林木对铝的耐性机理研究进展

在酸性土壤中,铝对林木的毒害是限制林木生长、降低林木生产力、进而导致森林退化的主要因素之一。目前,国内外在林木铝毒害及耐铝机制方面已有较多的研究,但关于林木耐铝的生理和分子机制的综述性报道很少。文中综述了近年来林木对铝的富集、铝对林木生理和分子水平上的毒害等方面的研究进展,总结了林木耐铝的生理机制和分子机制,简要介绍了外源添加物对林木耐铝毒的调控机制,提出了今后有关林木铝毒需进一步研究的重点,以期为林木铝毒的深入研究提供参考以及为缓解我国酸性土壤林木铝毒害及森林的健康持续经营提供参考。     

Internal Mechanisms of Plant Adaptation to Aluminum Toxicity and Phosphorus Starvation in Three Tropical Forages

Many tropical forage grasses and legumes grow well in acid soils, adapting to excess aluminum (Al) and phosphorus (P) starvation stresses by using mechanisms that are still unclear. To determine these mechanisms, responses to Al toxicity and P starvation in three tropical forages were studied: two grasses, Brachiaria hybrid cv. ‘Mulato’ (B. ruziziensis clone 44-06 × B. brizantha cv. ‘Marandú’) and Andropogon gayanus, and one legume, Arachis pintoi. The tropical grasses tolerated high levels of Al toxicity and P starvation, with the Brachiaria hybrid maintaining very low levels of Al concentration in shoots. ²⁷Al Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (NMR) analysis revealed that, in the Brachiaria hybrid, Al makes complexes with some ligands such as organic-acid anions in the root symplast. The forages probably adapted to P starvation through high P-use efficiency. These experiments provide the first direct evidence we know of that organic acid anions within root tissue help detoxify Al in non-accumulator species such as the Brachiaria hybrid.     

单宁酸对不同pH茶园土壤中活性铝形态分布的影响

采集云南省普洱市和江西省南昌县两地典型的茶园土壤,通过添加HCl和Ca(OH)2调节土壤pH,研究不同pH(3.0、3.5、4.0、4.5)茶园土壤添加0.4 mmol·kg 1、2.0 mmol·kg 1、4.0 mmol·kg 1、8.0 mmol·kg 1、12.0 mmol·kg 1单宁酸后,活性铝形态交换态铝(Al3+)、单聚体羟基铝[Al(OH)2+、Al(OH)+2]、酸溶无机铝[Al(OH)03]和腐殖酸铝[Al-HA]的分布特征。结果表明:单宁酸添加量为0~0.4 mmol·kg 1和0~2.0 mmol·kg 1时,江西南昌和云南普洱茶园土壤中交换态铝随土壤pH的增加呈明显下降趋势,而羟基态铝、酸溶无机铝和腐殖酸铝呈逐渐上升趋势;当单宁酸浓度增至2.0 mmol·kg 1以上时,随土壤pH的增加,单宁酸对活性铝释放的抑制作用增强,各形态活性铝含量都较低,且不同pH处理土壤间的差异不显著。0~20 cm土层土壤与20~40 cm土层土壤变化规律大致相似,总体上看,下层土壤活性铝总量高于上层。云南普洱茶园土壤活性铝总量明显高于江西南昌的茶园土壤。相关分析表明,0~20 cm土层土壤中,pH与羟基态铝、腐殖酸铝、土壤酸碱缓冲容量(pHBC)呈正相关(r=0.796,P0.01;r=0.960,P0.01;r=0.852,P0.01);pHBC与交换态铝、羟基态铝呈负相关(r=0.904,P0.01;r=0.645,P0.05),而与腐殖酸铝呈正相关(r=0.795,P0.01)。同时,单宁酸加入浓度为0~0.4 mmol·kg 1时,土壤pH明显上升,之后随着单宁酸加入浓度的增加土壤pH持续下降,土壤pH(YpH)与单宁浓度(CDN)在此阶段基本符合方程:YpH=0.04CDN+3.82(R2=0.95,P0.01)的线性变化趋势,在单宁酸浓度达到8.0~12.0 mmol·kg 1时,土壤pH基本不再变化。     

