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磷提高荞麦耐铝性的作用和机理研究

朱美红  
【摘要】: 铝毒是制约酸性土壤上作物生产的主要因素之一。全球酸性土壤面积日趋扩大,如何寻求一条经济、简便且有效的缓解植物铝毒的途径以及提高植物的耐铝性已成为植物逆境生物学的研究热点之一。本论文采用耐铝性明显差异的荞麦基因型为材料,通过水培实验,从生理水平研究磷、铝交替处理下荞麦光合生理的变化,细胞水平研究磷、铝交替处理对荞麦根系细胞壁多糖组分以及PME、APA活性变化及其对荞麦耐铝性的影响,并结合土培实验,研究磷铝互作对荞麦元素吸收、运输以及根际铝形态变化、土壤酶活性等的影响,研究磷铝交互作用对不同耐铝性基因型荞麦耐铝性的影响,初步探明磷在荞麦耐铝性中的作用及机理。结果概述如下: (1)荞麦光合系统变化的研究结果表明,200μmol·L~(-1)铝胁迫下,两品种荞麦的叶面积减小,叶绿素a(Chl a)、总叶绿素(Chl T)含量降低,最大荧光(Fm)和电子传递速率(ETR)下降,内蒙荞麦叶片初始荧光(Fo)显著升高,PSⅡ(PhotosystemⅡ)最大光化学效率(Fv/Fm)降低,江西荞麦Fo和Fv/Fm变化均不显著。磷、铝交替处理下,两品种荞麦的Chl a和Chl T含量较单铝处理组显著升高,Fv/Fm值略上升,Fo值降低,其中内蒙荞麦Fo下降显著,两品种荞麦叶片的Fm和ETR值有不同程度上升。说明磷处理能部分削弱铝毒对光合作用的光抑制和对光合机构的损伤,有利于植株光合作用的进行。 (2)通过土培法研究磷铝互作下荞麦生长和Al、P等元素吸收、运输的变化。结果表明,铝胁迫下,0.2 g·kg~(-1)的磷能有效缓解铝毒对荞麦根长的抑制。培养30d后,0.4 g·kg~(-1)磷处理能显著降低铝在荞麦根系和地上部的积累。铝胁迫下加磷可影响荞麦体内Ca、Mg、Mn、Zn的吸收,0.4 g·kg~(-1)铝配施0.4 g·kg~(-1)磷处理对荞麦根系Ca、Mg吸收最有利,内蒙荞麦根系Mg的含量比不加磷组提高了76.8%,但显著阻碍了铝胁迫下荞麦体内Ca的向上运输。铝胁迫下配施磷促进荞麦根系对Zn的吸收和运输。施磷能有效缓解铝毒对荞麦生长的抑制,降低根系和地上部铝含量,有利于Ca、Mg、Mn、Zn的吸收和Mg、Zn的运输。 (3)土培法研究铝胁迫下磷对荞麦生长和根际土壤铝形态、土壤酶活性的影响。结果表明,0.4 g·kg~(-1)铝配施0.2 g·kg~(-1)磷的内蒙和江西荞麦根系生物量分别比不施磷组增加了67.9%和21.2%,磷能显著缓解铝对荞麦根系生长的抑制,提高根系生物量和根冠比。磷铝互作下土壤的交换态铝含量显著降低,毒性较小的吸附态羟基铝和络合态铝含量显著增加。磷铝互作下根际土壤酶活性变化复杂,同一铝浓度下,过氧化氢酶活性与磷浓度呈正相关,而脲酶活性则相反,0.2 g·kg~(-1)磷浓度对铝胁迫下荞麦根际土壤转化酶活性最有利。说明施磷可降低铝胁迫土壤的交换态铝含量,减少根际土壤铝毒性,提高土壤过氧化氢酶活性,降低铝毒对植株生长的抑制作用,减轻植株铝毒害。 (4)铝主要集中在荞麦根尖细胞壁上。磷、铝交替处理后,荞麦的根尖铝含量和根细胞液单核铝含量随磷浓度升高显著降低,1.0 mmol·L~(-1)磷处理下,内蒙荞麦和江西荞麦的根尖铝含量分别比单铝胁迫组少了89.0%和83.9%,单核铝含量分别比单铝胁迫组降低了63.3%和96.0%。磷处理减少了铝在根尖的积累,进入根细胞液的单核铝减少,1.0 mmol·L~(-1)磷处理下,内蒙荞麦和江西荞麦的相对根长分别比单铝胁迫组增加了69.2%和24.4%,根伸长受抑程度减弱。 (5)磷、铝交替处理显著降低两品种荞麦的根系细胞壁多糖组分含量和根尖PME活性。1.0 mmol·L~(-1)磷处理下,内蒙和江西荞麦的果胶含量比单铝胁迫组分别下降了67.5%和46.0%,PME活性仅为单铝胁迫组的75.8%和48.5%。说明磷、铝交替处理能有效降低根细胞壁的果胶含量和PME活性,减少与铝结合的羧基位点进而减少铝在细胞壁的吸附,有利于根系伸长。 (6)铝胁迫下,荞麦根系能释放更多的Pi会结合铝以降低铝的毒性,尤其以耐性品种江西荞麦更为明显。供磷处理对铝胁迫下根系APA活性的影响不大,江西荞麦根系的APA活性变化较小、表现稳定且明显高于内蒙荞麦,表明APA活性提高是耐铝荞麦对铝毒的一种适应性反应。


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