两种苜蓿对低磷胁迫的响应和生理适应机制

【摘要】：土壤有效磷低是限制植物生长的主要因素之一。植物在长期的进化过程中,形成了多种适应低磷胁迫的策略,主要包括根系形态改变,根系分泌有机酸、质子和酸性磷酸酶,以及磷转运蛋白活性的增加。苜蓿为喜磷植物,土壤有效磷缺乏是制约我国许多地区苜蓿生产的重要因素。黄花苜蓿作为我国重要的优良豆科牧草,具有耐低温、干旱和盐碱的特性,但黄花苜蓿对低磷胁迫响应和适应特征尚未见报道。本论文以我国北方的重要豆科牧草黄花苜蓿和豆科模式植物蒺藜苜蓿为实验材料,采用砂培和营养液培养方法,对比了两种苜蓿对低磷胁迫的适应策略。已有研究报道“胁迫激素”乙烯与低磷胁迫密切相关。因此,本研究进一步探讨了乙烯在低磷胁迫诱导根系有机酸分泌中的作用。主要研究结果如下: 1.黄花苜蓿和蒺藜苜蓿对低磷胁迫的适应策略不同。低磷胁迫下,黄花苜蓿主要通过根系大量分泌柠檬酸和增强根际酸化能力,活化根际难溶态磷来提高对磷的吸收。由于根系有机酸的大量分泌,使碳水化合物流失,所以用于根系生长的同化物减少,导致黄花苜蓿根系生长受抑制;由于蒺藜苜蓿根系分泌柠檬酸的能力相对较弱,分配到地下部的同化物主要用于根系生长,维持较大的磷吸收面积,从而有利于其适应低磷胁迫。 2.低磷处理诱导蒺藜苜蓿根系合成大量乙烯。乙烯合成前体ACC显著增加了蒺藜苜蓿根系柠檬酸分泌。但乙烯合成抑制剂(AVG和CoCl2)不能抑制低磷诱导的柠檬酸分泌增加。乙烯不敏感突变体sickle在低磷处理下根系分泌柠檬酸量显著增加,这与蒺藜苜蓿野生型的表现相同。这些结果表明,乙烯可能与蒺藜苜蓿对低磷胁迫的响应存在某种关系,但乙烯并未直接参与低磷诱导苜蓿根系分泌柠檬酸的过程。