不同馬尾松家系對酸性土壤磷脅迫的適應(yīng)機制研究.pdf

1、磷是植物生長發(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重缺磷，我國缺磷土壤面積約有6.72×107h㎡，特別是我國南方大面積的紅壤分布區(qū)，高溫多雨，土壤風(fēng)化強烈，強烈的淋溶作用使土壤成酸性，富鋁化作用明顯，對土壤磷的固定作用強。然而在磷脅迫環(huán)境下生長的植物通過長期的適應(yīng)，形

2、成了一系列適應(yīng)磷脅迫的反應(yīng)，如調(diào)整根生長模式以增加磷的吸收，溢泌低分子量有機酸螯合解毒鋁離子并增加磷可利用性等，這為進行磷高效利用植物的篩選提供了可能。 馬尾松是我國南方重要的鄉(xiāng)土造林樹種，具有速生、耐瘠薄、適應(yīng)性強、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個省(區(qū))，分布區(qū)內(nèi)地理環(huán)境存在極大差異。在長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，特別是對南方低磷土壤環(huán)境表現(xiàn)出很強的適應(yīng)

3、能力。因此進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)用價值。有鑒于此，本文根據(jù)植物營養(yǎng)遺傳學(xué)、根系生物學(xué)和脅迫植物學(xué)的原理和方法，以福建漳平五一國有林場從全國各地收集的11個馬尾松優(yōu)良半同胞家系為研究對象，通過構(gòu)建均一性施加Al-P和Fe-P磷脅迫砂培模擬試驗，測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，探討馬尾松對酸性土壤磷脅迫的適應(yīng)機制；同時對不同馬尾松家系的磷吸收利用效率進行評價，據(jù)此篩選耐低磷土壤的馬尾松優(yōu)良家系，為從機理水平上揭示馬尾松對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胞抗氧化能力和酶活性存在顯著差異。335號、474號和388號馬尾松家系在磷脅迫條件下的脯氨酸含量較高，其維持細胞

5、壓力勢和保持細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的能力較強。2號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、568號、242號和658號家系的CAT活性整體上較高，對H2O2的清除能力強，抗氧化性強。 2.在磷脅迫條件下馬尾松通過提高根系和針葉的APase活性，進一步活化吸收根際有機磷，并多次重復(fù)利用植株體內(nèi)有限磷素。本研究中，P0處理條件下587號、474

6、號和388號家系針葉的APase活性較高，568號、326號、659號和388號家系根系的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植物細胞代謝的抑制作用，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號和568號家系根分

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