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油茶低磷适应机理研究

袁军  
【摘要】:油茶是我国特有的重要木本食用油料树种,主要分布在我国南方酸性红壤地区,土壤有效磷低是限制油茶产量提升的主导生态因素之一。本研究以油茶‘华硕’等主栽品种苗木为试材,综合运用分子生物学、植物生理学和根系生物学等学科的相关理论和技术,分别从油茶低磷诱导基因克隆与表达、根系有机酸分泌、光合生理响应以及难溶磷利用等方面,探讨油茶对红壤低磷环境的适应机理,为发掘油茶自身磷高效利用能力、筛选高磷效品种和提高磷肥利用效率提供科学依据和技术基础。主要结果如下: (1)采用Rr-PCR、RACE等技术,从油茶中克隆出高亲和力磷转运蛋白Pht1家族中2个基因,获得1个基因的cDNA片段,命名为CoPhtl:3;获得1个基因的全长cDNA序列,长度为1629bp,编码543个氨基酸,命名为CoPhtl:4;2个成员与其他物种的Phtl所编码的氨基酸同源性均在70%以上;预测显示COPhtl:4有11个确定跨膜域,1个疑似跨膜域,保守选择特征序列GGDYPLSATIMSE位于第4个跨膜域,蛋白由α-螺旋(所占比例为66.97%)、β-折叠和不规则卷曲构成,属于全α型蛋白质,具有高效磷转运蛋白的主要特征。实时定量PCR表明:CoPhtl:3和CoPhtl:4在根系中的表达显著受低磷诱导,而随磷浓度的增加,CoPhtl:3在叶片中的表达显著增加,CoPhtl:4则显著降低。 (2)采用砂培法培养油茶幼苗,溶液法收集根系分泌物,气质联用法和液相色谱法测定根系分泌物和有机酸组分。结果表明:油茶在低磷情况下,树体养分缺乏,树高、地径和干重降低,侧根数量和总长增加,根冠比上升;根系分泌物的主要组分为酯类,主要有机酸为乙酸和琥珀酸;低磷显著诱导APase.柠檬酸、草酸、苹果酸以及甲酸的分泌。磷活化模拟试验表明:油茶根系分泌物对红壤磷、A1-P和Fe-P具有显著的活化能力;柠檬酸对红壤磷的活化作用最强,草酸对Fe-P活化能力最大,柠檬酸、草酸和苹果酸均能有效活化A1-P。 (3)测定并分析不同磷浓度处理下油茶叶片光合色素含量、光合相关酶活性和生理参数。结果表明:低磷抑制了油茶叶绿素的合成,并通过非气孔因素限制净光合速率;随着磷浓度的下降,叶绿素荧光参数Fv/Fm和Yield值明显降低;合适浓度的磷供应对Rubisco活性具有促进作用,而低浓度磷供给促进了PEPC酶活性,缓解了Rubisco活性降低带来的光合能力下降;不同油茶品种光合生理参数受低磷影响具有差异性,油茶‘华硕’表现出更耐低磷的趋势。 (4)通过盆栽试验研究无机难溶磷(Ca-P、Al-P和Fe-P)和有机磷(O-P)对酸性红壤养分、油茶幼苗形态、树体营养水平以及光合生理参数的影响。结果表明:O-P和Ca-P显著提高土壤pH值;Fe-P显著提高土壤全磷含量,而Ca-P和A1-P则显著提高土壤有效磷含量;油茶根际与非根际土壤中的养分含量具有明显差异;Ca-P和A1-P明显提高了苗高、地径和干鲜重,降低根冠比;外源磷显著提高油茶树体的磷含量,并显著影响氮和钾含量;除Fe-P外,其他磷源处理显著提高叶片SPAD值;外源磷的施用明显提高幼苗的净光合速率;Ca-P, Al-P和Fe-P处理提高油茶幼苗Fv/Fm, Fv'/Fm', Yield和qP。 综上所述,油茶在低磷条件下通过启动油茶高亲和力转运系统,促进小分子有机酸等根系分泌物的过量分泌,以及拓展根系等方式来增加磷获取能力,同时启动光合保护系统和减缓地上部生长,从而满足自身的生长发育需要;Pht1基因表达量、荧光参数、有机酸分泌量等是油茶磷胁迫水平的特征量,可以作为高磷效油茶品种选育及磷营养水平诊断指标。


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