類蘆對異質(zhì)供磷的生理生態(tài)響應(yīng)機(jī)制研究.pdf

1、磷是植物必需營養(yǎng)元素之一,參與了植物體內(nèi)許多生物分子的合成,在物質(zhì)新陳代謝及調(diào)節(jié)酶活性等方面均起著極其重要作用。我國南方土壤全磷含量豐富,但由于土壤對磷的強(qiáng)烈化學(xué)固定作用,使得土壤有效磷極度缺乏,植物僅能利用以正磷酸鹽(H2PO4-和HPO42-)形式存在的有效態(tài)磷,僅占土壤全磷的1／600-1／100。在目前技術(shù)條件下植物對土壤全磷的利用效率僅為10—25％,無法滿足植物對正常生長的需求。由于土壤養(yǎng)分無論在空間還是時間上均為異質(zhì)分布的

2、,其中磷的分布較其他離子更為特殊,磷會與土壤表面的Al3+、Fe3+、Ca2+等離子強(qiáng)烈結(jié)合,形成難溶的絡(luò)合物,因此磷在土壤中表現(xiàn)出的異質(zhì)性更為突出,更易在土壤中形成斑塊分布。植物在長期的進(jìn)化過程中,對土壤養(yǎng)分的異質(zhì)分布形成了一定的覓食行為,因此如何挖掘植物對土壤異質(zhì)磷斑塊的利用途徑已成為當(dāng)前植物學(xué)界亟待解決的重大課題。
　　 類蘆是南方水土流失區(qū)優(yōu)良的水土保持草種,能快速地恢復(fù)裸露山體,快速入侵崩崗水土流失區(qū),成為優(yōu)勢種群。類

3、蘆不僅能在生境條件極其惡劣的條件下生存,而且枝繁葉茂,能形成強(qiáng)大的根網(wǎng),固土護(hù)坡效果極為顯著。目前國內(nèi)對類蘆的研究主要集中在其對水土流失的治理、種子保育、重金屬耐性機(jī)制等方面,類蘆能在養(yǎng)分缺乏的立地表現(xiàn)出旺盛的生長能力,是類蘆長期適應(yīng)其惡劣生存環(huán)境的結(jié)果,是長期進(jìn)化過程中形成的特殊適應(yīng)性,存在著特殊的生態(tài)學(xué)意義,可能存在獨(dú)特的覓尋環(huán)境養(yǎng)分能力,但目前國內(nèi)對類蘆適應(yīng)異質(zhì)性養(yǎng)分的內(nèi)在機(jī)制還了解得很少。
　　 有鑒于此,本文根據(jù)植物根

4、系生物學(xué)和脅迫植物學(xué)的原理和方法,在導(dǎo)師課題組前期研究基礎(chǔ)上,以南方地區(qū)廣泛分布的類蘆幼苗為研究對象,通過構(gòu)建垂直和水平異質(zhì)供磷的砂培模擬試驗,研究在異質(zhì)供磷條件下類蘆根系的形態(tài)學(xué)和生理學(xué)特征的變化規(guī)律,分析類蘆在異質(zhì)供磷和同質(zhì)供磷環(huán)境下形態(tài)學(xué)和生理學(xué)特征的差異,探討類蘆對土壤異質(zhì)分布磷的覓食行為,比較類蘆在不同異質(zhì)供磷條件下根系的磷利用效率,從機(jī)理水平上揭示類蘆對異質(zhì)供磷脅迫的適應(yīng)機(jī)制,為揭示類蘆在低磷環(huán)境中高效利用土壤磷的內(nèi)在機(jī)制提

5、供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.不同垂直供P處理顯著影響類蘆的根系形態(tài)參數(shù)(根系總長、根系總表面積、根系總體積),但對地上部分干重和根系總干重的影響不顯著。在表層供P量較高處理中,類蘆根系形態(tài)參數(shù)均較其他處理高；在不同垂直供P處理中,三個根層的根系形態(tài)分布與P濃度無關(guān),生物量與根系形態(tài)參數(shù)的變化相似。7個供磷處理的根長、根表面積、根體積和生物量在三層的分布數(shù)量均表現(xiàn)出高、低、高的變化趨勢,但對不同垂直供P處理下同一根層

