磷水平对不同耐低磷水稻苗根系生长及氮、磷、钾吸收的影响

选取3个耐低磷水稻基因型99011、580和99112及1个磷敏感基因型99056为材料，采用营养液培养，比较了它们在不同磷水平下苗期根系的生长状况及对氮、磷、钾的吸收情况，结果表明，耐低磷基因型适应低磷的能力较强，它们具有较长的根系、较大的根体积和根干重，其中99011和580表现尤为突出，且它们的根系受磷水平变化的影响明显小于敏感基因型99056；0．081～0．161mmol／L的磷处理更有利于耐低磷基因型根系的发育，并且促进氮和钾的吸收，此时，植株能够吸收较正常磷处理更多的氮和钾；而磷敏感基因型99056吸收氮和钾的量随供磷水平的下降而减少，并且吸收磷的总量受磷水平变化的影响显著较3个耐低磷基因型大。     

低磷胁迫对水稻铁、锰吸收和积累的影响

在盆栽土培条件下,采用不同耐低磷基因型508、580、99011、99112和低磷敏感基因型99012、99056为材料,研究了不同生育时期低磷胁迫对水稻铁、锰吸收和积累的影响.结果表明,不同磷效率水稻基因型间茎叶相对铁、锰含量差异并不明显.分蘖期时,低磷胁迫条件下,低磷敏感基因型水稻茎叶铁含量显著下降,耐低磷基因型受到的影响明显小于低磷敏感基因型.孕穗期时,只有99056茎叶铁含量在低磷胁迫时显著降低;而茎叶锰含量除99112外其它基因型均显著降低.至成熟期,由于受转移效率的影响,水稻茎叶铁、锰含量变化明显比前期复杂.低磷胁迫条件下,耐低磷基因型水稻籽粒铁、锰含量呈下降趋势,低磷敏感基因型籽粒铁、锰含量呈上升趋势.低磷胁迫降低了铁、锰在水稻地上部的积累量.在生育前期,耐低磷基因的铁、锰积累量显著高于低磷敏感基因型;生育后期,耐低磷基因型的绝对积累量优势消失,但相对积累量优势变大.图4表4参25     

大豆根系分泌物和根细胞壁对难溶性磷的活化

探讨了不同磷效率大豆品种根系细胞壁和根分泌物对难溶性铝磷的活化与吸收能力。结果表明，砂培条件下，磷高效品种(巴西10号)对难溶性铝磷的吸收显著高于磷低效品种(本地2号)。铝磷处理条件下，根系总表面积巴西10号是本地2号的131％，而钾磷处理二者没有明显差异。根系细胞壁对铝磷的活化表明，大豆苗期根系细胞壁对铝磷的活化量显著高于成熟期。苗期、成熟期巴西10号对铝磷的活化量为本地2号的119％、176％。不同栽培方式根系细胞壁对铝磷的活化量表现为水培大于砂培，水培条件下两个大豆基因型对铝磷的活化量没有差异。不同生育时期、栽培方式根分泌物对铝磷的活化量表现为，成熟期大于苗期，砂培大于水培。巴西10号根分泌物对铝磷的活化量比本地2号分别高出69．3％(成熟期)和40．1％(砂培)。上述研究结果表明，大豆根分泌物和根细胞壁对难溶性铝磷的溶解具有促进作用，有利于大豆对铝磷的吸收。     

