玉米对磷铝耦合胁迫的基因型差异及有机酸对土壤磷素有效性的影响

论文摘要

土壤缺磷是农业生产中限制作物生长与产量的主要因素之一。但是施磷肥后,至少有700%～90%的磷在土壤中转化为难被作物吸收利用的形态。玉米是重要的粮食和饲料作物,其磷效率存在广泛的基因型差异,形成所谓的遗传学缺乏。由于缺磷是酸性土壤的特征之一,本研究室前期对国内外不同遗传背景的大量玉米自交系进行了苗期土培筛选,并对部分材料进行全生育期盆栽鉴定,获得了一些典型的耐低磷和耐酸铝基因型。本文进一步研究了同时具有耐低磷和耐酸铝玉米种质材料的耐低磷营养特性,同时以本地区三种pH值低磷土壤和三种低分子量有机酸为对象,研究了不同磷源对无机磷形态转化及有机酸对提高磷素有效性的作用。主要研究结果如下:1.本研究采用土培和水培方法系统研究了不同酸铝（铝）、磷处理下玉米自交系苗期生物学及营养学特性。结果表明,低磷和酸铝都严重抑制玉米植株的生长,低磷胁迫下干重受影响较大,酸铝胁迫对下部叶叶色和干重影响显著。耐低磷基因型适应低磷的能力较强,它们具有较长的根系和较大的根干重,且株高受低磷的影响明显小于敏感基因型。低磷胁迫增大了植株的根冠比,改变了植株对营养元素的吸收及其在地上部和根系的分配。铝胁迫下,铝敏感玉米基因型根伸长受到铝的抑制作用大于耐铝基因型,耐铝基因型地上部和根系相对干重下降较少,而敏感基因型相对干重显著下降。2.营养学特性研究表明,低磷胁迫下,低磷敏感基因型磷吸收效率低,耐低磷基因型的吸收能力较强,其绝对和相对吸磷量都明显高于低磷敏感基因型。低磷抑制玉米幼苗对N、K的吸收和累积,但耐低磷自交系受抑制程度较敏感自交系小。低磷敏感基因型M05根系和地上部Zn含量下降,耐低磷基因型M02、M08和M11根系和地上部Zn含量升高,且耐低磷自交系植株体内Zn的相对累积量高于敏感自交系。低磷胁迫使M05地上部和根系中Ca、Mg、Fe累积量显著下降,但M02、M08地上部和根系中钾、镁、锌的绝对和相对累积量显著高于敏感基因型。铝处理使自交系地上部和根系中各营养元素含量和累积量普遍下降,加磷可缓解酸铝对玉米生长的毒害作用。不同自交系之间存在耐低磷和耐酸铝基因型差异,相互间存在一定的关系,但耐胁迫能力不同。自交系M12属于酸铝低磷双敏感类型;耐酸铝自交系,如M02和M08同样耐低磷,耐低磷自交系M01也较耐酸铝,为双耐基因型。3.用营养液培养方法研究了不同耐低磷玉米幼苗对低钾、低铁和缺锌胁迫的适应性差异。结果表明,低钾胁迫对玉米株高和叶片数有显著的抑制作用,但对根系生长没有明显影响,甚至刺激多数基因型的根系生长。低钾胁迫对耐低磷基因型玉米地上部生长的抑制作用显著大于低磷敏感基因型,因此耐低磷基因型的根冠比增幅较大。低钾处理显著降低了植株的地上部和根系吸磷量,尤其是低磷敏感基因型植株的根系吸磷量;同时还使玉米根效率比大幅下降,6个基因型在对照和低钾处理中根效率比的差异均达到显著水平,但以耐低磷基因型降低的程度更为明显。低钾处理使地上部和根系的磷利用率增加,但基因型间无明显差异。低铁胁迫对低磷敏感基因型玉米地上部生物重的抑制作用显著大于对耐低磷基因型。在低铁胁迫时,耐低磷基因型玉米地上部和根系积累的磷量与正常供铁条件下相比变幅较小,而低磷敏感基因型积累的磷量显著下降。低铁胁迫显著降低了不同耐低磷基因型玉米幼苗叶片的叶绿素含量,但基因型间无明显差异。总的来说,玉米地上部更易受低铁胁迫的影响。低磷敏感基因型在缺锌时植株各部位锌含量和吸收量变幅均明显高于耐低磷基因型。缺锌处理影响玉米幼苗的磷含量,低磷敏感基因型地上部磷含量较对照显著上升,根系磷含量变幅不大:耐低磷基因型地上部磷含量变幅较小,根系磷含量则显著下降。低磷敏感基因型在缺锌时地上部磷利用率显著下降,根系磷利用率无明显变化,而耐低磷基因型的变化情况正好相反,根系磷利用率受影响的程度大于地上部。4.土壤大部分磷以难溶性磷形式存在,是影响作物生产的重要限制因素之一。作物根分泌物活化难溶性磷的能力对改善其磷素营养具有重要意义。采用室内培养方法,研究三种土壤不同磷（KH2PO4）处理后有效磷动态变化情况;同时将不同玉米基因型分别置于全磷和低磷的营养液中生长15d后,收集根系分泌物,然后加入预先采用磷酸钙和磷酸铝处理并已培养95d的土壤样品中进行试验。不同磷处理研究结果表明,所有施磷处理短期内速效磷含量急剧上升,并随培养时间推移不断下降,60d后趋于稳定。酸性土对磷的吸附和固定作用较强,磷处理后有效磷增加量显著小于中、碱性土。土壤加根系分泌物的试验反映,磷酸钙和磷酸铝有效磷的含量具有提高,其中加入耐低磷基因型M02低磷根系分泌物浸提的土壤有效磷含量显著高于去离子水的浸提量,且根系分泌物对磷酸铝的活化能力大于磷酸钙。5.以湖北省三种不同pH值的低磷土壤为材料,加入不同磷源和有机酸,经过室温培养后,测定有效磷含量和无机磷组分的变化。结果表明:施磷显著提高了土壤中有效磷含量,中、酸性土Fe-P和Al-P含量大幅上升,Fe-P占增加量的50%以上,而碱性土中Ca-P含量显著增加。由于有机酸的作用,三种土壤中O-P含量均有所增加,中、酸性土中Al-P含量一般呈下降趋势,碱性土中Ca-P含量有不同程度的减少。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 文献综述
