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甘蓝型油菜磷高效的生理机制研究

【摘要】:磷是植物生长必需的大量营养元素。油菜是我国重要的油料作物,它需磷多,对缺磷敏感。因此,研究油菜耐低磷胁迫的生理机理,对油菜生产的合理施肥和磷营养性状的遗传改良具有重要的理论和实践意义。本文在对甘蓝型油菜重组自交系群体磷效率评价的基础上,筛选出磷高效基因型102和磷低效基因型105,并以此为研究材料,采用根箱、土培、水培等方法,较系统地研究了不同磷效率基因型对低磷胁迫的适应性根形态变化和生理反应,探讨了油菜磷高效的生理机制。获得的主要研究结果如下: 1.甘蓝型油菜磷高效、磷低效极端株系的筛选 1.1采用两批水培试验对甘蓝型油菜重组自交系的135个株系进行磷效率的评价,筛选出磷效率超亲本的磷高效、磷低效的典型极端株系。 1.1.1重组自交系各基因型的生长表型在低磷处理下存在显著差异,地上部干重、根干重、根冠比、根长、磷吸收效率、磷利用效率均出现显著的性状分离,在群体中呈正态分布,部分株系有明显的超亲现象。 1.1.2相对地上部干重和根干重可以作为甘蓝型油菜磷效率的主要评价指标。为了避免基因型本身遗传因素的影响,应综合考虑低磷处理下基因型的绝对差异。 1.2采用土培试验对初筛得到的典型极端株系的磷效率进行鉴定,获得了极端磷高效基因型102和极端磷低效基因型105。 2.以磷高效基因型102和磷低效基因型105为供试材料,较系统的研究了甘蓝型油菜磷高效的生理机制 2.1根系形态:低磷处理下,磷高效基因型102拥有较为发达的根系,其总根长、根表面积及根体积均显著高于磷低效基因型105,为其从环境中吸收较多的磷、增加磷的吸收效率提供了基础。 2.2根系磷吸收动力学:低磷处理下,磷高效基因型102具有较高的磷净吸收速率,且低磷预处理下的Imax显著高于磷低效基因型105,而Cmin显著小于磷低效基因型105,表明在低磷条件下,磷高效基因型的磷吸收速率较大,对低磷环境的耐性较强。 2.3根系分泌的质子和有机酸:低磷处理下,磷高效基因型102比磷低效基因型105根系分泌较多的质子和有机酸,从而具备较强的活化利用土壤难溶性无机磷的能力。 2.4根系分泌的酸性磷酸酶:低磷处理下磷高效基因型102根系分泌的酸性磷酸酶活性显著高于磷低效基因型105,表明其能够水解矿化更多的土壤有机磷,因此吸收利用土壤有机磷的能力较强。 2.5体内酸性磷酸酶活性:低磷条件下甘蓝型油菜叶片酸性磷酸酶活性被诱导显著升高,且与植株体内无机磷含量呈负相关。磷低效基因型105的磷吸收效率较低,但具有较高的酸性磷酸酶活性,从而水解较多的体内有机磷,提高了磷的再利用效率。 2.6光合特性和光合产物的差异:低磷胁迫下磷高效基因型102的光合作用较强,新叶中的蔗糖含量高于磷低效基因型105,而老叶中蔗糖无显著差异;磷高效基因型102老叶中较高的Pi浓度能使叶绿体中的磷酸丙糖转化为较多蔗糖并运往幼嫩器官,为植物生长提供较多的碳源。 2.7体内磷转运能力的差异:低磷处理下磷高效基因型102的籽粒产量和磷累积量均高于磷低效基因型105,表明其能将吸收的磷较多的转运分配到籽粒中。 2.8低磷处理下,磷高效基因型102的磷利用效率较低,因此其磷高效主要是其磷吸收效率较高的结果。 综上所述,甘蓝型油菜磷高效主要表现在磷的吸收和转运,具体表现在低磷胁迫下磷高效基因型具有较发达的根系,较强的活化土壤难溶性无机和有机磷的能力,以及较高的磷吸收和转运活性,从而具有较强的光合作用能力。相比之下,低磷胁迫下磷低效基因型在体内磷的再利用能力方面较为优势。

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