不同馬尾松家系對(duì)酸性土壤磷脅迫的適應(yīng)機(jī)制研究.pdf

1、磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需元素，是許多生物分子(核酸，磷脂，磷酸糖，催化輔酶)的結(jié)構(gòu)組成物質(zhì)，在細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、物質(zhì)代謝及酶活性調(diào)節(jié)等方面均起著極為重要作用。但土壤中可利用磷的含量卻很少能滿足植物的需求，目前世界絕大部分土壤均嚴(yán)重缺磷，我國(guó)缺磷土壤面積約有6.72×107h㎡，特別是我國(guó)南方大面積的紅壤分布區(qū)，高溫多雨，土壤風(fēng)化強(qiáng)烈，強(qiáng)烈的淋溶作用使土壤成酸性，富鋁化作用明顯，對(duì)土壤磷的固定作用強(qiáng)。然而在磷脅迫環(huán)境下生長(zhǎng)的植物通過長(zhǎng)期的適應(yīng)，形

2、成了一系列適應(yīng)磷脅迫的反應(yīng)，如調(diào)整根生長(zhǎng)模式以增加磷的吸收，溢泌低分子量有機(jī)酸螯合解毒鋁離子并增加磷可利用性等，這為進(jìn)行磷高效利用植物的篩選提供了可能。 馬尾松是我國(guó)南方重要的鄉(xiāng)土造林樹種，具有速生、耐瘠薄、適應(yīng)性強(qiáng)、纖維優(yōu)良等特性，是林產(chǎn)工業(yè)和造紙工業(yè)的重要原料。馬尾松分布遍及南方15個(gè)省(區(qū))，分布區(qū)內(nèi)地理環(huán)境存在極大差異。在長(zhǎng)期的自然選擇和生殖隔離下，馬尾松存在著豐富的種內(nèi)遺傳變異，特別是對(duì)南方低磷土壤環(huán)境表現(xiàn)出很強(qiáng)的適應(yīng)

3、能力。因此進(jìn)行南方磷高效利用馬尾松基因型的篩選及其適應(yīng)土壤磷脅迫的生理生態(tài)學(xué)機(jī)制是提高馬尾松產(chǎn)量的有效途徑，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。有鑒于此，本文根據(jù)植物營(yíng)養(yǎng)遺傳學(xué)、根系生物學(xué)和脅迫植物學(xué)的原理和方法，以福建漳平五一國(guó)有林場(chǎng)從全國(guó)各地收集的11個(gè)馬尾松優(yōu)良半同胞家系為研究對(duì)象，通過構(gòu)建均一性施加Al-P和Fe-P磷脅迫砂培模擬試驗(yàn)，測(cè)定不同馬尾松家系在磷脅迫下生理學(xué)過程和根系分泌物指標(biāo)，分析不同馬尾松家系應(yīng)對(duì)酸性土壤磷脅迫的形態(tài)學(xué)

4、和生理學(xué)過程的差異，比較馬尾松在酸性土壤基質(zhì)下活化利用難溶性磷源的能力，探討馬尾松對(duì)酸性土壤磷脅迫的適應(yīng)機(jī)制；同時(shí)對(duì)不同馬尾松家系的磷吸收利用效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，據(jù)此篩選耐低磷土壤的馬尾松優(yōu)良家系，為從機(jī)理水平上揭示馬尾松對(duì)南方土壤潛在難溶性磷的利用途徑提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下： 1.在磷脅迫條件下不同馬尾松家系的細(xì)胞抗氧化能力和酶活性存在顯著差異。335號(hào)、474號(hào)和388號(hào)馬尾松家系在磷脅迫條件下的脯氨酸含量較高，其維持細(xì)胞

5、壓力勢(shì)和保持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的能力較強(qiáng)。2號(hào)家系丙二醛含量較高，脯氨酸含量和CAT活性較低，表明該家系在磷脅迫條件下細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的受損程度較深，在逆境下的活性氧清除能力較弱。335號(hào)、568號(hào)、242號(hào)和658號(hào)家系的CAT活性整體上較高，對(duì)H2O2的清除能力強(qiáng)，抗氧化性強(qiáng)。 2.在磷脅迫條件下馬尾松通過提高根系和針葉的APase活性，進(jìn)一步活化吸收根際有機(jī)磷，并多次重復(fù)利用植株體內(nèi)有限磷素。本研究中，P0處理?xiàng)l件下587號(hào)、474

6、號(hào)和388號(hào)家系針葉的APase活性較高，568號(hào)、326號(hào)、659號(hào)和388號(hào)家系根系的APase活性較高。馬尾松針葉的APase活性顯著高于根系的APase活性，施加難溶性磷處理的馬尾松針葉APase活性高于P0處理，根系A(chǔ)Pase活性則隨難溶性磷的施入而降低。 3.在土壤磷脅迫條件下，馬尾松幼苗的可溶性蛋白含量隨難溶性磷的施入量而發(fā)生變化。相對(duì)于P0處理，施入低量難溶性磷的P5處理提高了馬尾松幼苗的可溶性蛋白含量，有利于其

7、體內(nèi)蛋白質(zhì)合成；而在P20處理下，由于酸性基質(zhì)中增加的大量鋁離子對(duì)植物細(xì)胞代謝的抑制作用，馬尾松各家系根據(jù)自身的抗逆能力出現(xiàn)或增或減的可溶性蛋白含量變化。 4.馬尾松根系分泌物對(duì)土壤難溶性Al-P和Fe-P具有顯著的活化作用。施入難溶性磷后，不同馬尾松家系均能吸收大量的磷，使體內(nèi)磷的積累量顯著增加。施入難溶性磷后馬尾松分泌出更多有機(jī)酸陰離子，使根際pH值上升，鈍化毒性Al3+離子，改善了根際磷的有效性。474號(hào)和568號(hào)家系根分

8、泌的有機(jī)酸總量最高，且其根分泌物對(duì)磷的活化量較大。 5.綜合各指標(biāo)評(píng)價(jià)，馬尾松474號(hào)家系具有較高的細(xì)胞抗氧化代謝活性，且磷利用效率較高，因此是較理想的耐低磷遺傳種源。2號(hào)和242號(hào)家系的磷素利用效率也較高，但其細(xì)胞抗氧化能力較弱，對(duì)土壤的鋁濃度較為敏感。335號(hào)、568號(hào)和658號(hào)家系對(duì)施入的難溶性磷利用效率變化較平穩(wěn)，可能與這三個(gè)家系的細(xì)胞均具有較強(qiáng)的活性氧清除能力有關(guān)，因此這三個(gè)家系也是適于南方貧瘠紅壤上生長(zhǎng)的馬尾松理想家