不同紫云英基因型对难溶性磷吸收利用的影响

通过石英砂培养试验,研究了不同基因型对紫云英（Astragalus sinicus）吸收和利用难溶性磷酸盐（Al-P和Fe-P）的影响。结果表明,紫云英在不同磷源中的生长性状、生物量以及植株不同部位的吸磷量有很大差异。从株高、茎粗、分枝数性状方面来看,均表现为K-P〉Al-P〉Fe-P〉CK,且两种难溶性磷处理之间差异达到显著或极显著水平。对大多数紫云英基因型来说Al-P的地上部、地下部及总干物质量都显著大于Fe-P,说明紫云英更容易活化和吸收Al-P。闽紫6号和闽紫1号在利用难溶性磷时都显著高于余江大叶和弋江籽。不同紫云英基因型在不同磷源中,地上部、地下部吸磷量及总吸磷量也均表现为K-P〉Al-P〉Fe-P〉CK,即对不同磷源的吸收能力均以K-P最高,Al-P大于Fe-P。闽紫6号和闽紫1号对难溶性磷的吸收量均高于其它3个品种,表明闽紫6号和闽紫1号对难溶性磷具有较强的溶解吸收能力。从植株吸磷量与生物量关系可以看出,紫云英植株地上部、地下部干物质量及总干物质量、鲜质量增加时,植株吸收磷的养分质量分数也随着增加,呈显著正相关。CK和Al-P处理总干物质量与总吸磷量拟合回归关系显著,但对水溶性K-P和Fe-P处理相关回归关系效果不明显,说明紫云英对难溶性磷吸收利用时,对Al-P吸收富集优于Fe-P。     

低磷胁迫对水稻地上部钙、镁吸收和积累的影响

采用瓮栽试验系统研究了低磷(P)胁迫条件下不同P效率水稻基因型在分蘖期、孕穗期和成熟期的钙(Ca)、镁(Mg)营养特性.结果表明,低P胁迫对不同基因型水稻Ca、Mg吸收的影响因生育期、基因型和部位不同而不同.分蘖期时,低P胁迫使水稻体内Ca含量增加,低P敏感基因型水稻地上部Mg含量增加,耐低P基因型则Mg含量降低.孕穗期时,低P胁迫使不同基因型水稻体内Ca、Mg含量下降.至成熟期,除99056外,其它基因型籽粒内Ca、Mg含量均降低;除99012外,其它基因型茎叶中Ca、Mg含量也降低.各个时期低P胁迫都降低了Ca、Mg在水稻地上部分的积累量,耐低P基因型只在孕穗期表现出相对的优势.低P胁迫同时降低了成熟期茎叶内Ca、Mg向籽粒的转移,但99056却例外.低P胁迫下,较之低P敏感基因型,耐低P基因型水稻对Ca、Mg的吸收和积累并没有表现出明显的优势.图4表7参26     

磷水平对不同耐低磷玉米基因型幼苗生长和养分吸收的影响

选取2个耐低磷玉米基因型M08和M11及1个低磷敏感基因型M05为材料,采用营养液培养,研究低磷和正常磷条件下不同基因型玉米苗期生长状况及对磷、钾、钙、镁、铁、锌的吸收情况.结果表明,耐低磷基因型适应低磷的能力较强,它们具有较长的根系和较大的根干重,其株高受低磷的影响明显小于敏感基因型M05.低磷胁迫增大了植株的根冠比,改变了植株对营养元素的吸收及其在地上部和根系的分配.磷敏感基因型M05吸收磷、钾、钙、镁、铁、锌的量随供磷水平的下降而减少,并且吸收各元素的量受磷水平变化的影响显著较2个耐低磷基因型大.图1表2参24     

来自细胞工程技术的不同低磷耐受性玉米自交系磷营养特性分析

通过大田试验研究了5份不同低磷耐受性的玉米自交系在苗期、拔节期、籽粒成熟期的磷营养特征.结果表明:低磷条件下,磷吸收效率是玉米苗期和籽粒成熟期耐低磷特性差异的主要来源,而拔节期耐低磷特性则由磷吸收效率和利用效率共同决定.成熟期磷效率相关性分析表明,磷吸收效率与磷效率呈显著正相关,磷吸收效率是决定此时期磷效率的主要因素之一.在低磷条件下,来自细胞工程的4份玉米自交系与对照齐319相比,籽粒产量和磷响应度均存在较大差异,其中自交系SD-B和SD-C产量较高,分别为齐319的140倍和132倍.从籽粒产量和植株磷含量两方面来看, SD-B和SD-C可能为磷高效率高响应型. 低磷胁迫下, SD-B、 SD-C在不同生育期与其它3个自交系相比,均表现出磷吸收能力强的特点.     

