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马尾松对低磷胁迫的适应机制和磷效率研究

谢钰容  
【摘要】:土壤虽有巨大的潜在磷库,但有效磷含量却很低,培育能有效利用土壤磷素的林木优良基因型,可从根本上解决土壤有效磷的“遗传学缺乏”。本文在马尾松营养遗传已有研究的基础上,选择浙江淳安、福建武平、江西崇义、广东信宜和广西岑溪等5个对磷肥反应存在显著差异的马尾松种源和来自浙江淳安姥山林场的9个马尾松家系为供试材料,设计低磷(P0)、中磷(P1)和高磷(P2)三种供磷水平的水培和土培试验,研究了马尾松的生长、磷素吸收动力学参数、根系分泌物的种类和数量、酸性磷酸酶(APase)活性、根系形态特征和磷素效率等在种源间和家系间的差异,初步阐明了马尾松对低磷胁迫的适应性机制和磷效率遗传机理,确定了磷效率的特异性指标。 土培和水培试验表明,随着介质磷素浓度升高,马尾松的生长(苗高、地径和生物量)增加,磷素的吸收总量和Km、Cmin增加,Imax和根冠比下降。但是对磷素增加的反应存在种源和家系差异:马尾松浙江淳安、江西崇义、广西岑溪种源和家系3、8的生长对磷素增加反应敏感,随着土壤供磷能力的提高它们获得较大的生长增益,是理想的磷素营养高效型;福建武平、广东信宜两种源和家系5、6、7对磷素敏感性较低。 磷素胁迫促进马尾松根系有机酸(草酸、乙酸、苹果酸)的分泌大量增加,刺激马尾松根系APase向根际的分泌,植株体内的APase活性显著加强,但其变化因种源而异;马尾松根系还分泌少量组氨酸、脯氨酸、胱氨酸(半胱氨酸)、酪氨酸和缬氨酸等。 在低磷胁迫环境,福建武平、广东信宜种源的磷素吸收增长率最大,具有相对较小的Km、Cmin,较大的Imax、分泌性APase和体内的APase活性,它们分泌的有机酸量也最多,结合它们最大的苗高和生物量,表明对低磷胁迫具有较强的适应性,初步认为是耐低磷的优良基因型。在低磷下家系5、6和7的苗高和生物量远远大于其他参试家系,表明这3个家系也具有很强的适应低磷逆境的能力。 根系形态参数变化和干物质分配研究表明,低磷下马尾松侧根数、侧根长、根体积和总须根数差异达到显著或极显著水平,但没有发现主根长和平 WP=9 均侧根长的显著差异。根系形态与生长的相关分析表明,苗高、地径和生物量累积与根体积、根冠比、侧根长、总须根数和侧根数均呈显著正相关,但是与主根长度和根冠比没有明显的相关关系。 分析马尾松的生长与根系形态、磷素效率特异性指标关系,初步认为磷素吸收效率、利用效率、根体积、侧根长度、侧根数目、须根密度、须根总数、酸性磷酸酶活性、根系有机酸分泌物和磷素吸收动力学参数等能较好地表征低磷或缺磷逆境下马尾松的生长情况,可以作为磷素缺乏环境马尾松磷效率的特异性指标。 马尾松磷效率遗传学的研究表明,磷效率、磷素吸收效率、磷素利用效率等特异性指标和苗高、地径、生物量等都具有较高的家系遗传力(Hp 0.6533~0.9331),表明选择优良耐低磷和磷高效家系培育和发展人工林是有效的、可行的。


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