活化机理研究

筛选和培育耐低磷植物是缓解磷矿资源缺乏和提高磷肥利用效率的有效途径之一。本研究在前期材料筛选的基础上,通过根箱试验研究不同磷效率油菜根际土壤磷活化机理,其结果如下:在施磷和不施磷处理条件下,磷高效油菜品种B56（HG）的吸磷量和生物量均高于磷低效品种B10（LG）;两油菜品种根际土壤中的NaHCO3-Pi, NaHCO3-Po和 NaOH-Pi,NaOH-Po四种磷素形态均有显著的亏缺现象;磷高效品种（HG）根际土壤上述四种磷素形态亏缺程度大于磷低效品种（LG）,但Resin-P则出现富集,并且HG的富集程度大于LG,这可能与HG具有较高吸磷能力有关。两油菜品种根际土壤HCl-Pi 和 残渣态磷（Residual-P）没有发生明显的亏缺现象。相比较而言,HG能分泌更多的酸性磷酸酶,该酶活性与NaHCO3-Po含量呈显著的负相关,说明酸性磷酸酶对有机磷矿化起着非常重要的作用。     

两个小麦品种对根际土壤中磷的吸收

Inorganic soil phosphorus extractable with sodium bicarbonate(NaHCO3-Pi),soil pH and root hairs length and density in the rhizosphere of two winter wheat cultivars (Tritium aestivum L.cv.Shichum,Sleipner)grown on a high pH Chinese silt loam(52.7 mg NaHCO3-Pikg^-1) and a Danish sandy loam(43.4mg NaHCO3-Pi kg^-1)wer studied to assess how these wheat cultivars differed in phosphorus uptake.The rhizosphere soil pH of two wheat cultivars grown on the two soils were fairly unchanged with increasing distrance from the roo surface.However the root hairs of Shichun were 2.1 times longer than those of Sleipner,Root surface area(RSA) of Shichun increased by 192% due to root hairs whereas root hairs of Sleipner increased RSA by 68% only.Hence the root system of Shichun was in contact with more soil than that of Sleipner,even though Sleipner had a longer root,Grown at the lower pH and level of NaHCO3-Pi in the Danish soil Shichun absorbed more inorganic phosphorus than Sleipner whereas at the higher pH and level of NaHCO3-Pi in the Chinese soil there was no phosphorus uptake difference between the two wheat culivars.     

玉米细根形成和土壤中无机磷分级平衡对缺磷的特异性响应

Plants have diverse strategies to cope with phosphorus (P) deficiency. To better understand how maize responds to P deficiency, a field experiment with two P levels, 0 and 100 kg P2O5 ha-1 (P0 and P100, respectively), was carried out as a part of a long-term Pfertilizer field trial. Plant and soil analyses showed that P-deficient maize reduced its growth rate, increased P use efficiency, and formed more thin roots with the diameter less than 0.6 mm at jointing and silking stages, compared to the plants treated with P100. Further, there were no differences in major inorganic P fractions (Ca 2 -P, Ca 8 -P, Al-P, Fe-P, occluded P and Ca 10 -P) between the rhizospheric and bulk soils at each harvest, even when soil Olsen-P was only 1.38 mg kg-1 . These results suggested that maize responded to P deficiency by reducing the internal P demand for growth and increasing P acquisition ability by favorable root morphological alteration at low carbon cost.     

Changes in phosphorus fractions in the rhizosphere of some crop species under glasshouse conditions

The aim of the present study was to evaluate the effect of cultivation of some agronomic plant species on inorganic soil‐P fractions in different sampling zones. The experiment was conducted as a completely randomized design as factorial in three replicates. The factors were plant species (10 different species and control) and soil‐sampling zone (soil adhering to root mat, rhizosphere soil, and nonrhizospheric soil). The thin‐slicing technique was modified and used to sample rhizosphere soil. The percentages of P fractions in the planted and control soils were near 64% apatite (apatite‐P), 24% octa‐Ca‐phosphates (OCP‐P), 7% Fe‐phosphates (Fe‐P), 4% di‐Ca‐phosphates (DCP‐P), 1% Al‐phosphates (Al‐P), and 0% occluded‐P (O‐P). All of the studied plant species decreased significantly all of the inorganic P fractions in soil adhering to root mat and in rhizosphere soil compared to those in nonrhizosphere soil. However, these decreases were not equal for each fraction and the percentage of apatite‐P increased in rhizosphere soil of the plant species. The means of total P, soluble P, DCP‐P, OCP‐P, Al‐P, and Fe‐P were lower in soil adhering to root mat compared to those in rhizosphere soil. However, this difference was only significant for OCP‐P. In contrast, the mean of apatite‐P in soil adhering to root mat was significantly higher than that in rhizosphere soil. The changes of apatite‐P may be more governed by microbial activities (especially mycorrhizal symbiosis) which may be higher in rhizosphere soil compared to soil adhering to root mat.     

