马尾松感知异质低磷胁迫的根构型与磷效率研究

鉴于森林土壤有效磷低且呈高度异质分布，严重影响我国人工林的生产力，申请项目以重要造林树种马尾松为试材，构建先进适用的根构型实验模型，研究其感知异质低磷胁迫的根构型适应反应特征及基因型差异，揭示马尾松通过根构型的适应性变化促进磷素的吸收和生物量形成并提高磷效率的机制；研究低磷胁迫下根系内源激素的含量、分布特征及对根构型和磷效率的调控，初步揭示马尾松根构型适应反应和磷效率的生理学基础，同时揭示光照、竞争、菌根共生等环境因子对马尾松根构型适应性变化及磷效率的影响。通过项目研究，将为发掘和利用马尾松根构型感知异质低磷胁迫的遗传潜力、选育和推广具有理想根构型和高磷效率的马尾松优良基因型提供理论依据和指导，并有助于提出以促进磷素利用效率为目标的配套营林措施，实现人工林的持续高产经营。同时，项目还有望以根构型性状的研究和改良为突破口，推动和拓宽我国林木营养遗传改良研究，提高林木对土壤养分的生物利用效率。

我国南方森林酸性红壤中有效磷匮乏严重。然而当前林木的磷效率遗传改良，几乎都以土壤养分呈均质分布为前提开展，却忽视了森林土壤养分呈高度异质性分布的普遍现状。鉴于此现状，本论文选取马尾松为实验材料，揭示了马尾松基因型适应不同类型低磷胁迫的生物学机制，以期为选育和推广马尾松磷高效基因型提供理论依据和指导。主要研究结果如下：. 1. 不同类型低磷胁迫下马尾松家系的根构型和磷效率变异. 在同质低磷胁迫下，高磷效率马尾松可通过整体根系的增生发育产生较为发达的根系，促进植株的P营养吸收。在异质低磷胁迫下，根构型的适应性变化是决定马尾松磷效率家系变异的重要生物学基础，磷高效家系将通过根系空间构型变浅使根系在表层富磷介质显著增生，从而增加其磷素吸收效率和干物质生产能力，形成较高的磷效率。与磷利用效率相比，磷素吸收效率对于马尾松家系磷效率的贡献较大。不同类型的低磷胁迫环境和马尾松家系存在显著的互作效应，因而应有针对性地为不同马尾松主产区选育和推广理磷高效基因型。.2 . 低磷胁迫下马尾松不同种源的根构型和磷效率研究. 与家系水平的变异相比，马尾松在种源水平的营养性状变异更大，因此在种源上进行磷效率改良的潜力较大。在磷高效的广东信宜马尾松种源内部，各家系之间也存在显著的磷效率遗传差异，证实了在马尾松优良种源内部进一步发掘并充分利用磷效率的家系变异，选育磷高效优良家系具有较大的潜力和可行性。通过苗期磷效率指标，能较好地预测大田生长条件下马尾松的树高等生长性状。.3. 重要环境因子（大气氮沉降、竞争、光照）对马尾松根构型及磷效率的影响. 在大气氮沉降增加背景下，氮素和磷素存在显著的交互作用：在磷素极度匮乏的同质低磷胁迫下，马尾松根系对根际氮素不敏感。而在土壤表层磷素相对富集的异质低磷胁迫下，马尾松对氮素较为敏感，根际氮素可作为信号因子促进根系形态的发育，提升马尾松磷素营养效率。种间竞争对马尾松和木荷根构型及磷效率的影响模式，与其所处的磷素养分环境有关，在异质低磷胁迫环境下，马尾松根系保持了在富磷表层介质的较高分配比例，因而保持了较高磷效率和与相对木荷的竞争优势。马尾松对光照条件的依赖与磷素养分环境有关，在低磷胁迫下马尾松对光照的依赖程度更高，遮阳对马尾松磷效率的降低幅度更大。在磷素匮乏的立地上，保持充分的光照将利于提高马尾松的磷效率。