酸性土壤植物磷铝互作研究进展

铝毒和缺磷是酸性土壤上作物生产的2个主要限制因子,解决酸性土壤铝毒和缺磷问题是提高作物产量及保障粮食安全的重要途径。酸性土壤中铝毒和缺磷经常共存,磷与铝在土壤、根-土界面和植物体内关系密切,其相互作用对植物生长发育具有重要影响。该文总结了酸性土壤中铝的存在形式、磷的现状及存在形式,简述了近年来磷与铝元素交互作用对植物生长发育的影响,并对进一步的研究作了展望。     

52份豌豆种质萌发期耐铝毒性的综合评价与筛选

随着土壤酸化的日益加重,铝毒成为影响作物种子萌发质量以及产量的重要胁迫因子之一。本研究采用单项耐铝毒系数(AC值)、综合耐铝毒系数(CAC值)、平均隶属函数值(ASF值)、耐性综合评价值(A值)等指标及相关分析、主成分分析、聚类分析和逐步回归分析等方法,综合评价豌豆种质萌发期铝毒耐性,建立综合筛选评价体系,并筛选萌发期耐铝毒豌豆种质。利用筛选出的适宜浓度40 mg L–1Al3+处理52份豌豆品种(系)种子,结果显示,萌发期8个相关性状在处理组及对照组品种间均存在显著差异,遗传多样性指数分别介于1.43～2.03和1.51～2.06之间。基于AC值聚类分析, 52份豌豆种质可被分为3个耐性级别,其中,第I级含2份,为耐铝毒品种(系);第II级含19份,为敏感品种(系);第III级含31份,为铝毒极敏感性品种(系)。利用豌豆种子发芽率、发芽势、发芽指数、芽长、根长、芽干重、根干重7项指标,结合最优回归方程可初步鉴定豌豆萌发期耐铝毒特性。通过综合评价和聚类分析,筛选出萌发期铝毒耐性极强的种质C175和C145,可作为豌豆铝毒耐性育种和耐性机制研究的重要资源。     

紫色土可溶性有机碳的吸附-解吸特征

选择代表性的酸性、中性和石灰性紫色土为实验材料,采用平衡吸附和动力学吸附法研究了紫色土对可溶性有机碳（DOC）的吸附-解吸特征,分析了土壤理化性质与DOC吸附量之间的关系。结果表明,紫色土对DOC的吸附容量呈以下顺序：酸性紫色土〉中性紫色土〉石灰性紫色土。石灰性紫色土对DOC的解吸率明显高于酸性、中性紫色土,其迁移淋失问题值得重视。紫色土对DOC的吸附过程包括快速吸附和慢速吸附2个阶段,0~0.5 h内吸附速率最大,随后吸附速率逐渐减小,4~6 h内基本达到吸附平衡。土壤pH值、有机质、粘粒和活性铁铝氧化物含量是影响土壤DOC吸附量与解吸率的重要因素。通径分析表明,土壤理化性质对DOC吸附量的直接作用系数大小顺序为活性铝含量〉土壤pH值〉有机质,对DOC解吸率的直接作用系数大小顺序为活性铁含量〉粘粒〉有机质。多元线性回归模型能较好地预测土壤对DOC的吸附及解吸的变化。     

Molecular mapping of an aluminum tolerance locus on chromosome 4D of Chinese Spring wheat