不同基因型小麦侧根生长对硝态氮的响应差异

以4个小麦品种石麦15、衡观35、H10和L14为供试作物,进行营养液培养试验,研究不同浓度硝态氮供应对小麦侧根发育的影响。结果表明:0.05~25.0 mmol/L硝态氮处理13 d,小麦生物量及侧根形态尚未受到明显影响;硝态氮处理22 d后,植株地上部生物量和氮含量明显增加,石麦15、H10和衡观35增加幅度较大,L14增幅较小;0.05 mmol/L低浓度硝态氮处理下,4个小麦品种的侧根平均长度较长。进一步研究发现,小麦侧根发育对不同浓度硝态氮供应的反应存在明显的基因型差异:0.05 mmol/L硝态氮处理下,石麦15的侧根长度和总根长增加,侧根密度无明显变化;H10的侧根总长度增加,侧根密度减少;衡观35的侧根密度减少,侧根总长度变化不大,而L14的侧根总长度和侧根密度均无明显改变。硝态氮处理浓度在2.5~20.0 mmol/L范围内,小麦侧根数量和长度均没有受到明显影响,在均匀供应硝态氮条件下,高浓度的硝态氮处理未影响小麦的侧根长度和数量。     

不同氮水平下玉米苗期根系形态和氮吸收量的 QTL 定位

【目的】玉米的根系形态与氮素吸收能力关系密切,利用单片段代换群体对玉米苗期根系形态相关性状和植株氮吸收量进行 QTL 定位,可为进一步精细定位并克隆控制玉米低氮下优异根系形态和氮吸收的主效 QTL 奠定基础。【方法】以氮效率差异显著的两亲本许 178 和综 3 构建的 150 个玉米单片段代换系 (SSSL) 群体作为研究材料,进行水培试验。以 Ca (NO₃)₂ 作为氮源,设置高氮 (4 mmol/L NO₃– )和低氮 (0.05 mmol/L NO₃– ) 两个处理,培养 20 d 后分根、冠收获植株,测定生物量和氮含量。通过 WinRHIZO 根系分析系统获得根系的总根长、根表面积、根体积、根直径和根尖数等指标。根据代换系与亲本许 178 表型值的 T-test 结果,利用该群体 SSR 遗传连锁图谱,在 P ≤ 0.001 条件下定位所调查性状的 QTL。【结果】高氮条件下 SSSL 群体除了根直径与总根长和根尖数没有显著相关性以外,其它各性状之间均显著或极显著正相关,并且植株氮吸收量也与根系各性状呈显著或极显著正相关;低氮条件下,除了根直径以外,植株氮吸收量与其他根系性状均呈极显著正相关,并且地上部和根部氮累积量均与根表面积的相关性最大。在高氮条件下共检测到 102 个 QTL 位点,包括 40 个根形态相关 QTL、34 个植株生物量 QTL 和 28 个氮吸收量 QTL;在低氮条件下共检测到 85 个 QTL 位点,包括 47 个根形态 QTL、22 个植株生物量 QTL 和 16 个氮吸收量 QTL。所检测到的根形态相关 QTL 与生物量和氮积累量 QTL 成簇存在,同一 QTL 区间多同时检测到根形态 QTL 和氮吸收量 QTL。高氮条件下,在代换系 1428、1376、1282、1266 和 1473 的代换区间上检测到高氮特异的 QTL 簇,同时包括多个根形态和氮吸收量 QTL,贡献率从–43% 到 84%。低氮下,在代换系 1419 和 1314 的代换区间上同时检测到低氮特异的多个根形态和氮吸收量 QTL,贡献率从–32% 到 55%。【结论】单片段代换系 1419 和 1314 所包含的代换片段 bnlg182—bnlg2295 和 umc1013—umc2047 检测到多个低氮特异的 QTL,并且这两个区间在前人的研究中均有玉米氮效率相关 QTL 检测到,说明该区间包含有玉米根系形态和氮吸收量的主效 QTL,在玉米氮高效吸收中可能起重要作用。     

缺素培养对大豆营养生长和根系形态的影响

通过营养液栽培试验,探讨了巴西10号和本地2号两个大豆基因型在氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁缺乏条件下的缺素症状和植株生物量变化,以及根系形态指标的改变。结果表明,缺素处理对大豆植株生长影响显著,在各种缺素条件下大豆植株生物量均明显降低,地上部与根部均表现出各种营养元素缺乏时的特有症状;缺氮、缺钾、缺钙、缺镁和缺铁处理时大豆总根长和根表面积也均显著降低。大豆对不同缺素处理的反应存在基因型差异。