水稻磷效率差异的生理生化特性

以磷效率差异显著的IR71379—2B—10—2—3-1(磷低效型)、IR7133l-2B-2-1(中间型)及IR74(磷高效型)3个品种为供试材料，采用水培法研究了它们对磷的吸收效率、运输效率及植株体内磷的利用效率，进而研究了其对低磷胁迫的根系形态学和生理生化机制的适应性反应．结果表明：水稻磷效率的高低是由基因型对磷的吸收效率，运输效率及利用效率综合作用的结果．磷高效基因型IR74和磷效率表现为中间型的IR71331-2B-2-1具有高的磷吸收效率．旺盛的根系生长，高的根系活力，Km、Cmin小，Imax大及相对酸性磷酸酯酶(APase)活性高等是水稻对磷高效吸收的特征．但品种不同特征也有别，本试验中的IR74对磷高的吸收效率主要是由于根系生长旺盛，根系吸收面积大所致，而IR71331-2B-2-1高的磷吸收效率则主要缘于根系活力强，Imax大．低磷胁迫下，叶片中核糖核酸酶的活性也大大升高，约是对照的10～15倍，但品种间无显著差异．图2表6参21     

玉米自交系吸收利用磷素的差异及其相关性

大田选取11份玉米自交系，在两个供磷水平下研究了玉米自交系籽粒产量基因型差异及吸收效率、利用效率与磷效率的相关关系。试验结果表明：在磷胁迫的条件下，不同玉米自交系不仅产量存在较大的差异，而且对磷的响应度也不相同，产量最高的基因型中宗2号为最低的忻9005的5．15倍，将这些品种在二磷水平下以产量进行磷效率双向划分可以分为4种类型：双高效型(太411、KH12、58、中宗2号)；高磷高效型(187)；低磷高效型(冀257)；双低效型(478、冀35、XL12、忻9005、H21)，成熟期吸收、利用效率与磷效率的关系表明，在同一供磷条件下，11份自交系吸收、利用效率均有显著的差异，在两个供磷水平下，吸收效率与磷效率存在显著的正相关关系，而利用效率仅在高磷条件下与磷效率存在正相关性，表明在低磷水平下，成熟期磷效率主要由吸收效率决定，在高磷水平下，磷效率是吸收效率和利用效率共同作用的结果。图2表1参7。     

不同磷效率基因型小麦对VAM真菌依赖性的影响因子及机理

以高、中、低效３ 个磷效率基因型小麦为试材,在ｗ（Ｐ２Ｏ５） ＝２０ ｍｇｋｇ 和６０ ｍｇｋｇ 的水平下,接种或不接种两个ＶＡ菌根真菌Ｇｌｏｍｕｓ ｍｏｓｓｅａｅ 和Ｇｌｏｍｕｓｖｅｒｓｉｆｏｒｍｅ,研究了影响小麦菌根依赖性的因子及机理．结果表明,在低磷水平下,小麦菌根依赖性的大小顺序为中效＞ 低效＞ 高效;对Ｇ． ｖｅｒｓｉｆｏｒｍ 的依赖性大于对Ｇ． ｍｏｓｓｅａｅ 的依赖性;而在高磷水平下,接种菌根表现出不同程度的生长抑制作用．相关分析发现,菌根依赖性与根冠比、根长、根毛长度、根毛密度、磷利用效率之间的相关性不显著;在低磷水平下,菌根依赖性与磷效率、根吸收效率之间呈极显著的负相关,与韧皮部蔗糖运输速率之间呈显著或极显著的正相关．认为影响不同磷效率基因型小麦菌根依赖性的主要因子是根的吸收效率;菌根依赖性、磷效率和韧皮部蔗糖运输速率均受根吸收效率影响     

