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《华中农业大学》 2003年
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不同耐铝性玉米自交系根系特性的研究

李德华  
【摘要】: 本研究以9个对酸性土壤反应不同的玉米自交系以及它们的部分杂交、回交世代为材料,采用营养液培养、根箱分室土培等方法,研究了玉米自交系的根系形态解剖特征、根系分泌物、根系活力等生理特性以及根际养分状况,分析了玉米耐铝性的遗传特点。主要试验结果如下: 1.玉米自交系在含铝营养液中的耐铝性评价结果与酸性土壤上的耐性筛选结果基本一致。供试自交系种子根相对伸长率与植株相对生物量具有很好的相关关系,是一快速简便、准确可靠的耐铝性鉴定指标。两个耐铝性不同的典型玉米自交系根系形态和解剖特征具有明显差异。 2.研究改进了根系分泌有机酸的前处理及HPLC检测方法。首次将DEAE纤维素层析柱直接用于根系分泌物中有机酸的富集浓缩,并与旋转蒸发浓缩的回收率进行了比较。结果表明,DEAE纤维素柱层析具有较高的回收率,可直接用于根系分泌物中有机酸的富集浓缩,特别适用于大批量样品的前处理。比较了几种RP-HPLC检测有机酸的方法。完善了根系分泌中7种有机酸的RP-HPLC检测方法。 3.对两个不同铝耐性玉米典型自交系在含铝完全营养液中根系有机酸的分泌特征进行了比较研究。首次证实,玉米耐铝基因型可大量分泌苹果酸,并在一较长的时间段内研究了有机酸分泌的动态变化。结果表明,自交系根系有机酸分泌量随铝处理时间而异,多以苹果酸为主。铝胁迫可显著增加耐铝自交系Z01苹果酸分泌量,铝处理3天后苹果酸相对分泌量达到高峰。 首次对铝胁迫下玉米苹果酸分泌与苹果酸脱氢酶活性的关系进行了比较研究。结果表明,铝胁迫下,典型耐铝自交系Z01根系NADP-苹果酸脱氢酶活性和根系内苹果酸含量显著增加,苹果酸含量与分泌量协同变化,呈现正相关趋势。在含铝的CaCl_2生长液中,铝胁迫同样可显著增加耐铝自交系Z01苹果酸分泌量。初步证明,增加根系苹果酸分泌量是玉米耐铝基因型Z01适应酸性土壤铝胁迫的生理特性之一,而分泌的苹果酸可能是在根系中通过PEP→OAA→Malate途径合成。 研究了不同耐铝性玉米自交系根系分泌有机酸的种类和数量以及根系有机酸含量。结果表明,各自交系在根系有机酸分泌上具有基因型差异。根系分泌物中可检出苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、乙酸、马来酸等,其中以琥珀酸和苹果酸较为常见。根系中有机酸总量与自交系耐铝性之间未见平行关系。 耐铝性不同的两典型玉米自交系根系可溶性糖分泌量在铝处理后3天具明显差异,耐铝自交系显著高于敏感自交系,但处理后15天二者均恢复到对照水平;铝处 华中农业大学博士学位论文 理可增加根系总碳分泌量,但2自交系间无显著差异。在对照情况下,2自交系伤 流液中有机酸成分均为柠檬酸,而铝胁迫下耐铝自交系伤流液中可检出大量墟拍酸。 4.不同耐铝性玉米自交系在营养特性上存在差异。耐铝自交系根系对c扩+、 M广的平均吸收速率与对照相同或略有提高,而多数敏感自交系显著下降。铝处理 后,各自交系对P的吸收能力均呈下降趋势,但铝敏感自交系降幅相对较大。各自 交系对K的吸收表现不一,与自交系耐铝性似无明显关系。 铝处理后,自交系根系和地上部铝含量均显著高于对照,且随铝处理浓度增加 而增加,铝敏感自交系根系铝含量增幅较大。植株吸收的铝主要集中在根系部位。 自交系地上部相对铝含量与耐铝性未见平行关系。铝处理可使多数自交系根系钙、 镁含量降低,但耐铝自交系201和207与对照无显著差异。铝处理后,地上部钙含 量均高于根系,各自交系间无显著差异。铝处理可显著降低耐铝自交系201根系镁 含量,但地上部相对镁含量高于敏感自交系202。铝处理下,多数自交系根系钾含 量有所降低,但与自交系耐铝性未见一致性关系。 5.耐铝自交系根系活跃吸收面积,尤其是根系活跃吸收面积占总吸收面积的比 例相对较高。铝胁迫可提高耐铝自交系根系还原力,而铝敏感自交系TTC还原强度 则显著下降。结果表明,自交系根系竹C相对还原强度与耐铝性具有很好的一致性。 铝胁迫可维持或略提高铝自交系根系氧化力,而敏感自交系根系氧化力则有所下降, 说明耐铝自交系在铝胁迫下仍可维持较高的呼吸代谢活性。 6.两种不同pH土壤及两个不同耐铝性玉米典型自交系根际Al、P、ca等元素的 含量和分布不同,但K的含量和分布基本相似。酸性土壤根表附近(0一1。m)土壤 Al含量明显高于远根际区域。耐铝自交系201根际土壤铝的含量显著高于铝敏感自 交系,对铝具较强的排斥能力。中性土壤上两自交系距根表0一4。m区域为一典型的 P耗竭区,酸性土壤上P耗竭区相对较小,在距根表O一2.5 cm范围。酸性土壤上耐 铝自交系201距根系1一2.5 cm区域P含量较高,对P的活化能力相对较强。酸性土 壤根系附近Ca含量显著低于中性土壤。在酸性土壤上,耐铝自交系201根系对Ca、 Mg的吸收能力相对较强,在根系O一2.5 cm区域形成一明显的ca耗竭区。而敏感自 交系202在根系O一2.5 cm区域Ca的含量变化不大。 7.根系相对生物量具有较高的的遗传变异,其广义遗传力高达78.6%。但其狭义 遗传力仅为15.4%,说明其遗传方式以显性效应为主。相反,地上部相对生
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:S513

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