• 1.1.1 土壤磷素形态
• 1.1.2 土壤无机磷组成
• 1.1.3 土壤磷素组分与植物有效性
• 1.1.4 植物耐低磷的形态学差异
• 1.1.5 植物耐低磷的生理生化差异
• 1.1.6 缺磷胁迫下不同作物品种磷效率的差异
• 1.1.7 铝对养分吸收和代谢的影响
• 1.1.8 有机酸与磷素的相互作用
• 1.2 研究目标、内容和技术路线
• 1.2.1 研究目标
• 1.2.2 研究内容
• 1.2.3 技术路线
• 2 磷、铝胁迫对玉米苗期生物学性状和营养学特性的影响
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 土培试验
• 2.2.2 水培试验
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 酸、磷胁迫下玉米幼苗生物学性状差异
• 2.3.2 酸、磷胁迫下玉米幼苗营养学性状差异
• 2.3.3 典型材料的生物学和营养学特征
• 2.3.4 磷胁迫对不同玉米基因型苗期生长的影响
• 2.3.5 铝胁迫对不同玉米基因型苗期生长的影响
• 2.3.6 磷胁迫对不同玉米基因型苗期磷吸收、运输和分配的影响
• 2.3.7 铝胁迫对不同玉米基因型苗期磷吸收、运输和分配的影响
• 2.3.8 磷胁迫对不同玉米基因型苗期养分吸收的影响
• 2.3.9 铝胁迫对不同玉米基因型苗期养分吸收的影响
• 2.4 讨论
• 2.4.1 磷、铝不同基因型玉米生物学特性的差异
• 2.4.2 不同基因型玉米苗期吸收利用各种营养元素的差异
• 3 不同耐低磷玉米基因型对钾、铁、锌胁迫的反应
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 试验材料
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 不同耐低磷玉米在低钾胁迫下的生长状况
• 3.3.2 不同耐低磷玉米在低钾胁迫下的磷效率适应性
• 3.3.3 不同耐低磷玉米在低铁胁迫下的生长状况
• 3.3.4 不同耐低磷玉米在低铁胁迫下的磷效率适应性
• 3.3.5 不同耐低磷玉米在低铁胁迫下的铁吸收
• 3.3.6 不同耐低磷玉米在缺锌胁迫下的生长状况
• 3.3.7 不同耐低磷玉米在缺锌胁迫下的锌吸收
• 3.3.8 不同耐低磷玉米在缺锌胁迫下的磷效率适应性
• 3.3.9 不同耐低磷玉米在缺锌胁迫下的养分比率变化
• 3.4 结果与讨论
• 4 根分泌物对活化土壤中难溶性磷的作用
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 供试材料
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.2.1 施磷后土壤速效磷动态变化情况
• 4.2.2.2 根系分泌物对土壤有效磷的影响
• 4.2.2.3 试验方法
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 施磷后土壤有效磷动态变化情况
• 4.3.2 根系分泌物对中性土有效磷的浸提效果
• 4.3.3 根系分泌物对碱性土有效磷的浸提效果
• 4.3.4 根系分泌物对酸性土有效磷的浸提效果
• 4.4 结果与讨论
• 5 有机酸对土壤无机态磷转化和有效磷的影响
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 供试材料
• 5.2.2 试验方法
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 不同磷源和有机酸处理对土壤有效磷含量的影响
• 5.3.2 三种土壤中无机磷的形态分布
• 5.3.3 不同磷源在三种土壤中各形态无机磷的转化
• 5.3.4 有机酸对土壤不同磷源处理后形态转化的影响
• 5.4 结果与讨论
• 参考文献
• 致谢
• 附录Ⅰ 玉米营养液组成
• 附录Ⅱ 整理发表的相关论文