Summary The tolerance of aluminum (Al) of disomic substitution lines having the chromosomes of the D genome of Triticum aestivum L. cv. Chinese Spring individually substituted for their homoeologues in T. turgidum L. cv. Langdon was investigated by the hematoxylin method. The disomic substitution lines involving chromosome 4D were more Al tolerant than Langdon. The tolerance was found to be controlled by a single dominant gene, designated Alt2, that is in the proximal region of the long arm of chromosome 4D. The locus was mapped relative to molecular markers utilizing a population of recombinant chromosomes from homoeologous recombination between Chinese Spring chromosome 4D and T. turgidum chromosome 4B. Comparison of the location of Alt2 in this map with a consensus map of chromosomes 4B and 4D based on homologous recombination indicated that Alt2 is in a vicinity of a 4 cM interval delineated by markers Xpsr914 and Xpsr1051. The Alt2 locus is distal to marker Xpsr39 and proximal to XksuC2. The Altw locus is also proximal to the Knal locus on chromosome 4D that controls K⁺/Na⁺ selectivity and salt tolerance. In two lines, Alt 2 and Knal were transferred on a single 4D segment into the long arm of T. turgidum chromosome 4B.     

不同土壤改良剂对酸性铝富集红壤毒性缓解效应的差异

在红壤中添加外源铝并种植作物,研究不同土壤改良剂对酸性铝富集土壤的铝毒缓解效应差异及潜在机制。采用酸性红壤做盆栽试验,添加外源铝,并施用土壤改良剂腐殖酸(HA)、生物炭(C)和生石灰(CaO)种植小白菜,设置CK、HA(0.3%HA)、C(2%C)、CaO(0.3%CaO)、Al(1 mmol/kg Al 3+)、Al+HA(1 mmol/kg Al 3++0.3%HA)、Al+C(1mmol/kg Al 3++2%C)、Al+CaO(1mmol/kg Al 3++0.3%CaO)共8个处理,分析腐殖酸、生物炭和生石灰对铝富集红壤不同形态活性铝及作物生长的影响。结果表明:铝毒会显著降低小白菜的出苗率和鲜质量,提高小白菜铝含量;而施用改良剂能缓解铝毒对小白菜的抑制作用,改善小白菜的生长状况,降低小白菜铝含量,Al+HA、Al+C和Al+CaO处理小白菜鲜质量较Al处理分别增加86%、775%和1 014%。添加外源Al较CK处理土壤pH降低0.17个单位,活性铝总量显著增加,而添加改良剂后活性铝总量减少。此外,Al处理交换性Al 3+含量较CK处理上升11.17%,Al+HA、Al+C和Al+CaO处理交换性Al 3+含量较Al处理分别下降11.81%、59.63%和87.82%,而单聚体羟基铝离子Al(OH)2+和Al(OH)+2含量却上升。因此,在土壤中加入外源铝显著降低土壤pH,加重酸化,且交换性Al 3+增加,抑制小白菜生长;施用改良剂腐殖酸、生物炭和生石灰后交换性Al 3+含量降低,小白菜生长状况得到改善,其中生物炭和生石灰还能有效增加红壤pH。因此,改良剂通过对土壤pH、养分含量和交换性Al 3+含量产生综合作用从而影响作物生长。     

不同耐铝型杉木优良家系早期筛选

以杉木第3代种子园15个优良家系种子为试验材料,通过种子发芽胁迫试验,分析不同铝浓度处理对15个杉木优良家系种子发芽的影响。并应用主成分分析法筛选出不同耐铝型杉木优良家系,为耐铝机理的研究提供试验材料。结果表明,与对照相比,不同浓度铝胁迫对参试的杉木15个家系种子绝对发芽势、绝对发芽率、胚根长、胚轴长、鲜生物量和干生物量均有不同程度的抑制效应;随着铝浓度的升高,杉木种子发芽各指标的抑制效应逐渐增强。以毒害效应指数值为原始数据进行主成分分析,筛选出13号和8号家系为耐铝型家系;9号和12号家系为中等程度耐铝型家系;4号及10号家系为铝敏感型家系。     

铝胁迫对大豆生理特性的影响

本文采用水培法,以3个不同品种大豆为研究材料,研究了铝对大豆一些生理生化指标的影响。结果表明,铝胁迫使大豆积累了大量的脯氨酸、可溶性糖和丙二醛,根系活力下降,且不同品种在铝胁迫的表现性状方面存在差异。此外,根据所计算的耐铝胁迫系数,这3个品种的耐铝胁迫能力为:浙春3号>浙秋3号>华春18。