磷、砷双重胁迫对不同耐低磷水稻苗期生长及磷、砷吸收的影响

以1个耐低磷和1个低磷敏感水稻为材料,通过土培试验研究磷、砷双重胁迫对水稻苗期生物学特性及磷、砷吸收的影响,并比较不同品种之间的差异.结果表明,相同磷水平下,外加砷浓度为小于25 mg/kg时,水稻的生物量、叶宽、株高、SPAD值及磷吸收量均随砷浓度的增加而增加,当砷浓度达到50 mg/kg时开始下降,两个品种表现相同趋势.说明少量砷可以刺激水稻生长,促进磷的吸收,砷用量过多则抑制水稻的生长及磷的吸收.相同砷水平下,水稻生物学性状及磷、砷吸收量随磷用量的增加而增加,两个品种亦表现相同趋势.说明适当施磷肥可以缓解砷对水稻生长的抑制作用.上述结果表明,低浓度的磷、砷具有协同效应,高浓度的磷、砷表现拮抗作用.此外,相同磷、砷水平下,供试耐低磷水稻的生物学性状及其相对值较低磷敏感水稻大;但相对磷吸收量(除磷处理为150 mg/kg外)比低磷敏感水稻小,而砷吸收量及其相对值均比低磷敏感水稻多,这可能与二者的磷营养特性及水稻对磷和砷的竞争吸收有关.图7表1参19     

砷胁迫下水磷耦合对不同磷效率水稻根表铁膜及其各部位砷含量的影响

为探索缓解水稻砷毒害的农艺措施,以耐低磷水稻99011和低磷敏感水稻99012为材料,通过土培试验,研究水分、磷用量及其交互作用对不同砷浓度酸性土壤中水稻根表铁膜以及植物体内砷分配的影响。结果表明,节水灌溉(干湿交替)明显减少水稻根表铁膜量,降低铁膜、根系、秸秆、颖壳和精米中的砷含量。与30mg·kg-1P2O5相比,180mg·kg-1P2O5能明显减少两个品种水稻的根表铁膜量以及根系和秸秆中的砷含量;对耐低磷品种铁膜砷含量影响不大,但显著降低磷敏感品种铁膜砷含量;在50mg·kg-1砷处理中增加磷用量对水稻颖壳砷含量影响不大,在100mg·kg-1砷处理时能显著降低颖壳砷含量;增加磷用量可明显增加耐低磷品种的精米砷含量,降低磷敏感品种的精米砷含量。水、磷交互效应主要受水分效应的影响。加砷处理后,相同处理下耐低磷品种的根表铁膜量和铁膜中的砷含量显著高于磷敏感品种,而根系、秸秆、颖壳和精米中的砷含量则相反。研究表明,可以通过节水灌溉,并根据砷污染程度和植物磷营养特性确定适当的磷肥用量,从而减少砷在水稻体内的累积,提高食品安全。     

低磷胁迫下不同水稻品种根系吸收能力差异的生理与遗传本质

在低磷（1mg L-1)和适磷水平（10mg L^-1)下，分别以混合培养方式研究了粳稻京系17（Oryza sativa ssp.japonica)(JX17)和粘稻窄叶青8号（Oryza sativa ssp.indica)(ZYQ8)对磷营养的反应。结果表明，低磷胁迫下，JX17较ZYQ8吸收更多磷素，干物重也显著增加。相反，ZYQ8则受到更强的磷胁迫，吸磷量和干物重降低，主要是因为JX17具有较高的吸磷速度，单位根长吸磷量大，即根系高亲和力磷酸盐转运蛋白表达强，最大限度地吸收可能利用的磷素，从而改善植株营养状况，同时又有较多的磷被分配到根系，使根第，根表面积和根干重相应提高，进一步增加了其在低磷胁迫条件下的竞争磷营养的优势。图3表2参17     