6、的根系形態(tài)參數(shù)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn):表層供P較高處理在三個根層的形態(tài)參數(shù)均大于表層供P低的處理。根冠比的變化也與不同處理表層供P量的變化有關(guān),根冠比隨著表層施P量的增加而減小。
　　 2.在水平供P處理條件下,異質(zhì)供P處理類蘆根系形態(tài)參數(shù)大于相應(yīng)的同質(zhì)處理,地上部分干重隨供P量的升高而增加,與兩側(cè)供P量關(guān)系不大,從總體上看水平異質(zhì)供P處理的地上部分干重大于相應(yīng)的同質(zhì)處理；比較不同水平異質(zhì)供P處理分室根系形態(tài)參數(shù)時發(fā)現(xiàn):在相對較高P濃度分

7、室中。兩分室基質(zhì)P濃度差越大,類蘆根系增生程度越強(qiáng)烈；在不同水平同質(zhì)供P處理中,兩側(cè)根系的根長、根表面積、根平均直徑、根體積差異不顯著。
　　 3.在不同垂直供P處理下,類蘆根系P含量隨表層供P量的增加而提高,類蘆地上部分吸P量的大小也與表層供P量相關(guān),表層供P量最大處理地上部分吸P量最大,表層不供P處理的最小,表層供P量相同的處理間的地上部分P含量差異不顯著。但不同處理下P含量在三層根系的分布較均勻,垂直異質(zhì)供P處理不同層次的

8、根系P含量變化規(guī)律不明顯。
　　 4.類蘆地上部分P含量與不同水平供P處理的供磷量有關(guān),隨供P總量的增加,植株地上部分含P量隨之提高。在水平異質(zhì)供P處理下,類蘆地上部分含P量、根系含P量、PTC的變化與同質(zhì)供P處理一致。異質(zhì)供P處理地上部分吸P量均大于相應(yīng)的同質(zhì)供P處理,而根系含P量卻小于相應(yīng)的同質(zhì)供P處理。
　　 5.在不同垂直供P處理下,葉綠素a與葉綠素b比值隨表層供磷量的增加而減小；類蘆蛋白質(zhì)含量與表層供P量有關(guān),

9、表層供P量大小均可能抑制其蛋白的合成:不同垂直供P處理下類蘆葉片酸性磷酸酶活性存在顯著差異,根系酸性磷酸酶活性與葉片的變化相似,隨著表層供P量的增加呈現(xiàn)波動性遞減趨勢。
　　 6.在不同水平供P處理下,葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量、葉綠素a／b值均未達(dá)顯著水平,但卻表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。在不同水平供P處理下,類蘆葉片的可溶性蛋白含量無明顯的規(guī)律。不同水平供P處理中對照處理的酸性磷酸酶活性最高,同質(zhì)供P處理下類蘆葉片酸性磷酸酶活

10、性隨供P量的增加依次遞減,根系兩側(cè)的酸性磷酸酶活性無明顯差異；在異質(zhì)供P條件下,酸性磷酸酶活性也大致呈逐漸遞減的趨勢,在供P量較高處理中,兩個分室的根系酸性磷酸酶差異不顯著,從總體來看,同質(zhì)供P處理的酸性磷酸酶活性大于相應(yīng)的異質(zhì)供P處理。
　　 7.綜上所述,在垂直異質(zhì)供P處理下,類蘆根系未表現(xiàn)出明顯的覓P行為,其生物量分配、根系形態(tài)參數(shù)與表層供P量呈正相關(guān)關(guān)系。但在水平異質(zhì)供P處理中,類蘆根系卻表現(xiàn)出明顯的增生現(xiàn)象,即根系在高