水稻(Oryza sativa L.)铝毒害与耐性机制及铝毒害的缓解作用

铝 (Al) 毒是广泛存在于热带亚热带地区酸性土壤上的主要的生产力限制因子之一。水稻Al毒害主要发生在新开垦的旱地酸性土壤上。本文较详细地总结了: (1) 水稻发生Al毒的环境条件,水稻Al毒害的可见症状和Al毒害的部位;(2) 水稻耐Al指标,营养元素的吸收与分配对水稻耐受Al毒害的影响,以及Al胁迫下根系分泌物、根际pH的变化等对水稻耐Al的贡献,水稻耐Al基因的定位等;(3) 水稻Al毒害的缓解作用机理及可能的解决措施。最后对水稻Al毒害和水稻耐Al机制研究中存在问题进行了分析探讨,同时对今后的研究作了展望。     

普通消解与微波消解分析植物样品中Al等元素的方法比较

采集红壤地区植物样品65个,普通消解和微波消解后用ICP测定A l等6种元素含量。对两种消解结果进行线性回归分析发现,Al、Ca、Fe、Mg、Mn、P的回归系数分别为1.0014、1.0056、1.0725、1.0831、1.0039、0.9915;相关系数分别为0.9988、0.9834、0.9891、0.9970、0.9941、0.9945。两种消解方法对A l的消解具有很强的可比性。微波消解法具有能耗少、试剂利用率高、运行条件一致、样品损失少等优点。     

外源低分子量有机酸对碳酸钙预处理的酸性土壤中活性铝钙镁影响的研究

通过在所研究的第四纪红黏土发育的红壤中混入CaCO3,研究在pH缓冲体系中外加低分子量有机酸对土壤中Al、Ca和Mg的影响。结果表明:无论加CaCO3与否,在pH 4.5的条件下外源草酸、柠檬酸、苹果酸的加入均使土壤可溶性Al显著提高,交换性Al显著下降和交换性Ca显著升高;加入CaCO3的情况下,3种有机酸处理的交换性Mg均显著提高。3种有机酸促进Al溶解能力的大小顺序为:柠檬酸>草酸>苹果酸,这一结果与有机酸和Al形成络合物的稳定常数大小一致。另一方面,3种有机酸处理下,CaCO3预处理均引起可溶性Al的显著升高和交换性Al的下降。双因素方差分析表明,有机酸通过络合作用或沉淀作用对可溶性和交换性Al、Ca和Mg均具有绝对的影响优势,CaCO3仅对可溶性和交换性Al、交换性Ca有显著影响,由于实验中pH缓冲体系的控制,这种影响主要通过Al与Ca、Mg的竞争交换作用实现。总体来说,外源低分子量有机酸的加入使土壤活性Al显著升高,活性Ca、Mg略有升高,有机酸在酸性土壤中的作用需从有机酸溶解阳离子的角度进一步评价。     

油茶根系吸收铝导致生长介质酸化

选用油茶为试验材料,采用固体琼脂培养和溶液培养两种试验体系,研究了油茶根系吸收铝离子与生长介质pH变化的关系。琼脂培养试验结果表明,在钙离子和铝离子介质中,油茶根际区域均发生了明显的酸化;溶液培养试验结果进一步表明,阳离子的吸收尤其是铝离子的吸收是介质酸化的原因,铝与钙同时存在时,溶液酸化主要是由铝离子的吸收引起的。另外,随着溶液铝浓度的增加,溶液pH下降幅度增加,二者之间呈现极显著正相关关系,且油茶培养时间越长,溶液pH下降越多。所有这些结果表明油茶吸收铝会降低生长介质pH。     

桑色素络合测定酸性土壤溶液中无机单核铝的方法比较

选择桑色素(Morin)作络合试剂,运用高效液相色谱(HPLC)和荧光分光光度计测定了酸性土壤溶液中的无机单核铝。由分析试剂与铝的比例、络合试剂的溶解介质及缓冲液的pH等的不同形成三种不同的方法。通过比较三种方法的线性范围、准确度和精密度及方法间的相关性,结果表明,采用乙醇溶解的桑色素(1.0×10-4mol L-1)在pH4.0的1.0 mol L-1乙酸铵-乙酸缓冲体系中反应后,荧光分光光度计(Ex=403.3 nm,Em=490 nm)测定酸性土壤溶液中无机单核铝更适宜。     

不同水平硝态氮对蚕豆根系质子释放量的影响

为了解豆科植物在加速土壤酸化中的作用及其机制,通过水培试验和恒pH自动电位滴定法研究了4个硝态氮供应水平对蚕豆根系质子释放量和介质pH的影响,分析了蚕豆根系释放质子的机制。结果表明,当不供应外源硝态氮时,蚕豆根系释放的质子数量最多,以干根计算培养10次的累积释放量可达37.5mmol·g-1;此条件下质子释放导致培养液pH下降幅度最大,可达1.93。随着外源硝态氮供应量的增加,蚕豆根系释放的质子数量和介质pH的下降幅度均减小。当培养液NO3-浓度为1.0mmol·L-1时,培养试验前期根系有少量质子释放,培养试验后期有少量OH-释放。研究表明,蚕豆生长介质中的质子主要来源于蚕豆根系质子的直接释放,有机酸对介质质子的贡献可以忽略。蚕豆根系对阴、阳离子的不平衡吸收是根系释放质子的主要原因,添加硝态氮可以减少蚕豆根系质子释放量。     