磷胁迫对水稻基因型根系形态及吸收铁锰铜锌的影响

采用营养液培养方法研究了缺磷胁迫下4种水稻基因型(90-90—1、金23A、90-68-1、CDR22)的根系形态变化情况及其吸收微量元素铁、锰、铜、锌的影响。结果表明，(1)磷胁迫下，每个基因型在磷胁迫下其根系形态发生了明显变化、如根长、根冠比均呈增加趋势，并且根表有红棕色铁氧化物膜包被。(2)磷胁迫下根系形态的变化影响了水稻对生长介质中铁、锰、铜、锌的吸收：正常水稻植株中铁、锰、锌的含量高于磷胁迫植株，其中磷营养状况对水稻吸收铁、锰影响最明显；而磷营养状况对水稻植株铜含量的影响与铁、锰、锌正好相反，且影响程度较小。     

Cd胁迫下杂交水稻对Cd的吸收及其动态变化

镉（Cd）是非必需的有毒元素,是农业环境和农产品的重要污染物,易被水稻吸收并在籽粒中积累。不同水稻品种拥有不同的独特基因,导致水稻籽粒吸收积累Cd的能力存在一定的差异。因此,开展不同水稻品种耐Cd特性及其不同生育期的吸收转运效率研究具有重要意义。本文采用水培试验,研究了两个水稻（Oryza sativa L.）品种：D83A/R527（低吸收累积Cd）和辐优838（高吸收累积Cd）在不同质量浓度Cd胁迫下籽粒Cd质量分数及不同生育时期水稻根、茎、叶内Cd的吸收积累量及其动态变化特点。结果表明,两种水稻品种在Cd胁迫下籽粒Cd积累量差异显著,辐优838在1.0 mg·L^-1 Cd质量浓度胁迫下籽粒Cd质量分数就已超过国家食品卫生标准;在1.0~3.0 mg·L^-1 Cd质量浓度胁迫下,D83A/R527籽粒内Cd质量分数仅为辐优838的50~60%。随着Cd处理浓度增加和生育时期推进,两种水稻各部位Cd吸收量均表现为逐渐增加,其增加幅度总体表现为：辐优838〉D83A/R527;不同部位中,根的积累效应最强,叶片吸收积累能力最低,辐优838茎、叶吸收积累效率分别是D83A/R527的1.5~2.0倍左右。在1.0~3.0mg·L^-1 Cd胁迫下,水稻Cd积累差异较为显著的时期为灌浆期,辐优838的根系向茎、叶的转移效率大于D83A/R527,且D83A/R527主要表现为由根系向茎Cd转移效率较高,叶片Cd积累相对较少。灌浆期是水稻籽粒干物质积累的重要时期,也是吸收累积Cd的重要时期,这为筛选低吸收积累水稻品种和调控Cd在水稻籽粒中的吸收累积奠定了重要理论基础。     

根表铁膜对水稻吸收转运稀土元素Ce的影响

采用溶液培养的方法探讨根表铁膜形成对水稻吸收积累和转运稀土元素Ce的影响。结果表明,Ce污染胁迫可抑制水稻根表铁膜的形成,根表铁膜吸附的Ce量随着溶液中Ce浓度的提高而增加。根表铁膜形成可降低水稻根系但提高水稻茎叶对Ce的吸收积累。当溶液中Ce浓度为0.1、0.5和1.0 mmol·L~(-1)时,铁膜诱导组水稻根系Ce含量分别比非诱导组水稻根系Ce含量降低38.60%、45.94%和32.75%,诱导组水稻茎叶Ce含量分别比非诱导组水稻茎叶Ce含量提高42.37%、28.87%和22.62%。根表铁膜形成可影响Ce在水稻植株中的富集和转运能力。非诱导组水稻根系富集Ce的能力远大于茎叶。诱导组水稻根系对Ce的富集能力最强,其次是根表铁膜,最后是水稻茎叶。诱导组水稻根系Ce转运系数显著大于非诱导组的根系,说明根表铁膜形成可促进水稻根部Ce向茎叶中转运。可见,根表铁膜对水稻吸收转运稀土元素的影响机理比较复杂。