不同磷效率杉木对异质磷斑块胁迫的根系可塑性研究

根据植物营养遗传学、根系生物学和胁迫植物学的原理和方法，以不同磷效率杉木无性系为试验材料，利用改进设计的异质磷斑块控释砂培模拟装置，构建异质和同质磷胁迫环境，通过根系图像分析系统和根系生理学过程测定方法，定量测定不同磷效率杉木在异质磷斑块胁迫下根系的形态学和生理学可塑性，比较不同磷效率杉木通过根构型拓展和生理生化过程的改变来寻觅环境磷养分斑块能力的差异，探讨不同磷效率杉木根构型与磷效率的相互关系，揭示不同磷效率杉木感受土壤介质磷有效性的内在机制及其对根系觅磷行为的调控途径,筛选出根系觅磷效率高、应对土壤异质性能力强的杉木基因型，揭示杉木耐低磷性状的生态遗传，丰富林木营养遗传学、根系生物学、胁迫植物学等学科的理论和方法，有望成为新学科生长点。该研究对于从机理水平上调控杉木根系对南方土壤潜在难溶性磷的利用途径，缓解杉木人工林连栽生产力下降具有重要理论和实践意义。

土壤异质营养环境在自然界普遍存在，植物对土壤有效性资源的空间异质性反应及其觅食机制研究是近年来生态学研究的热点之一。本项目根据植物营养遗传学、根系生物学和胁迫植物学的原理和方法，在课题组前期研究筛选出的12个不同磷效率杉木基因型的基础上，以不同磷效率杉木无性系为试验材料，利用异质磷斑块控释砂培模拟装置，构建异质和同质磷胁迫环境，通过根系图像分析系统和根系生理学过程测定方法，测定了不同磷效率杉木在异质磷斑块胁迫下根系的形态学和生理学可塑性，比较不同磷效率杉木通过根构型拓展和生理生化过程的改变来寻觅环境磷养分斑块能力的差异，发现了杉木通过根构型拓展和生理生化过程的改变来寻觅环境磷养分斑块的内在机制。研究认为杉木对根系觅磷行为的调控策略为：杉木从生长介质中吸取P素后，在体内不同器官形成了一定的分配格局。当体内P亏缺影响到杉木生命正常活动时，耐低磷杉木首先启动体内的响应机制，打破P素在体内分布格局的平衡，促进P素在不同器官中的转移，以提高P素的循环利用效率。随着磷胁迫的加重，杉木地上部分养分向地下部分转移现象明显，根冠比明显增大，叶绿素总量、叶片可溶性蛋白和APA活性均表现出先升高后降低的趋势，根系分泌的酸性物质数量增多，这样杉木一方面提高体内已有P素的利用效率，一方面增强根系的觅养及活化吸收难溶性磷的能力，以维持植株正常生长需要。该研究结果丰富了林木营养遗传学、根系生物学、胁迫植物学等学科，对于从机理水平上调控杉木根系对南方土壤潜在难溶性磷的利用途径，缓解杉木人工林连栽生产力下降具有重要意义，将为杉木人工林持续高产提供一个新的突破口。项目发表了7篇标注国家自然基金资助论文，其中SCI论文收录2篇，投稿了2篇研究论文，已申请专利3项，其中授权2项，培养了1位博士研究生和4位硕士研究生。