铝胁迫下磷对水稻苗期生长的影响及水稻耐铝性与磷效率的关系

选用两个耐铝性差异较大的水稻品种武运粳7号(耐铝品种)和扬稻6号(铝敏感品种)作为实验材料,利用水培铝-磷交替处理试验研究了磷对水稻铝胁迫下苗期生长的影响及水稻耐铝性与磷效率之间的关系。结果表明,从水稻铝-磷交替处理下的生物量和根系形态等指标来看,P缓解了Al对两个水稻品种的毒害作用,且对敏感品种扬稻6号的缓解作用更加明显。铝-磷交替处理下,武运粳7号的体内磷含量显著高于扬稻6号的,而根部铝含量显著低于扬稻6号,因此武运粳7号体内的P/Al显著高于扬稻6号;同时,虽然两个品种间根表及根自由空间中Al浓度没有差别,而武运粳7号根表及根自由空间中P浓度显著高于扬稻6号,表现出耐铝品种更强的质外体解铝毒能力,这可能与武运粳7号较强的磷吸收效率有关。此外,与耐铝品种武运粳7号相比,铝敏感品种扬稻6号虽然磷吸收效率低,但利用效率高,即两个水稻品种的耐铝性与水稻的磷吸收效率和利用效率不一致,这为酸性土壤水稻育种提供了理论基础,即选育适应酸性土壤的水稻基因型不仅要关注其耐铝性还要关注其磷利用效率。     

长期不同施肥下小麦离子吸收对土壤酸化贡献能力的比较

农业生产中长期不合理施肥导致土壤严重酸化,除了硝化作用和硝酸盐淋溶,作物对阳离子吸收是另一个重要的土壤酸度来源。本研究基于湖南祁阳红壤实验站农田25年长期定位试验研究了长期不同施肥下小麦阴阳离子吸收对土壤酸化贡献能力的变化。结果表明:长期施用化学氮肥显著降低土壤pH,影响小麦生物量,而施用有机肥可缓解土壤酸化,提高小麦生物量;单位面积土壤中小麦吸收阴阳离子对酸化的潜在贡献能力,即小麦产生的总质子量的大小顺序为:有机肥处理(M)氮磷钾配施有机肥处理(NPKM)磷钾肥处理(PK)氮磷钾肥处理(NPK)不施肥处理(CK)氮磷肥处理(NP)氮钾肥处理(NK)。相关性分析显示,小麦产生的总质子量与土壤pH、有效磷含量和地上部总生物量均呈显著正相关,而土壤pH和有效磷含量均与小麦地上部生物量呈显著正相关。因此,长期施肥的农田土壤中,随着酸化程度的加深,作物通过阴阳离子吸收对土壤酸化的贡献能力减弱,主要原因在于低土壤pH和有效磷含量限制了作物的生长,降低了作物的生物量。     

铵态氮/硝态氮对水稻铝毒害的影响

由于酸性土壤中硝化反应受到抑制,NH4+-N是酸性土壤中无机氮存在的最主要的形式,故酸性土壤中Al3+经常与NH4+-N共存,但这种现象往往被忽视。因此,了解氮形态与Al3+之间的相互关系不仅有助于我们更好地理解水稻的耐铝机制,还能够为酸性土壤施肥提供理论依据。试验选用2个水稻品种武运粳7号和扬稻6号,采用水培方法,进行长期和短期观察,分析铵态氮和硝态氮对水稻铝毒害的影响。结果显示:在长期(14 d)硝态氮与铝交替处理下,铝对2个水稻品种生物量和根系形态的抑制作用明显大于长期铵态氮与铝交替处理,而且硝态氮处理下水稻根部铝浓度显著高于铵态氮处理;在短期(24 h)处理条件下,与铵态氮相比,硝态氮加重了铝对水稻根伸长的抑制,同时提高了2个品种水稻根尖的铝含量,而且铵态氮与硝态氮处理之间根尖铝含量的差异随着培养时间的推移而增大;与铵态氮相比,硝态氮增加了水稻根中其他阳离子(K+、Ca+、Mg2+和Mn2+)的浓度。因此,与硝态氮相比,铵态氮减轻了铝对水稻的毒害,降低了水稻根系对铝的累积。     

木本植物适应酸性土壤机理的研究进展——以胡枝子(Lespedeza bicolor)和油茶(Camellia oleifera)为例

综述了近年来木本植物适应酸性土壤的耐铝机理研究进展,重点以酸性土壤先锋植物胡枝子(Lespedeza bicolor)和铝累积植物油茶(Camellia oleifera)为例,总结了木本植物根系有机酸的分泌、铝吸收和运输机制及铝与氮磷胁迫的协同适应等。木本植物有铝累积和铝排斥植物之分;铝排斥植物胡枝子耐铝的重要机制是其根系同时分泌柠檬酸和苹果酸;铝累积植物油茶高效累积铝的原因在于其不仅可以高效吸收土壤和土壤溶液中广泛存在的铝(Al3+和Al-F),而且可以通过木质部运输和特定季节韧皮部运输的配合实现铝的高效分配和传输;铵态氮相对于硝态氮可缓解胡枝子的铝毒害;磷对不同胡枝子耐铝作用的影响明显不同。木本植物适应酸性土壤机理的深入研究将会有助于完善植物的耐铝机理及铝运输理论,并为酸性土壤中矿质养分管理提供理论基础。